Chọn tạo giống chỉ có thể thu hẹp khoảng cách 15-25% giữa năng suất thực tế và năng suất tiềm năng, việc áp dụng đồng bộ các kỹ thuật tiên tiến trong điều kiện thâm canh trên những giống
Trang 1ABSTRACT
Drought causes a significant reduction in maize grain with unpredicable forecast in incidence, severity and frequence Therefore, selecting for drought tolerance hybrids has always been an interest in any maize breeding program Both planting density and fertilizer levels are the most affected on maize yield Establisment of optimum planting density and fertilizer are essential to get maximum yield Evaluation of 62 maize inbred lines as breeding materials for drought tolerant hybrid development All trials evaluate phenotypes, growth ability of hybrid combination in the fields arranged in (RCBD) with 3 replications Evaluation genetic diversity of inbred lines through marker SSR Evaluate gene and environment interaction through BIPLOT map Experiments on cultivation practices were arranged in Split plot design and RCBD design with 3 replications
Results of study showed that, through UPGMA clustering (62 inbred maize lines in the IAS gene bank) due to SSRs, there were 80 new hybrids created, some of them exhibited their higher yielding and more desirable characters as compared to the leading
hybrid C919 under Southern region condition. Evaluations of adaptability and stability had identified a number of F1 maize crosses showed good potential: early maturity: 92-93 days after planting, good yields Prominently, two crosses: VE8 x BC3F3-26 and VK1 x NK67-
2 showed better yields both in normal and drought stress conditions Based on experiments in cultivation practices, good plant densities and rates of fertilizers were determined to attain better yields and higher income
Trang 2MỞ ĐẦU
1 Tính cấp thiết của đề tài
Ở Việt Nam, ngô (Zea mays L.) là cây lương thực quan trọng
đứng thứ hai sau cây lúa và là nguyên liệu chính để chế biến thức ăn cho chăn nuôi Theo số liệu của Trung tâm Tin học và Thống kê – Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn, diện tích trồng ngô của cả nước năm 2011 là 1.082.700 ha, năng suất đạt 43 tạ/ha, sản lượng trung bình đạt 4,7 triệu tấn Một trong những nguyên nhân làm năng suất ngô ở nước ta thấp là do tình trạng khô hạn Những cải thiện về năng suất ngô trong thời gian qua là do những thành tựu về di truyền chọn giống và do các kỹ thuật quản lý nông học tiên tiến của những người trồng ngô Chọn tạo giống chỉ có thể thu hẹp khoảng cách 15-25% giữa năng suất thực tế và năng suất tiềm năng, việc áp dụng đồng bộ các kỹ thuật tiên tiến trong điều kiện thâm canh trên những giống cải tiến có thể thu hẹp thêm 15-25% khoảng cách nữa (Zaidi, 2000; Duvick, 2001).Trong điều kiện biến đổi của khí hậu toàn cầu gây nên những thay đổi thất thường của thời tiết, việc nghiên cứu giống ngô chịu hạn, ngắn ngày và những biện pháp kỹ thuật canh tác như mật độ trồng, liều lượng phân bón hợp lý là cần thiết để góp phần nâng cao năng suất và sản lượng ngô
2 Mục tiêu của đề tài
- Đánh giá đa dạng di truyền nguồn vật liệu khởi đầu (các dòng ngô thuần) phục vụ công tác tạo giống chịu hạn
- Xác định được 1-2 tổ hợp lai có khả năng sinh trưởng tốt, ngắn ngày và có năng suất cao Trong điều kiện hạn, năng suất tăng hơn giống đối chứng từ 5 đến 10%
- Đề xuất một số biện pháp kỹ thuật canh tác ngô lai theo hướng
Trang 3thâm canh
3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
3.1 Ý nghĩa khoa học
- Đây là công trình nghiên cứu có hệ thống về đánh giá mức độ
đa đạng di truyền nguồn vật liệu khởi đầu có liên quan đến tính chịu hạn Kết quả về phân nhóm các dòng dựa vào tính đa dạng sẽ làm cơ sở cho các nghiên cứu về chọn tạo giống ngô lai chịu hạn sau này
- Đề tài đã khẳng định có tính chất bổ sung rằng, tính trạng thứ cấp như khoảng cách giữa trỗ cờ và phun râu liên quan chặt chẽ đến năng suất trong điều kiện khô hạn
- Đề tài đóng góp vào cơ sở lý luận về việc nâng cao năng suất ngô bằng việc gia tăng mật độ trồng với khoảng cách hàng hợp lý và liều lượng phân bón thích hợp
3.2 Ý nghĩa thực tiễn
- Trên cở sở phân tích tính đa dạng của nguồn vật liệu khởi đầu, kết quả nghiên cứu đã đánh giá, phân loại các dòng thuần làm cơ sở cho công tác lai tạo giống ngô ưu thế lai trước mắt cũng như trong tương lai
- Ứng dụng sơ đồ phân nhóm UPGMA dựa vào chỉ thị phân tử
SSR, công trình này đã tạo ra được 80 tổ hợp lai đã thể hiện được tính
trạng nông học và năng suất vượt giống đối chứng đang sản xuất đại
trà ở miền Nam là C919
- Tạo được một số tổ hợp ngô lai F1 có thời gian sinh trưởng ngắn, khoảng 92-93 ngày, năng suất cao, thích hợp cho việc canh tác trong cả 3 vụ ở một số tỉnh phía Nam
- Xác định được hai tổ hợp ngô lai F1 VK1 x NK67-2 và VE8 x BC3F3-26 có khả năng sinh trưởng tốt, năng suất cao Trong điều
Trang 4kiện khô hạn của thời tiết, năng suất cao hơn giống đối chứng trung bình trên 14%
- Xác định được khoảng cách giữa các hàng 50-60 cm, giữa các cây 25-30 cm và liều lượng phân bón 150-180 kg N- 90-100 kg P2O5- 60-70 kg K20/ha trong thâm canh tăng năng suất ngô ở một số tỉnh phía Nam
4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
4.1 Đối tượng nghiên cứu
- Các tổ hợp ngô lai được tạo ra từ kết quả đánh giá các dòng có đặc điểm nông học tốt, năng suất cao và có khả năng chịu hạn
- Một số kỹ thuật canh tác ngô: mật độ trồng, phân bón
IMO (International Meteorological Organization) phân loại các mức
độ hạn như sau:
+ Hạn nhẹ: Khi lượng mưa ít hơn 11-25% lượng mưa bình thường + Hạn vừa: Khi lượng mưa ít hơn 26-50% lượng mưa bình thường + Hạn nặng: Khi lượng mưa ít hơn 50%lượng mưa bình thường Theo CIMMYT lượng mưa trong một vụ canh tác ngô vào khoảng 500-700 mm, nếu lượng mưa trong một vụ giảm dưới 500 mm thì xem như cây ngô bị hạn
1.2 Nghiên cứu về đa dạng di truyền ở ngô
Trang 5Đa dạng di truyền có tầm quan trọng rất to lớn trong chọn tạo giống ngô, đặc biệt là trong chương trình ngô lai Các nhà khoa học còn nhận thấy có sự tương đồng giữa khác biệt di truyền và xa cách địa lý (Ngô Hữu Tình, 2009) Ước đoán về giá trị của lai đơn hoặc ưu thế lai giữa các dòng bố mẹ có thể gia tăng hiệu quả của những chương trình tạo giống lai Mối quan hệ giữa khoảng cách di truyền và ưu thế lai đã được ghi nhận trước khi có sự phát triển của các chỉ thị phân tử Các bản đồ liên kết di truyền được xây dựng bằng các phương tiện của các chỉ thị phân tử DNA luôn sẵn có ở cây ngô (Coe và cộng sự, 1995)
1.3 Tương tác giữa kiểu gen và môi trường
Hai khái niệm cơ bản của sự ổn định kiểu hình được phân biệt: i) khái niệm sinh học, và ii) khái niệm động thái Theo Becker và Léon (1988), sự ổn định theo khái niệm động thái cho rằng một kiểu gen sẽ không thay đổi bất kể có sự thay đổi của môi trường, hay phương sai của nó trong môi trường là số không Tất cả sinh vật sống có thể tự điều chỉnh về sinh lý để thích ứng với những biến động trong môi trường chúng đang sống Thích nghi là đặc tính của một kiểu gen cho phép chúng tồn tại dưới tác động của sự chọn lọc (Dabholkar, 1999)
1.4 Những kết quả về nghiên cứu cải thiện tính chống chịu
hạn ở ngô
Cơ chế liên quan đến tính kháng hạn được phân loại bởi Levitt, 1972- được trích dẫn bởi Fischer và cộng sự (1982)[83] đó là đào thoát, tránh và chống chịu với hạn Các nhà khoa học trên thế giới đều có quan niệm giống chịu hạn không có nghĩa là có thể sinh trưởng phát triển trong điều kiện hoàn toàn không có nước mà chỉ là giống chịu đựng được hạn ở mức độ nhất định và có khả năng phục hồi nhanh
Nghiên cứu về ứng dụng chỉ số chọn lọc để chọn dòng chịu hạn của 49 dòng trong vụ Đông, từ năm 2000 – 2002 ở cả hai mật độ
Trang 6cho thấy có sự sai khác nhau rõ ràng giữa các dòng đối với các chỉ tiêu theo dõi ( P< 0,05) (Lê Quý Kha, 2005)
1.5 Những nghiên cứu về biện pháp kỹ thuật để tăng năng suất ngô
1.5.1 Nghiên cứu về mật độ trồng tối ưu
Năng suất hạt thu hoạch trên mỗi cây thường bị giảm khi tăng mật độ cây trồng Tuy nhiên, các nghiên cứu trước đây cho thấy, không có một công thức chung cho mật độ trồng tối ưu do phụ thuộc vào các yếu tố trong quá trình sinh trưởng, đặc biệt là kiểu gen, điều kiện đất đai và sự hữu dụng của nguồn nước Liebman và cộng sự, (2001) đã kết luận rằng, mật độ trồng tối ưu là mật độ mà ở đó chi phí hạt giống tăng thêm không ảnh hưởng đến hiệu quả kinh tế từ việc tăng năng suất
1.5.2 Nghiên cứu về phân bón cho ngô
Một trong những nguyên nhân chính làm năng suất ngô thấp là
do sự màu mỡ của đất bị suy giảm Đó là hậu quả của việc không cung cấp đầy đủ dinh dưỡng khoáng và sử dụng mất cân đối các yếu tố dinh dưỡng trong quá trình sản xuất ngô trong một thời gian dài Ngô đòi hỏi sự cung cấp đầy đủ N, P và K để sinh trưởng tốt và cho năng suất cao N và P là hai yếu tố cần thiết cho sự phát triển sinh dưỡng và sự phát triển của hạt Tuy nhiên, sử dụng P với tỷ lệ cao có khả năng gây
ra sự mất cân bằng dinh dưỡng và hậu quả là năng suất giảm (Buresh
và cộng sự, 1997) [48] Báo cáo trước đây trong một nghiên cứu về dinh dưỡng trên ngô cho thấy năng suất hạt tăng đáng kể chủ yếu phát sinh từ việc bón N và kế đến là từ P Việc bón N và P có một tác động trên năng suất ngô có ý nghĩa hơn tác động trên nồng độ các chất dinh dưỡng trong hạt (Hussaini và cộng sự, 2008) [97]
Trang 7CHƯƠNG 2 VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1 Vật liệu nghiên cứu
- Các tổ hợp ngô lai hình thành từ sự lai tạo giữa các dòng thuần dựa trên cơ sở đánh giá đa dạng di truyền, khả năng chịu hạn và trên
cơ sở các dòng được chọn lọc nhờ chỉ thị phân tử
- Các công thức phân bón NPK và các mật độ trồng
2.2 Nội dung nghiên cứu
Nội dung 1: Nghiên cứu khả năng chịu hạn , đặc điểm nông học và mức độ đa dạng di truyền của 62 dòng ngô thuần dựa vào chỉ thị phân tử
Nội dung 2: Khảo sát khả năng sinh trưởng và năng suất của
các tổ hợp lai tạo ra từ kết quả đánh giá đa dạng di truyền và
từ các dòng hồi giao với cây thử
Nội dung 3: Đánh giá một số tổ hợp lai ưu tú có liên quan đến
tính chịu hạn
Nội dung 4: Đánh giá tính thích nghi, ổn định của các tổ hợp
lai
Nội dung 5: Nghiên cứu liều lượng NPK và mật độ hợp lý
cho tổ hợp lai mới
Nội dung 6: Khảo nghiệm cơ bản giống ngô lai mới
2.3 Địa điểm và thời gian nghiên cứu
2.3.1 Địa điểm nghiên cứu
- Trung tâm Nghiên cứu Thực nghiệm Nông nghiệp Hưng Lộc-Viện Khoa học Kỹ thuật Nông nghiệp miền Nam
- Tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu, Đắc Lắc và Đắc Nông
Trang 82.3.2 Thời gian nghiên cứu
Từ năm 2009 đến năm 2012
2.4 Phương pháp nghiên cứu
2.4.1 Nghiên cứu khả năng chịu hạn giai đoạn cây con, đặc điểm nông học và mức độ đa dạng di truyền của 62 dòng ngô thuần dựa vào chỉ thị phân tử
i) Khảo sát khả năng chịu hạn giai đoạn cây con và đánh giá đặc điểm nông học 62 dòng ngô thuần
- Thí nghiệm khảo sát khả năng phục hồi của các dòng khi tạo hạn ở giai đoạn cây con được thực hiện theo phương pháp của Vasal và cộng
sự (1997)
- Thí nghiệm khảo sát các đặc tính nông học và năng suất của các dòng thuần bố trí theo kiểu khối đầy đủ ngẫu nhiên (RCBD) theo hướng dẫn của Gomez và Gomez, 1984[86]
- Thí nghiệm đánh giá đặc điểm nông học, năng suất và khả năng chịu hạn của tập đoàn 62 dòng ngô thuần ở hai chế độ tưới đủ nước và tạo hạn bố trí theo kiểu khối đầy đủ ngẫu nhiên (RCBD) với ba lần lập lại cho mỗi chế độ tưới
ii) Phân tích đa dạng di truyền dựa vào chỉ thị phân tử
Thu thập mẫu lá ngô của 62 dòng ngô thuần ở giai đoạn 15 ngày sau khi gieo để ly trích DNA từ lá ngô bằng nitơ lỏng và thực hiện phản ứng PCR để phân tích đa dạng di truyền 62 dòng ngô thuần theo Murray và Thompson, 1980
2.4.2 Khảo sát khả năng sinh trưởng và năng suất các tổ hợp lai được tạo ra từ việc đánh giá đa dạng di truyền dựa vào chỉ thị phân tử và các tổ hợp lai từ các dòng hồi giao với cây thử
Các thí nghiệm so sánh, đánh giá khả năng sinh trưởng của các tổ hợp lai được bố trí theo kiểu khối đầy đủ ngẫu nhiên (RCBD)
Trang 9với 3 lần lập lại Mỗi tổ hợp lai trồng 4 hàng trong một ô dài 5m, khoảng cách giữa hai hàng là 75cm, khoảng cách giữa hai cây là 20cm
2.4.3 Đánh giá một số tổ hợp lai ưu tú có liên quan đến tính chịu hạn
2.4.2.1 Đánh giá khả năng sinh trưởng và năng suất của một số tổ hơp lai ưu tú
Các thí nghiệm được bố trí theo kiểu khối đầy đủ ngẫu nhiên (RCBD) với 3 lần lập lại Bao gồm 7 thí nghiệm, được thực hiện trong
vụ Thu Đông và Thu Đông muộn năm 2011 Mỗi tổ hợp lai trồng 4 hàng trong một ô dài 5m, khoảng cách giữa hai hàng là 75cm, khoảng cách giữa hai cây là 20 cm
2.4.2.2 Đánh giá khả năng chịu hạn của một số tổ hợp lai ưu tú
Thiết kế theo kiểu khối đầy đủ ngẫu nhiên (RCBD) bao gồm:
lô tưới nước đầy đủ và lô tạo hạn bằng việc ngưng tưới ở giai đoạn trước và sau khi trổ cờ 10 ngày
2.4.4 Đánh giá tính thích nghi, ổn định của các tổ hợp lai mới
* Phân tích theo mô hình ổn định , thích nghi của Eberhard và Russell (1966)[69]
* Phân tích chỉ số thích nghi (bi) của giống
* Phân tích chỉ số ổn định S2di của giống
* Phân tích theo mô hình tương tác đa phương AMMI do Ramagora
Trang 10lô phụ (Split Plot) với 3 lần lập lại ( 6 thí nghiệm) và bố trí theo kiểu khối đầy đủ ngẫu nhiên (RCBD) với 3 lần lập lại (1 nghiệm)
2.4.6 Khảo nghiệm cơ bản
Được thực hiện theo Quy phạm Khảo nghiệm giống ngô lai 10 TCN 341-2006 của Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn
2.4.7 Các chỉ tiêu theo dõi
Theo hướng dẫn của CIMMYT và quy phạm khảo nghiệm giống ngô 10 TCN 341-2006
2.8 Phương pháp phân tích và xử lý số liệu
Số liệu thống kê sinh học trên đồng ruộng được xử lý trên chương trình Excell, NTSYSpc và IRRISTAT 5.0 trên máy vi tính
CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
3.1 Nghiên cứu khả năng chịu hạn, đặc điểm nông học và mức độ
đa dạng di truyền của 62 dòng ngô thuần dựa vào chỉ thị phân tử 3.1.1 Nghiên cứu khả năng chịu hạn giai đoạn cây con và đặc điểm
nông học, năng suất của 62 dòng ngô thuần
3.1.1.1 Khảo sát đặc điểm nông học và năng suất các dòng thuần
Số liệu về đánh giá khả năng chịu hạn ở giai đoạn cây con của 62 dòng thuần trong vụ Đông - Xuân năm 2009-2010 ở bảng 3.1 cho thấy, sau khi ngưng tưới một tuần, chỉ có 6 dòng trong tổng số 62 dòng chưa bị héo Sau khi ngưng tưới ba tuần, tất cả các dòng bị héo với những tỷ lệ khác nhau, thấp nhất là 45,63% (dòng RM97) cao nhất
là 100% Trong số 62 dòng thuần, có 15 dòng phục hồi tốt đạt tỷ lệ từ
Trang 1182,78% đến 100% sau khi tưới lại, tỷ lệ này cao hơn rất nhiều so với các dòng đối chứng
3.1.1.2 Khảo sát đặc điểm nông học và năng suất tập đoàn 62 dòng ngô thuần trong vụ Thu Đông năm 2009.
Trong tổng số 62 dòng, đã xác định được 10 dòng có năng suất hạt cao
và các chỉ tiêu liên quan đến năng suất
công tác lai tạo lai
3.1.1.3 Đánh giá đặc điểm nông học và năng suất dưới hai chế độ tưới đủ và tạo hạn
Đánh giá kiểu hình 62 dòng thuần trong hai chế độ tưới nước khác nhau cho thấy có sự khác biệt có ý nghĩa giữa các dòng về các chỉ tiêu nông học Năng suất trung bình của các dòng thuần là 3,14 tấn/ha, biến thiên từ 2,1-3,8 tấn/ha.Trong điều kiện tạo hạn, các biến
khác so với điều kiện tưới nước đầy đủ Sự khác biệt về năng suất giữa các dòng có ý nghĩa thống kê trong điều kiện hạn (P < 0,01), với khoảng biến động 1,6-2,8 tấn/ha (bảng 3.3)
3.1.2 Đánh giá đa dạng di truyền nhờ vào chỉ thị phân tử
3.1.2.1 Số alen
chỉ thị SSR được sử dụng để đánh giá đa dạng di truyền 62 dòng ngô thuần Tổng số 21 alen được phát hiện trong 62 dòng ngô cho kết quả đa hình rất rõ ràng, số alen thể hiện trung bình đối với mỗi chỉ thị SSR được sử dụng là 2,63 Chỉ thị umc1354 trên nhiễm sắc thể số 1 biểu thị số alen thể hiện trong điện di cao nhất (5 alen)
3.1.2.2 Chỉ số PIC
Trang 12Chỉ số PIC (Polymorphic Information Content) phản ánh mức
độ đa hình trong quần thể khảo sát Giá trị này cao phản ảnh mức độ cao của sự đa hình và ngược lại Trong tổng số 62 dòng ngô thực hiện phản ứng PCR với 20 chỉ thị được chọn lọc cho thấy, giá trị trung bình của PIC là 0,53, biến thiên từ 0,44 đến 0,76 Chỉ số PIC thể hiện ở chỉ
thị umc1354 cao nhất là 0,76 Marker phi99852 thể hiện chỉ số PIC
thấp nhất là 0,44 (Bảng 3.4)
3.1.2.3 Mức độ đa dạng di truyền của 62 dòng ngô
Trên cơ sở phân tích đa dạng di truyền, có thể sắp xếp 62 dòng vào 4 nhóm ở hệ số tương đồng 0,16
3.2 Khảo sát khả năng sinh trưởng và năng suất của các tổ
hợp lai tạo ra từ kết quả đánh giá đa dạng di truyền và từ các dòng hồi giao với cây thử
3.2.1 Khảo sát khả năng sinh trưởng và năng suất của các tổ hợp lai trong vụ H năm 2010 tại Hưng Lộc-Đồng Nai
Qua khảo sát đánh giá đặc điểm nông học và năng suất của 80
tổ hợp lai trong hai vụ Hè Thu và Thu Đông năm 2010, có những tổ hợp lai biểu hiện năng suất cao, ổn định cả hai vụ (bảng 3.16) và có một số tổ hợp lai biểu hiện năng suất cao trong từng vụ riêng biệt với
xu thế chung là các tổ hợp lai cho năng suất cao trong vụ Hè Thu cũng có biểu hiện tốt trong vụ Thu Đông Những tổ hợp lai này được chọn để đưa vào khảo sát ở giai đoạn tiếp theo Năng suất và thời gian sinh trưởng của 9 tổ hợp lai tốt nhất được trình bày ở hình 3.7
