đánh giá đặc điểm nông sinh học và khả năng kết hợp của các dòng ngô nếp vỏ hạt mỏng trong điều kiện gia lâm, hà nội

Từ năm 2002, chương trình chọn tạo giống ngô nếp năng suất cao, phẩm chất tốt ở Việt Nam được bắt đầu nghiên cứu một cách tương đối hệ thống trên một số lượng đáng kể các nguồn vật liệu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

************

VŨ VĂN VƯƠNG

ĐÁNH GIÁ ĐẶC ĐIỂM NÔNG SINH HỌC VÀ KHẢ NĂNG KẾT HỢP CỦA CÁC DÒNG NGÔ NẾP VỎ HẠT MỎNG

TRONG ĐIỀU KIỆN GIA LÂM, HÀ NỘI

CHUYÊN NGÀNH: KHOA HỌC CÂY TRỒNG

MÃ SỐ: 60.62.01.10

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

GS.TS VŨ VĂN LIẾT

HÀ NỘI, NĂM 2015

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đề tài này là công trình nghiên cứu của tôi dưới sự hướng dẫn và giúp đỡ tận tình của các thầy ở Học viện Nông nghiệp Việt Nam Các số liệu

và kết quả trong nghiên cứu đề tài là hoàn toàn trung thực và chưa được sử dụng trong bất kỳ một công trình nghiên cứu nào khác; các thông tin trích dẫn được ghi

rõ nguồn gốc

Tác giả

Vũ Văn Vương

Tôi xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trong khoa Nông học, Học viện Nông nghiệp Việt Nam, đã có những góp ý quý báu và kịp thời cho tôi trong quá trình thực hiện đề tài này

Nhân dịp này, tôi xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè và người thân đã luôn giúp đỡ, động viên, tạo mọi điều kiện tốt nhất để tôi hoàn thành đề tài

Hà Nội, ngày tháng năm 2015

Tác giả

Vũ Văn Vương

MỤC LỤC

Lời cam đoan i

Lời cảm ơn ii

Mục lục iii

Danh mục chữ viết tắt vi

Danh mục bảng vii

Danh mục hình x

MỞ ĐẦU 1

Chương 1 TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 4

1.1 Tình hình sản xuất ngô trên thế giới và Việt Nam 4

1.1.1 Tình hình sản xuất ngô trên thế giới 4

1.1.2 Tình hình sản xuất ngô ở Việt Nam 5

1.2 Vai trò và vị trí cây ngô trong nền kinh tế 7

1.3 Nguồn gốc và phân loại ngô nếp 9

1.3.1 Nguồn gốc 9

1.3.2 Phân loại ngô nếp 10

1.4 Di truyền tính trạng ngô nếp 10

1.5 Nghiên cứu đa dạng di truyền nguồn gen ngô nếp 14

1.6 Chọn tạo giống ngô nếp 16

1.6.1 Nghiên cứu phát triển dòng thuần 16

1.6.2 Nghiên cứu đánh giá khả năng kết hợp (KNKH) 17

1.7 Thành tựu chọn tạo giống ngô nếp trên Thế giới và Việt Nam 20

1.7.1 Thành tựu chọn tạo giống ngô nếp trên Thế giới 20

1.7.2 Thành tựu chọn tạo giống ngô nếp ở Việt Nam 25

Chương 2 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 28

2.1 Vật liệu nghiên cứu 28

2.2 Địa điểm và thời gian thực hiện đề tài 28

2.3 Phương pháp nghiên cứu 28

2.3.1 Phương pháp bố trí thí nghiệm 28

2.3.2 Kỹ thuật áp dụng 31

2.3.3 Các chỉ tiêu và phương pháp theo dõi 32

2.4 Phương pháp xử lý số liệu 39

Chương 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 40

3.1 Đặc điểm sinh trưởng, phát triển của các dòng bố mẹ và các THL 40

3.1.1 Giai đoạn từ gieo đến mọc 43

3.1.2 Giai đoạn từ gieo đến trỗ cờ 43

3.1.3 Giai đoạn từ trỗ cờ tới tung phấn, phun râu 44

3.1.4 Chênh lệch giữa thời gian tung phấn và phun râu 45

3.1.5 Thời kì thu bắp tươi và chín sinh lý 45

3.2 Động thái tăng trưởng chiều cao cây và số lá của các dòng bố mẹ và các THL 46

3.2.1 Động thái tăng trưởng chiều cao cây của các dòng bố mẹ 47

3.2.2 Động thái tăng trưởng số lá của các dòng bố mẹ 48

3.3 Một số đặc trưng hình thái của các dòng bố mẹ và các THL 49

3.3.1 Chiều cao cuối cùng của các dòng bố mẹ và THL 49

3.3.2 Chiều cao đóng bắp của các dòng bố mẹ và THL 50

3.3.3 Tổng số lá trên cây của các dòng bố mẹ và THL 51

3.3.4 Độ che phủ lá bi của các dòng bố mẹ và THL 54

3.3.5 Màu sắc thân, lá, cờ, râu và lá bi của các dòng bố mẹ trong vụ xuân 54

3.3.6 Chiều dài, kích thước và số nhánh cấp I bông cờ, khả năng cho phấn và tỷ lệ phấn hữu dục của các dòng bố mẹ trong vụ xuân 54

3.3.7 Màu sắc hạt, dạng bắp, dạng hạt của các dòng bố mẹ và THL 58

3.3.8 Độ sâu cay của các THL 58

3.3.9 Tỷ lệ bắp loại I 58

3.4 Một số đặc điểm nông học về lá của các odngf và các THL ngô nếp trong vụ xuân và vụ thu đông năm 2014 58

3.5 Mức chống chịu sâu bệnh và đổ gãy của các dòng bố mẹ và các THL 62

3.5.1 Mức độ nhiễm các loại sâu hại chính 62

3.5.2 Mức độ nhiễm các loại bệnh hại chính 64

3.5.3 Mức độ chống đổ, gãy 66

3.6 Các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của các dòng bố mẹ và THL 67

3.6.1 Chiều dài bắp 68

3.6.2 Đường kính bắp 69

3.6.3 Tỷ lệ bắp trên cây 69

3.6.4 Số hàng hạt trên bắp 69

3.6.5 Số hạt trên hàng 69

3.6.6 Khối lượng nghìn hạt 70

3.6.7 Năng suất của các THL và bố mẹ 71

3.7 Chất lượng của các dòng bố mẹ và các THL 77

3.7.1 Đánh giá chất lượng bằng phương pháp định tính 77

3.7.2 Kết quả đánh giá chất lượng thông qua đo độ dày vỏ hạt 80

3.8 Ưu thế lai của các tổ hợp lai ngô nếp 83

3.8.1 Ưu thế lai về thời gian sinh trưởng 83

3.8.2 Ưu thế lai về chiều cao cây 83

3.8.3 Ưu thế lai chiều cao đóng bắp 85

3.8.4 Ưu thế lai chiều dài bắp 85

3.8.5 Ưu thế lai về đường kính bắp 86

3.8.6 Ưu thế lai về số hàng hạt/bắp 86

3.8.7 Ưu thế lai về số hạt/hàng 86

3.8.8 Ưu thế lai về P 1000 hạt 87

3.8.9 Ưu thế lai về năng suất thực thu 87

3.9 Khả năng kết hợp của các dòng ngô nếp 90

3.9.1 Phân tích khả năng kết hợp chung của 9 dòng ngô nếp 91

3.9.2 Khả năng kết hợp riêng của 9 dòng ngô nếp 92

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 95

1 Kết luận 95

2 Đề nghị 96

TÀI LIỆU THAM KHẢO 97

: Đuôi chuột : Đối chứng : Đường kính : F thực nghiệm : F lý thuyết : Hồng : Hạt/bắp : Ưu thế lai trung bình : Ưu thế lai thực : Ưu thế lai chuẩn : Thế hệ tự phối : Khả năng kết hợp chung : Khả năng kết hợp riêng : Chỉ số diện tích lá : Nón trụ

: Năng suất lý thuyết : Năng suất bắp tươi : Năng suất thực thu : Nhiễm sắc thể : Khối lượng : Phớt tím : Phun râu : Tím : Trung bình : Tím đậm : Tổ hợp : Tổ hợp lai : Tung phấn : Trắng đục : Trắng : Ưu thế lai : Xanh : Xanh đậm : Xanh nhạt

DANH MỤC BẢNG

STT Tên bảng Trang

1.1 Năng suất, diện tích và sản lượng ngô Thế giới giai đoạn 2006 - 2013 4

1.2 Diện tích, năng suất và sản lượng ngô Việt Nam(giai đoạn 2006 – 2013) 6

1.3: Một số đặc điểm chất lượng của ngô nếp so với ngô thường 8

3.1: Thời gian qua các giai đoạn sinh trưởng và phát triển chính của các

dòng ngô nếp trong vụ Xuân năm 2014 tại Gia Lâm - Hà Nội 41

3.2: Thời gian qua các giai đoạn sinh trưởng và phát triển chính của các

dòng ngô nếp trong vụ TĐ năm 2014 tại Gia Lâm - Hà Nội 41

3.3 Thời gian qua các giai đoạn sinh trưởng và phát triển chính của các tổ

hợp lai ngô nếp trong vụ Thu đông năm 2014 tại Gia Lâm - Hà Nội 42

3.4 Động thái tăng trưởng chiều cao cây của các dòng ngô nếp trong vụ

Xuân năm 2014 tại Gia Lâm, Hà Nội 47

3.5: Động thái tăng trưởng số lá của các dòng ngô nếp trong vụ Xuân năm

2014 tại Gia Lâm - Hà Nội 48

3.6: Một số đặc trưng hình thái thân, lá của các dòng ngô nếp trong vụ Xuân

năm 2014 tại Gia Lâm – Hà nội 52

3.7 Một số đặc trưng hình thái thân, lá của các dòng ngô nếp trong vụ Thu

đông năm 2014 tại Gia Lâm – Hà nội 52

3.8 Một số đặc trưng hình thái thân, lá của các tổ hợp lai ngô nếp trong vụ

Thu đông năm 2014 tại Gia Lâm – Hà nội 53

3.9: Một số đặc trưng hình thái bông cờ, râu và khả năng cho phấn của các

dòng ngô nếp trong vụ xuân năm 2014 tại Gia Lâm – Hà Nội 55

3.10: Một số đặc trưng hình thái lá bi, bắp, hạt của các dòng ngô nếp trong vụ

xuân năm 2014 tại Gia Lâm – Hà Nội 56

3.11 Một số đặc điểm nông sinh học của các tổ hợp lai ngô nếp trong vụ Thu

Đông 2014 tại Gia Lâm, Hà Nội 57

3.12 : Một số đặc điểm nông học của các dòng ngô nếp trong vụ Xuân năm

2014 tại Gia Lâm – Hà Nội 59

3.13 Chỉ số diện tích lá của các tổ hợp lai ngô nếp trong vụ Thu Đông 2014

tại Gia Lâm, Hà Nội 60

3.14: Mức độ nhiễm sâu bệnh hại chính và khả năng chống đổ gãy của các

dòng ngô nếp trong vụ Xuân năm 2014 tại Gia Lâm- Hà Nội 63

3.15 Mức độ nhiễm sâu bệnh hại chính và khả năng chống đổ gãy của các tổ

hợp lai ngô nếp trong vụ Thu Đông 2014 tại Gia Lâm, Hà Nội 65

3.16: Các yếu tố cấu thành năng suất của các dòng ngô nếp trong vụ Xuân

năm 2014 tại Gia Lâm, Hà Nội 68

3.17 Các yếu tố cấu thành năng suất của các dòng ngô nếp trong vụ Thu

Đông 2014 tại Gia Lâm, Hà Nội 72

3.18 Các yếu tố cấu thành năng suất của các tổ hợp lai trong vụ Thu Đông

2014 tại Gia Lâm, Hà Nội 73

3.19: Năng suất lý thuyết, năng suất thực thu và năng suất thu tươi của các dòng

ngô nếp trong vụ Xuân và vụ thu đông năm 2014 tại Gia Lâm, Hà Nội 743.20 Năng suất bắp tươi, năng suất lý thuyết và năng suất thực thu hạt khô

của các tổ hợp lai trong vụ Thu Đông 2014 tại Gia Lâm, Hà Nội 76

3.21: Một số chỉ tiêu chất lượng của các dòng ngô nếp trong vụ Xuân năm

2014 tại Gia Lâm- Hà Nội 78

3.22 Một số chỉ tiêu chất lượng của các tổ hợp lai ngô nếp trong vụ Thu

Đông 2014 tại Gia Lâm - Hà Nội 79

3.23 Kết quả đo độ dày vỏ hạt bằng vi trắc kế các dòng ngô nếp vụ thu đông

năm 2014 tại Gia Lâm – Hà Nội 80

3.24 Kết quả đo độ dày vỏ hạt bằng vi trắc kế các tổ hợp lai ngô nếp vụ thu

đông năm 2014 tại Gia Lâm – Hà Nội 81

3.25 Giá trị KNKHR về tính trạng độ dày vỏ hạt của 9 dòng ngô nếp trong vụ

thu đông năm 2014 82

3.26 Ưu thế lai về chiều cao cây, chiều cao đóng bắp và thời gian sinh trưởng

của các tổ hợp lai ngô nếp trong vụ Thu đông năm 2014 84

3.27 Ưu thế lai về các yếu tố cấu thành năng suất của các tổ hợp lai ngô nếp

trong vụ Thu đông năm 2014 88

3.28 Ưu thế lai về các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của các tổ hợp

lai ngô nếp trong vụ Thu đông năm 2014 89

3.29 Phân tích phương sai I 90

3.30 Phân tích phương sai II 90

3.31 Giá trị và độ biến động các giá trị về KNKHC của 9 dòng ngô nếp trong

vụ Thu đông năm 2014 tại Gia Lâm – Hà Nội 91

3.32 Giá trị khả năng kết hợp riêng (KNKHR) của 9 dòng ngô nếp trong vụ

Thu đông năm 2014 tại gia Lâm – Hà Nội 93

DANH MỤC HÌNH

STT Tên hình Trang

2.1 Sơ đồ hạt và phương pháp bóc vỏ hạt 37

3.1 Động thái tăng trưởng chiều cao cây của các dòng ngô nếp trong vụ Xuân

năm 2014 tại Gia Lâm – Hà Nội 47

3.2 Động thái tăng trưởng số lá của các dòng ngô nếp trong vụ Xuân năm

2014 tại Gia Lâm – Hà Nội 49

3.3 Chỉ số diện tích lá của các THL và ĐC qua các thời kỳ 61

3.4 Năng suất thực thu (tạ/ha) của các dòng ngô nếp trong vụ Xuân và vụ Thu

đông năm 2014 tại Gia Lâm – Hà Nội 75

3.5: Năng suất thực thu (tạ/ha) của các tổ hợp lai ngô nếp trong vụ Thu đông

năm 2014 tại Gia Lâm – Hà Nội 77

3.6 Giá trị KNKHC của các dòng ngô nếp trong vụ Xuân năm 2014 tại Gia

Lâm – Hà Nội 92

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Ngô Nếp (Zea mays L.var ceratina Kulesh) được công bố lần đầu tiên ở

Trung Quốc năm 1909 Sau đó, ngô nếp được phát hiện ở nhiều nơi khác thuộc Châu Á (Collins, 1920; Kuleshov, 1954) Ngô nếp được sử dụng chủ yếu trong sản xuất nông nghiệp để làm lương thực, phục vụ cho thị trường ăn tươi, làm thức ăn chăn nuôi gia súc, gia cầm… đặc biệt amylopectin trong ngô nếp được

sử dụng trong ngành công nghiệp dệt may, keo dán công nghiệp giấy (Longjiang

Fan et al., 2008)

Ngô nếp có nội nhũ chứa gần 100% amylopectin là dạng tinh bột có cấu trúc mạch nhánh trong khi ngô thường chỉ có 75% amylopectin còn lại 25% là amylose Hạt ngô nếp giàu lyzin, tryptophan, và protein, khi nấu chín có đặc tính dẻo, ngọt thanh, mùi vị thơm ngon, tinh bột của ngô nếp dễ hấp thụ hơn của ngô tẻ (Fergason and Hallauer, 1994) Điều này đã tạo ra sự khác biệt giúp ngô nếp đứng vững trong thị trường ăn tươi, được sử dụng rất phổ biến, thế giới ưa chuộng, đặc biệt là ở các nước châu Á như Trung Quốc, Nhật Bản, Hàn Quốc, Philippines, Việt Nam, Lào Ngô nếp có nhiều đặc điểm tuyệt vời trong thành phần tinh bột và giá trị kinh tế đã được trồng sản xuất ở Trung Quốc lâu đời và sản xuất tăng lên trong những thập kỷ

gần đây (Zheng et al., 2013)

Nhiều nước Đông Nam Châu Á như Việt Nam, ngô nếp có vai trò quan trọng, sử dụng làm lương thực, làm thực phẩm và ăn tươi cho người dân, đặc biệt nhân dân vùng núi Các giống ngô nếp có thời gian sinh trưởng từ trồng đến thu hoạch bắp tươi ngắn hơn, do vậy tránh được bất thuận sinh học và phi sinh học tốt hơn, nâng cao hiệu quả sản xuất trên đơn vị diện tích (Dang Ngoc Chi, 2010)

Ở Việt Nam, diện tích trồng ngô nếp thời gian qua tăng khá nhanh, hiện chiếm khoảng 10% diện tích trồng ngô của cả nước, chủ yếu lá giống thụ phấn tự do

và một số giống lai không quy ước (Phạm Đồng Quảng và cs, 2005) Gần đây vai trò của ngô nếp càng được đánh giá cao nhờ những thành tựu trong việc nghiên cứu

chọn tạo và phát triển những giống ngô nếp lai cho năng suất cao, chất lượng tốt, với độ dẻo và mùi vị thơm ngon hấp dẫn người tiêu dùng

Từ năm 2002, chương trình chọn tạo giống ngô nếp năng suất cao, phẩm chất tốt ở Việt Nam được bắt đầu nghiên cứu một cách tương đối hệ thống trên một số lượng đáng kể các nguồn vật liệu được thu thập từ nước ngoài và các nguồn ngô nếp địa phương đa dạng, có nhiều tính trạng quý được lựa chọn có định hướng (Phan Xuân Hào, Nguyễn Thị Nhài, 2007) Nguồn gen ngô nếp Việt Nam rất phong phú (Vũ Văn Liết và cs, 2006)

Một chương trình chọn tạo giống ngô, công việc chọn lọc bố mẹ có KNKH tốt

có vai trò rất quan trọng Lai thử ở những thế hệ đầu trong quá trình tạo giống sử dụng

để đánh giá khả năng kết hợp của các dòng và khai thác các tính trạng tốt trong quá trình tự phối tạo dòng thuần (Eunsoo Choe, 2010) Thông tin khả năng kết hợp các đặc điểm và tính trạng đặc thù có thể nhận được từ lai diallel là cơ sở phát triển giống ngô

lai (Sali et al., 2008)

Những nghiên cứu về chọn tạo các giống ngô nếp ăn tươi chất lượng cao trên thế giới hiện tập trung chủ yếu vào độ mềm và các tính trạng bắp có ảnh hưởng tới cảm quan của người tiêu dùng Tính trạng vỏ hạt mỏng và đặc điểm cấu trúc bắp là những chỉ tiêu chọn lọc quan trọng đối với chương trình chọn tạo giống ngô nếp ăn tươi, bởi vì chúng là những chỉ tiêu đánh giá chất lượng của người tiêu dùng (Eunsoo Choe, 2010), những nghiên đầu tiên chỉ ra rằng vỏ hạt dày và cứng có tương tác âm với độ mềm (Ito and Brewbaker, 1981) Xu hướng nghiên cứu di truyền tính trạng vỏ hạt mỏng được phát triển mạnh mẽ ở những năm gần đây, đây cũng là mục tiêu chủ yếu và cần thiết cho công tác chọn tạo giống ngô nếp mới vỏ mỏng mền hơn và tính trạng bắp phù hợp với nhu cầu thị trường ăn tươi Việt Nam

Để phục vụ cho chương trình chọn tạo giống ngô nếp lai vỏ hạt mỏng, cung

cấp nguồn vật liệu cho chọn tạo giống ngô nếp ăn tươi, chúng tôi thực hiện đề tài: “ Đánh giá đặc điểm nông sinh học và khả năng kết hợp của các dòng ngô nếp vỏ hạt mỏng trong điều kiện Gia Lâm, Hà Nội”

2 Mục đích, yêu cầu

2.1 Mục đích

- Đánh giá đặc điểm nông sinh học và khả năng kết hợp của 9 dòng ngô nếp

tự phối nhằm xác định dòng có đặc điểm nông sinh học phù hợp, chất lượng tốt, vỏ hạt mỏng và có khả năng kết hợp cao phục vụ cho chọn giống ngô nếp lai chất lượng đáp ứng nhu cầu ăn tươi

- Cung cấp thông tin hữu ích cho công tác chọn tạo và cải tiến chất lượng giống ngô nếp

- Đánh giá năng suất và yếu tố tạo thành năng suất của 9 dòng bố mẹ và 36 THL

- Xác định khả năng kết hợp của 9 dòng bố mẹ nghiên cứu

- Xác định được các dòng ngô nếp có năng suất cao, chống chịu và chất lượng tốt, vỏ hạt mỏng, kết hợp tốt, khuyến cáo cho chương trình chọn giống

- Xác định được THL có triển vọng khuyến nghị cho đánh giá tiếp theo

Chương 1 TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Tình hình sản xuất ngô trên thế giới và Việt Nam

1.1.1 Tình hình sản xuất ngô trên thế giới

Ngô được trồng trên 170 triệu ha (FAOSTAT, 2013) Ngô vừa là cây lương thực vừa là nguồn thức ăn quan trọng đối với chăn nuôi cho nên diện tích ngô và sản lượng ngô trên thế giới tăng không ngừng qua các năm, nhất là trong 40 năm trở lại đây, ngô là cây trồng có tốc độ tăng trưởng về năng suất là cao nhất trong các cây lương thực chính 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) (FAOSTAT, 2013) 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

Năng suất ngô tăng nhanh trong những năm qua, là thánh quả của việc phát hiện ưu thế lai trong chọn tạo giống cây trồng mà ngô là đối tượng thành công điển hình trong số các cây trồng lương thực, đồng thời không ngừng cải tiến kỹ thuật canh tác (Phan Xuân Hào, 2008) Có thể nói việc chọn tạo ra các giống ngô mới và những tiến bộ cao về kỹ thuật canh tác của nửa cuối thế kỷ trước đến nay đã làm thay đổi căn bản ngành sản xuất ngô trên thế giới

Những năm gần đây, nhu cầu sử dụng ngô làm thực phẩm (Ngô đường, ngô nếp, ngô rau) ngày càng tăng Xuất khẩu hạt giống và các sản phẩm từ ngô thực phẩm đã mang lại thu nhập khac cao cho người sản xuất Theo thống kê của FAO, năm 2006 các nước trên thế giới đã xuất khẩu 36,2 nghìn tấn ngô nếp, thu khoảng 82,4 triệu USD (FAO, 2009)

Theo U.S Council (2001), ngô nếp được trồng nhiều nhất ở Mỹ, nhưng phần lớn diện tích được trồng ở miền trung Illinois và Indiana, phía bắc Iowa, phía nam Minnesota và Nebraska (Nguyễn Thị Nhài, 2012) Hiện nay, diện tích ngô nếp của

Mỹ khoảng trên 500 nghìn ha và có thể tăng lên khoảng 700 nghìn ha trong một vài năm tới (Nguyễn Thế Hùng, 2006) Diện tích này được trồng nếp vàng, nhưng gần đây

có một số diện tích nhỏ được trồng bằng nếp trắng Các nước Châu Á như Hàn Quốc, Philippines, Thái Lan, Trung Quốc, Việt Nam, Lào, lại trồng phổ biến các giống nếp

có đặc điểm dẻo, thơm, ngon (Lê Quý Kha, 2009)

Ngô nếp ngày một trở nên quan trọng đối với thị trường Thái Lan và nhiều nước khác ở châu Á như Việt Nam, Trung Quốc, Hàn Quốc và Đài Loan bởi mùi vị,

độ ngọt, mềm và dẻo của nó khi sử dụng bắp tươi Thị trường xuất khẩu hạt giống

và ngô nếp đông lạnh ở Thái Lan đang có triển vọng, mở rộng cả trong và ngoài nước (Lertrat and Thongnarin, 2008)

1.1.2 Tình hình sản xuất ngô ở Việt Nam

Ngô được đưa vào trồng ở nước ta vào cuối thế kỷ 17 (Ngô Hữu Tình và cs, 1999), đã trở thành cây lương thực quan trọng thứ 2 sau lúa gạo, là cây trồng chính để phát triển ngành chăn nuôi và được trồng trên các điều kiên sinh thái khác nhau của cả nước Năng suất ngô của nước ta trước đây rất thấp so với năng suất ngô của thế giới,

do sử dụng các 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 đây cây ngô vẫn chưa được chú trọng phát triển mãi cho 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 của cây ngô lên gần 1,5 tấn/ha vào đầu những năm 1990 Tuy nhiên, ngành sản xuất ngô của nước ta có những bước tiến nhảy vọt là từ đầu những năm 1990 đến nay, gắn liền với việc không ngừng sử dung rộng rãi các giống ngô lai vào trong sản xuất, đồng thời áp dụng các kỹ thuật canh tác mới nhằm phát huy hết tiềm năng năng suất của các giống mới Nhờ việc sản xuất giống dễ dàng, giá thành rẻ, con lai có năng suất cao và thích ứng rộng, trong

đó các giống ngô lai không quy ước đã được người nông dân nhanh tróng chấp nhận và nhanh chóng mở rộng diện tích Năm 1991, diện tích trồng ngô lai chưa đến 1% trên hơn 400 nghìn ha trồng ngô, năm 2004 diện tích trồng ngô của 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 ngô lai là 84% (Phạm Đồng Quảng và cs, 2005; Trung tâm khuyến nông quốc gia, 2005), năm 2007 giống ngô lai chiếm khoảng 95% trong số hơn

1 triệu ha, năng suất ngô nước ta tăng nhanh liên tục với tốc độ cao hơn trung bình thế giới trong suốt 30 năm qua Năm 1990, năng suất của cây ngô nước ta chỉ bằng 42% so với trung bình thế giới (15,5/36,8 tạ/ha) nhưng đến năm 2010 đã đạt gần 79% (40,9/51,9 tạ/ha), xong cho đến năm 2012 thì lại có chiều hướng giảm về cả năng suất

và diện tích dẫn tới sản lượng giảm 0,83% so với năm 2011

Bảng 1.2 Diện tích, năng suất và sản lượng ngô Việt Nam

Nhìn chung trong những năm qua năng suất ngô Việt Nam đã tăng một cách đáng kể, xong sản lượng ngô của Việt Nam vẫn còn thấp so với các nước trên thế giới và có chiều hướng giảm trong một số năm tới do chịu ảnh hưởng khách quan của biến đổi khí hậu, sâu bệnh và diện tích trồng ngô ngày càng thu hẹp và vấn đề này ngày càng trở lên cấp bách

Đối với sản xuất ngô nếp ở nước ta, diện tích chiếm gần 10% diện tích trồng ngô của cả nước, chủ yếu là giống ngô địa phương, thụ phấn tự do hay lai không quy ước (Phan Xuân Hào, 2006)

Thời gian gần đây, một số giống ngô nếp lai quy ước từ các công ty hạt giống nước ngoài được nhập vào Việt Nam, chủ yếu ở các tỉnh phía Nam Nguồn giống ngô nếp này phần lớn là giống lai đến từ Đài Loan, Thái Lan thông qua một

số công ty như Mosanto, Sygenta, Pioneer, Nông Hữu, Thần Nông, Lương Nông, Trang Nông, Long Hoàng Gia, An Điền, như giống Wax44, Wax48, Wax50, Milky36, King80, nếp lai trắng tím 926 Tuy nhiên những giống từ các công ty này bán ra với giá rất cao từ 200.000 – 300.000đ/kg (Nguyễn Thị Nhài, 2012)

Cho đến nay, chưa có số liệu nào thống kê cụ thể nhưng diện tích ngô nếp không ngừng tăng nhanh trong thời gian qua, đặc biệt là ở vùng đồng bằng ven đô thị

1.2 Vai trò và vị trí cây ngô trong nền kinh tế

Ngô được sự dụng làm nguồn lương thực nuôi sống gần 1/3 dân số thế giới Tất cả các nước trồng ngô thường ăn ngô ở mức độ khác nhau, 21% sản lượng ngô của thế giới được sử dụng làm lương thực Ngô là lương thực chính của người dân ở nhiều khu vực: Đông Nam Phi là 42%, Tây Á là 27%, Nam Á là 75%, Đông Nam Á

và Thái Bình Dương là 39%, Đông Á là 30%, Trung Mỹ và Caribe là 61%, Nam

Mỹ là 12% (Ngô Hữu Tình và cs, 1997)

Ngô là thành phần quan trọng bậc nhất trong thức ăn chăn nuôi Khoảng 70% chất tinh trong thức ăn chăn nuôi tổng hợp là từ ngô, 71% sản lượng ngô thế giới được dùng làm thức ăn chăn nuôi Ở các nước phát triển, phần lớn sản lượng ngô được dùng cho chăn nuôi: ở Mỹ là 76%, Bồ Đào Nha 91%, Italia 93%, Croatia 95%, Trung Quốc 76%, Thái Lan 96% (Ngô Hữu Tình, 2003)

Ngô dược sử dụng làm nguyên liệu cho công nghiệp chế biến thực phẩm, tạo

ra cồn, rượu, bia, tinh bột, bánh kẹo, nhiên liệu sinh học (Ethanol và dầu diezen) Người ta đã sản xuất ra khoảng 670 loại sản phẩm từ ngô bằng công nghiệp lương thực, thực phẩm, công nghiệp nhẹ và dược phẩm Tại Mỹ 1/4 sản lượng ngô là dùng

để sản xuất etanol (Fao.org, 2011)

Theo Fergason (1994); Hallauer (1994) thì gen wx nằm ở locus 5S-56 có

biểu hiện của gen opaque, do vậy hạt ngô nếp cũng giàu lyzin , triptophan và protein Ngô nếp có tính dẻo và thơm, được sử dụng chính dưới dạng luộc, nướng,

đồ xôi Trường đại học tổng hợp Ohio - Hoa Kỳ đưa ra tiêu chuẩn dinh dưỡng của ngô nếp so với một số loại ngô khác (bảng 1.3)

Bảng 1.3: Một số đặc điểm chất lượng của ngô nếp so với ngô thường

(%)

Protein (%)

Tinh bột (%)

Năng lượng (kcalo/kg)

Nguồn: Đại học Tổng hợp Ohio, Hoa Kỳ

Theo US Grains Council, 2001, những giống nếp lai và các giống nếp thường, với đặc điểm dẻo, thơm ngon rất thông dụng ở châu Á như: Hàn Quốc, Philippin, Thái Lan, Trung Quốc, Việt Nam và nhiều quốc gia khác (Nguyễn Thị Nhài, 2012)

Các kết quả nghiên cứu cho thấy, thành phần của các hợp chất chứa carbon ở hạt là yếu tố quan trọng quyết định chất lượng ngô nếp Chúng bao gồm đường ở các dạng: Sucrose, glucose và fructose, phytoglycogen và tinh bột Đường quyết định độ ngọt, glycogen quyết định độ mềm và cấu trúc hạt, tinh bột ở dạng amylopectin quyết định tính dẻo và mùi vị Sự cân bằng các thành phần trên mang lại hương vị của ngô nếp mà không có ở bất cứ loại ngô ăn tươi nào khác (Simla, Lertrat and Suriharn, 2009)

1.3 Nguồn gốc và phân loại ngô nếp

1.3.1 Nguồn gốc

Ngô nếp là một trong những loài phụ chính của loài Zea mays L Hạt ngô nếp

bề ngoài nhìn tương tự với ngô đá, nhưng bề mặt bóng hơn Lớp ngoài cùng của mặt cắt nội nhũ không có lớp sừng như ngô tẻ, có tính chất quang học giống như lớp sáp

Ngô nếp được phát hiện năm 1908 ở Trung Quốc, sau đó được nhà thực vật Collins trồng vào tháng 5 năm 1908, được đăng tải vào tháng 12 năm 1909 (Collins, 1909) Năm 1915, cây trồng này được tái phát hiện ở thượng Miễn Điện và năm

1920 ở Philippine Khi tìm hiểu phân bố của cây ngô ở châu Á đã tìm thấy nó ở nhiều nơi khác (Collins, 1909, 1920 and Kuleshov, 1954)

Collins và các nhà khoa học khác đã xác định rằng: Ngô nếp bắt nguồn từ

ngô tẻ, do một đột biến đơn gen, gen trội Wx thành gen lặn wx, vì vậy ngô nếp có

thể xuất hiện ở nhiều vùng khác nhau trên trái đất (Feng and Li, 2008)

Nhiều đột biến tác động đến sự biểu hiện của locus Waxy đã được xác định

Cho đến nay, các nhà khoa học đã xác định được khoảng hơn 50 đột biến từ Wx thành

wx (Huang, Tian, Zhang , Huang, 2010; Weatherwax, 1922)

Ngô nếp là một dạng đặc biệt của ngô trồng, mặc dù vậy nguồn gốc và tiến hóa của ngô nếp vẫn còn chưa rõ Mengliang Tian và cs năm 2009 đã phân tích nguồn gốc và tiến hóa của ngô nếp bằng giải trình tự DNA của 4 nhóm với 8 quần

thể: ngô nếp và ngô trồng khác ở Tây Nam Trung Quốc và châu Mỹ (Zea mays L ssp mays), parviglumis (Z mays L ssp parviglumis Iltis cs Doebley), Ba loài phân biệt rõ ràng hơn trong chi (Z luxurians) (Durieu cs Ascherson) Bird, Zea perennis (Hitchcock) Reeves cs Mangelsdorf, và Zea diploperennis Iltis, Doebley cs Guzman), và một đại diện chi chị em là (Tripsacum dactyloides L.) Các tác giả đã

giải trình tự 20 mẫu nối tiếp nhau và 26 trình tự từ cơ sở dữ liệu NCBI cho locus

glb 1, locus mã hóa tổng hợp protein trong hạt Các mẫu trong chi Zea ngô nếp có đa

dạng trình tự nhỏ nhất, nó chứa 31.1% mức đa dạng của parviglumis và 58.5% mức

đa dạng của ngô thường Tây Nam Trung Quốc Phương sai trình tự trong locus glb1 chứa tiến hóa trung tâm trong 4 nhóm phù hợp với Tajima’D test Cây phả hệ của

trình tự glb1 ngô nếp hình thành 2 nhóm chính hỗn hợp với trình tự ngô thường

Kết quả này gợi ý rằng ngô nếp Trung Quốc có nguồn gốc do đột biến đơn gen từ ngô thường Kết hợp phân tích với lịch sử và phân tách tiến hóa các tác giả cho rằng

ngô nếp phân tách từ ngô đá Trung Quốc (Mengliang et al., 2009)

1.3.2 Phân loại ngô nếp

Ngô nếp có dạng hạt tròn và nhẵn, có màu vàng , trắng đục, hoặc tím; màu mày

hạt chủ yếu là trắng Ba thứ thường gặp chủ yếu là: var Alboceratina với màu hạt trắng, mày trắng; var Luteoceratina với màu hạt vàng, mày trắng; var Rubrocertina

với màu hạt tím, mày trắng hoặc tím, năng suất thấp (Ngô Hữu Tình, 2003)

Tinh bột của ngô nếp chứa gần như 100% amylopectin Amylopectin là dạng của tinh bột có cấu trúc phân tử glucose phân nhánh dựa trên liên kết α.1-4 và α.1-6 Collins (1909) và Kempton (1919) là những người phát hiện ra đầu tiên ở ngô nếp một đơn gen lặn (wx) nằm trên vai ngắn của nhiễm sắc thể số 9, mã hóa kiểu hình nội nhũ nếp của hạt (Collins,1909; Kempton, 1919) Khi cho tinh bột ngô nếp và dung dịch KI thì nó chuyển sang màu cà phê đỏ, trong khi tinh bột của ngô thường

sẽ chuyển sang màu xanh tím (Peter Thompson, 2005)

1.4 Di truyền tính trạng ngô nếp

Ngô trồng là cây năng lượng cơ bản, nhưng sử dụng dưới các dạng đặc thù khác nhau như hàm lượng dầu cao, lysine cao, ngô nếp, ngô hạt trắng, ngô nổ và ngô ngọt là khá phổ biến Ngô đặc thù, bởi vì các tính trạng của nó và điều khiển di truyền những tính trạng này yêu cầu đặc thù của vật liệu di truyền tạo giống, đặc biệt liên quan đến điều khiển thụ phấn Để chọn lọc thành công những tính trạng cụ thể, các phương pháp đặc thù trong đánh giá tính trạng là cần thiết: ước lượng thể tích nôt, độ bông khi nổ của ngô nổ, xác định hàm lượng đường và thời điểm thu hoạch của ngô đường, các định hàm lượng dầu của ngô có hàm lượng dầu cao Các chương trình tạo giống với ngô đặc thù, ngoài hàm lượng amylose cao đã được thực hiện tại Viện nghiên cứu ngô, Zemun, Polje, Belgrade trong 45 năm qua, rất nhiều giống ngô ngọt, ngô nổ, ngô hàm lượng dầu cao, ngô lysine ngô đá và ngô hạt trắng lai đã được chọn tạo thành công Để chọn lọc và tạo giống thành công những tính

trạng đặc thù này trong tương lai cần có nguồn biến dị di truyền lớn và những kỹ thuật cần thiết để chọn lọc thành công (Pajić , 2007)

Collins và các nhà khoa học khác đã xác định rằng: Ngô nếp bắt nguồn từ

ngô tẻ, do một đột biến đơn gen, gen trội Wx thành gen lặn wx, vì vậy ngô nếp có thể xuất hiện ở nhiều vùng khác nhau trên trái đất Gen Waxy (Wx) mã hóa cho

enzyme granule-bound starch synthase (GBSS = protein waxy), đây là một trong những isoenzyme chính xúc tác sự tổng hợp amylose từ ADP glucose, được biểu hiện ở nội nhũ và hạt phấn Ở ngô tẻ, isoenzyme GBSS có hoạt tính mạnh và sản phẩm của nó chủ yếu là amylose, một phần ADP glucose không thể được chuyển hóa hoàn toàn thành amylopectin, vì vậy có khoảng 25% tinh bột trong nội nhũ, còn

lại là amylose và có kiểu hình là ngô tẻ Ở ngô nếp, gen trội Wx bị đột biến thành gen lặn wx và hoạt động của enzyme GBSS bị ức chế Đồng thời tất cả isoenzyme

khác tổng hợp amylose cũng hoạt động rất yếu, gần như toàn bộ ADP glucose sẽ được chuyển thành amylopectin bởi enzyme starch branching (SBE), hàm lượng amylopectin được tích lũy trong nội nhũ tới gần 100% và biểu hiện kiểu hình là ngô nếp Tuy nhiên trong thực tế, con đường sinh tổng hợp tinh bột ở nội nhũ ngô là rất phức tạp, quá trình này có sự tương tác giữa nhiều enzyme sinh tổng hợp tinh bột

khác nhau (Feng et al., 2008)

Ngô nếp là dạng ngô tẻ do biến đổi tinh bột mà thành Sự biến đổi xảy ra

trong quá trình đột biến gen Wx thành gen wx Có nhiều loại đột biến nếp xảy ra, tuy nhiên theo các nhà nghiên cứu sự tự phát sinh đột biến của locus wx là đột biến chèn

đoạn hay mất đoạn (mất một vài nucleotid) ở kiểu gen hoang dại (Ngô Hữu Tình, 2009)

Những nghiên cứu gần đây cho thấy các giống ngô nếp bản địa rất giàu có ở Trung Quốc, nó phân bố chủ yếu ở vùng Tây Nam, đặc biệt ở Vân Nam, Quảng Châu

và Quảng Tây (Huang and Rong, 1998; Tian et al., 2009) Tỉnh Vân Nam là nguồn

gốc của nhiều loài cây trồng quan trọng với mức độ đa dạng rất cao Một vài nghiên cứu gợi ý rằng ngô nếp Trung Quốc có nguồn gốc từ Vân Nam và Quảng Tây, nó phù

hợp với hình thái, kiểu nhân, isozymes và chỉ thị DNA (Zeng et al., 1981, 1994; Liu et

al., 2005) Ngô nếp có mức độ đa dạng cao về các tính trạng nông học như chiều cao cây, thời gian sinh trưởng, đặc điểm kính tế, chống chịu sâu bệnh và năng suất, yếu tố

cấu thành năng suất ở vùng Vân Nam, Quảng Châu và Quảng Tây Phân tích đa dạng

bằng chỉ thị phân tử SSR , Liu et al., 2005 đã kết luận Vân Nam và Quảng Châu có thể

là Trung tâm đa dạng và nguồn gốc của ngô nếp

Kiểu hình của ngô nếp đã được chứng minh là kết quả từ giảm đáng kể sự

tổng hợp amylose do đột biến hoặc thêm vào trong sáp một dạng gen mã hóa (Wx) enzyme synthase biến đổi tinh bột tổng hợp trong ngô (Fedoroff et al., 1983; Klosgen et al., 1986) và cây ngũ cốc khác (Sano, 1984; Vrinten et al 1990; Patron

et al , 2002; Saito Nakamura, 2005) Trong ngô nếp, gen lặn duy nhất (wx), nằm

trên vai ngắn của NST số 9, chịu trách nhiệm tạo ra nội nhũ dạng sáp của hạt Gen

wx là gen duy nhất lấn át các gen khác để tạo tinh bột dạng nhỏ (Peter Thompson, 2005) Theo Fergason (1994); garwood và Greech (1972); Hallauer (1994), thì gen

wx nằm ở locus 5S – 56 có biểu hiện của gen opaque, do vậy hạt ngô nếp cũng giàu

lyzin, tryptophan và protein Bởi vì đột biến dạng sáp dễ dàng nhận biết thông qua kiểu hình, nó trở thành chủ đề chính của nghiên cứu di truyền của thế kỷ trước Trình tự DNA của các loài dạng sáp hoang dại đã được xác định ở ngô cách đây 20

năm bao gồm 14 exon (Klosgen et al., 1986) Trong các nghiên cứu gần đây, trình

tự dạng sáp đã được xác định trong một số accessions từ các loài ngô họ hàng Sự chứng minh chọn lọc thuần hóa ở locus nội nhũ sáp ở lúa và chọn lọc xung quanh vùng genome đã giúp nhận biết quá trình chọn lọc như vậy tương tự với ngô nếp

Để nhận biết địa chỉ như dự đoán, trình tự DNA của nội nhũ sáp với 3 gen bên và,

một gen không liên kết (Adh1) của 30 mẫu nguồn gen ngô nếp của Trung Quốc

Bao gồm các mẫu đại diện cho giống bản địa và các dòng thuần đã xác định trong nghiên cứu này Sự giảm rõ nét đa dạng nucleotide và kiểm tra trung tâm locus nội

nhũ sáp (Tajima’s, Fu và Li’s dẫn theo Longjiang et al., 2008) của ngô nếp Trung

Quốc nhưng không liên kết khẳng định đây là một dạng khác biệt

Hai đột biến wxm-1 và wxm-6 của hệ thống Ac-Ds và wxm-8 thuộc hệ thống Spm đã được McClintock khám phá và dò tìm chức năng gen Các allel đột biến wx được khám phá là gen lặn, phân lập các allel wx trong một thí nghiệm có lẫn tạp các allel wx tiêu chuẩn không giải thích được ở hạt của kiểu hình ngô nếp Allel wxC của đại học Cornell xác định là allel wx lặn tiêu chuẩn sử dụng trong phòng thí nghiệm

Trên cơ sở phân tích di truyền truyền thống có xấp xỉ 24 allel, 3 allel khác và hầu hết

các allel wx Collins và Kempton khám phá, cấu trúc locus (wx+) dạng dại đã được xác định bằng phân tích DNA có độ dài 3718 bp (Jackson et al., 2001)

Bản đồ di truyền liên kết ở ngô sử dụng chỉ thị SSR và SNP xây dựng trên Quần thể dòng thuần tái hợp F7:8 (RIL) bắt nguồn từ tổ hợp lai ngô nếp (KW7) và ngô răng ngựa (Mo17) Tổng số chỉ thị là 465 bao gồm 459 SSR và 6 SNP, các tác giả đã đưa vào 10 nhóm liên kết với mở rộng 2.656,5 cM với khoảng cách trung bình giữa các chỉ thị 5.7 cM,và số locus trên nhóm từ 39 đến 55 Chỉ thị SSR (85.4%) và SNP (83.3%) biểu hiện tỷ lệ phân ly trong quần thể RIL theo định luật Mendel ở mức có ý nghĩa 5% Phân tích liên kết 6 locus SNP liên kết với gen tổng

hợp tinh bột ở hạt (ae1, bt2, sh1, sh2, su1, và wx1), Tất cả 6 locu lập bản đồ di truyền thành công và liên kết chặt với chỉ thị phân tử SSR trên NST số 3 (sh2), 4 (su1 and bt2), 5 (ae1), và 9 (sh1 và wx1) Chỉ thị SSR liên kết với các gen tổng hợp

tinh bột có trhheer sử dụng trong chương trình tạo giống nhờ chỉ thị phân tử Kết quả xây dựng bản đồ di truyền rất có lợi để dò tìm các tính trạng số lượng và nhân biết các QTL cao của ngô nếp lai Số liệu hỗ trợ phân tích di truyền tiếp theo và

phát triển chương trình tạo giống ngô (Kyu et al., 2012)

Hơn 40 allele đột biến của locus waxy (Wx) của ngô phân tích bằng chỉ thị

phân tử Những nghiên cứu trước xác định kiểu hình tự nhiên không ổn định của đột biến allele Wx do nguyên nhân lồng đoạn hoạt hóa chuyển đổi ngô Ac ( maize transposable activator) và nguyên tử phân tách (Ds) dissociation (Ds) elements Trong nghiên cứu này các tác giả sử dụng phân tích Southern blot đặc điểm locus

trong 22 dòng che lấp allele wx với kiểu hình không ổn định Trong các đột biến, 17

trong vùng tự đột biến, 4 tạo ra do tia gamma, và 1 gây ra bằng ethyl methanesulfonate Trong 22 allele này đã tìm thấy 13 lồng đoạn hoặc xóa đoạn

trong đơn vị sao mã Wx Những đoạn lồng kích thước trong phạm vi 150 bp (base

pairs) đến 6.1 kb (kilobases) Với 4 của 6 xóa đoạn đã được nhận biết, hai điểm

phân giới trong gen Wx Với 9 alleles khác không quan sát thấy vết trong hoặc xung

quanh đơn vị sao mã Những chứng minh có mặt của lồng đoạn và xóa đợn trong kiểu hình đột biến là không đa hình Những kết luận này là cơ sở cho 2 phát hiện (i)

một khảo sát dòng thuần chứng minh chỉ đa hình đơn trong đơn vị sao mã, trong khi tất cả các vết biến đổi trong đơn vị sao mã (ii) có sự tương quan tuyệt vời giữa vị trí của vết này trên bản đồ vật lý và vị trí liên quan trên bản đồ di truyền cấu trúc của

locus này (Wessler et al., 1985)

Đặc điểm nông học của ngô nếp và kỹ thuật canh tác cũng đã được nghiên cứu những năm gần đây Trường Đại học Pennsylvania State University nghiên cứu hướng dẫn kỹ thuật trồng ngô nếp cho rằng, trồng ngô có tinh bột hoàn toàn là amylopectin không dễ dàng vì gen sáp là gen lặn, như vây ngô nếp cách ly với ngô thường ít nhất là 200 m Nếu chỉ xuất hiện một số cây ngô thường trên ruộng cây sản xuất có thể làm thay đổi ngay cả khi đã cách ly tốt và trong chọn lọc hạt gieo cũng cần loại bỏ những hạt ngô thường lẫn trong lô hạt hoặc ngô nếp đã thay đổi do trôi dạt di truyền (Pennsylvania State University, 2006)

1.5 Nghiên cứu đa dạng di truyền nguồn gen ngô nếp

Đa dạng hình thái theo chỉ số đa dạng của Shannon-Weaver sử dụng phân tích đa dạng của 13.500 mẫu nguồn gen ngô bản địa và 3258 dòng tự phối đang bảo tồn ở Trung Quốc Trong đó mẫu nguồn gen ngô nếp đa dạng nhất ở Vân Nam là

315, Quảng Tây là 269 và Quảng Đông là 170, Hắc Long Giang 43, Tứ Xuyên 43

Hồ Bắc 33 Kết quả chứng minh rằng đa dạng kiểu hình liên quan chặt chẽ với nguồn địa lý sinh thái Nhìn chung kết quả nghiên cứu chứng minh các nguồn gen ngô bản địa đa dạng hơn, điều này chỉ ra răng bảo tồn nguồn gen bản địa có ý nghĩa

vô cùng quan trọng cho chiến lược tạo giống ngô ở Trung Quốc (Li et al., 2002)

Đa dạng di truyền nguồn gen ngô nếp cũng đã được nghiên cứu đánh giá

cung cấp thông tin quan trọng cho chương trình tạo giống ngô nếp lai Jun et al

(2008) cho rằng hiểu biết về đa dạng và mối quan hệ di truyền giữa các vật liệu chọn giống ưu tú có ý nghĩa quan trọng đối với cải tiến cây trồng Đối với ngô, thông tin di truyền đặc biệt có lợi trong lai tạo giống ưu thế lai, phân nhóm di truyền các dòng thuần và bảo hộ quyền tác giả Jun et al (2008), đã sử dụng kỹ thuật chỉ thị phân tử SSR để nghiên cứu đa dạng và mối quan hệ di truyền giữa 76 mẫu nguồn gen ngô nếp của Hàn Quốc, đại diện cho mẫu nguồn gen thu thập ở tất các các vủng trong cả nước Nghiên cứu sử dụng 30 chỉ thị SSR đã nhận biết tổng số

127 allele, trung bình 4,2 allel trên một locus Đa dạng gen của 30 chỉ thị rất biến động trong phạm vi từ 0,125 đến 0.795 với trung bình là 0,507 Các dòng thuần phân thành 2 nhóm di truyền gồm nhóm 1 là 63 dòng và nhóm 2 là 13 dòng với hệ

số đồng hình 36,5% Nghiên cứu chỉ ra rằng chỉ thị phân tử SSR hữu ích trong nghiên cứu đa dạng di truyền và chương trình chọn giống ngô nếp lai ở Hàn Quốc

(Jun et al., 2008)

Thông tin đa dạng di truyền và mối quan hệ di truyền giữa các dòng thuần ưu tú

là rất cần thiết để cải tiến và tạo giống mới trong chương trình tạo giống ngô Các nhà nghiên cứu Hàn Quốc đã nghiên cứu mối quan hệ và đa dạng di truyền của 84 dòng thuần ngô nếp sử dụng 50 chỉ thị phân tử SSR Tổng số allel thu được là 269 trên tất cả các locus, phạm vi 2 đến 13 allel trên một locus và trung bình là 5,38 allel Giá trị đa dạng gen rất biến động từ 0,383 đến 0,923 và trung bình là 0,641 Phân nhóm di truyền cho kết quả nhóm 1 gồm 33 dòng và nhóm 2 là 51 dòng, các dòng thuần ngô nếp không đồng nhất rõ ràng với nguồn gốc phát triển của chúng về phả hệ và vùng địa lý Phân tích đa dạng các dòng thuần thu thập ở Hàn Quốc và Trung Quốc tại 50 locus SSR biểu hiện giá trị số allel trung bình (4,9) và đa dạng gen (0,638) của các dòng thuần ngô nếp Hàn Quốc so với các dòng thuần ngô nếp Trung Quốc (3,5 và 0,563) Những thông tin đa dạng di truyền rất có lợi cho

chương trình tạo giống ngô nếp của Hàn Quốc (Kyu et al., 2010)

Ngô nếp có giá trị kinh tế cao, nó đã được trồng rất lâu đời ở Trung Quốc Sản xuất và tiêu thụ ngô nếp ngày càng tăng trong những thập kỷ gần đây Mặc dù

vậy, nguồn gốc và tiến hóa của ngô nếp vẫn còn chưa được hiểu rõ ràng Zheng et

al. (2013), đã nghiên cứu đa dạng di truyền nguồn gen ngô nếp bao gồm các giống bản địa và các dòng thuần bằng chỉ thị phân tử SSR, kết quả cho thấy mức đa dạng rất cao của nguồn gen ngô nếp Trung Quốc Phân tích nguồn gốc và tiến hoá ngô nếp bằng giải trình tự 108 mẫu và 52 trình tự từ GenBank của locus waxy trong số

nguồn gen của chi Zea Sự giảm rõ ràng mức đa dạng nucleotide ở locus waxy trong

ngô nếp Trung Quốc nhưng không giảm trong ngô thường Di truyền hình thái chỉ ra rằng ngô nếp Trung Quốc có nguồn gốc từ ngô đá và hầu hết các dòng thuần ngô nếp hiện đại biểu hiện nguồn gốc và quá trình tiến hóa độc lập so với nguồn gen Tây Nam

Trung Quốc Kết quả này chỉ ra rằng các tính trạng nông học đã được cải tiến nhanh

chóng do quá trình chọn lọc theo nhu cầu của con người (Zheng et al., 2013)

Nhận biết tính trạng chất lượng và đa dạng di truyền nguồn gen ngô nếp Trung

Quốc đã được Wang et al (2013) đã phân tích 165 mẫu nguồn gen bao gồm cả giống

bản địa và dòng thuần bằng chỉ thị phân tử SSR Kết quả cho thấy mức độ đa dạng di truyền rất rộng về đặc điểm bắp, chất lượng tinh bột ở nguồn gen ngô nếp Trung Quốc Tổng số 281 allele đã tìm thấy trong 60 locus SSR, với phạm vi từ 2 đến 9 allele/chỉ thị, trung bình là 4,68 allele/chỉ thị qua tất cả các kiểu gen Giá trị PIC từ 0,332 đến 0,860 Thông tin đa dạng rất có lợi để lựa chọn các vật liệu có khoảng cách di truyền xa

nhất cho nghiên cứu di truyền và lai tạo giống (Wang et al., 2013)

1.6 Chọn tạo giống ngô nếp

1.6.1 Nghiên cứu phát triển dòng thuần

Dòng thuần là khái niệm tương đối để chỉ các dòng tự phối đã đạt đến độ đồng đều cao và ổn định ở nhiều tính trạng Đối với ngô thường sau 7- 9 đời tự phối thì các dòng đã đạt được độ đồng đều cao ở tất cả các tính trạng như: chiều cao cây, chiều cao đóng bắp, và được coi là dòng thuần Như vậy có thể hiểu dòng thuần

là dòng có kiểu gen đồng hợp tử với tỷ lệ cao ở nhiều tính trạng

Các nghiên cứu của Shull (1908, 1909) đã chỉ ra rằng: khi tiến hành quá trình

tự phối ở ngô để tạo dòng thuần thì đã xảy ra hiện tượng suy giảm sức sống và năng suất, ngay ở thế hệ thứ ba năng suất trung bình đã giảm đi hai lần (Shull 1908, 1909) Tuy nhiên khi các cây tự phối đạt đến trạng thái đồng hợp tử nhất định thì sự suy giảm có xu hướng dừng lại không phân ly nữa (Nguyễn Văn Hiển, 2000), và sự suy giảm này sẽ được phục hồi hoàn toàn khi lai hai dòng thuần với nhau

Chọn tạo dòng thuần bằng phương pháp kích tạo đơn bội (Invivo), Geiger (2009) thụ bằng phấn của các cây ngô có kiểu gen đặc thù gọi là cây kích tạo (inducer), dẫn đến tạo cây hạt có phôi đơn bội (haploid embryo) nội nhũ tam bội

Kỹ thuật này đang được sử dụng rộng rãi để phát triển dòng thuần trong tạo giống ngô lai thương mại (Andrés and Hartwig, 2010) Sử dụng dòng đơn bội kép (DH) bằng phương pháp gây tạo in vivo tạo đơn bội mẹ là một hướng sử dụng trong chọn

tạo giống ngô (Zea mays L.) Tiến bộ chủ yếu của dòng DH trong chọn tạo giống

ngô lai là (i) biến dị di truyền tối đa, (ii) đồng hợp hoàn toàn, (iii) nhanh thương mại, (iv) đơn giản, (v) giảm chi phí (vi) tối ưu cho ứng dụng marker Các kiểu gen kích tạo tiêu chuẩn khả năng kích tạo đạt tỷ lệ trung bình 8 đến 10% Rất nhiều chỉ thị (marker) hình thái, sinh lý có thể nhận biết hạt hoặc cây đơn bội nhanh và rẻ Phương pháp lưỡng bộ hóa nhân tạo thành công áp dụng rộng rãi và có thành công trong thương mại Chu kỳ có thể rút ngắn xuống ba năm, nếu ba bước thứ nhất (Tái

tổ hợp, kích tạo đơn bội và sản xuất cây DH) được hoàn thành trong một năm (Geiger and Gordillo, 2010)

Đinh Công Chính và cs (2010) đã phân tích đa dạng di truyền và khả năng kết hợp 30 dòng ngô nếp thuần, trong đó có 22 dòng được tạo ra từ nuôi cấy bao phấn

có nguồn gốc Việt Nam, Trung Quốc, Thái Lan 8 dòng được rút dòng trực tiếp từ pool1, pool2, pool3, pool4 có nguồn gốc bản địa Kết quả cho thấy 30 dòng ngô nếp khá đa dạng và phong phú, phân thành 4 nhánh cách biệt với khoảng cách di truyền

là 0,60 Xác định được 7 dòng có khả năng kết hợp chung và phương sai khả năng kết hợp riêng cao là N1, N2, N10, N11, N14, N17, N18

Nghiên cứu đánh giá 22 dòng thuần ngô nếp, các tác giả đã nhận biết 4 dòng có mức đồng hợp cao Waxy4, Waxy 9, Waxy16, Waxy 17 (tỷ lệ dị hợp dưới 7%) và 5 dòng biểu hiện dị hợp cao (trên 20%) là các dòng Waxy 12, Waxy 14, Waxy 18, Waxy

21, Waxy 22 Chỉ thị phân tử SSR nhận biết mức độ đa hình cao giá trị thông tin di truyền PIC bằng 0,46 Phân nhóm các dòng thuần bằng phương pháp UPGMA cho thấy hệ số đồng hình bằng 0,38 và các dòng được phân thành 6 nhóm cho thấy mức độ

đa dạng của các dòng thuần ngô nếp nghiên cứu (Nguyễn Thế Hùng và cs, 2012)

1.6.2 Nghiên cứu đánh giá khả năng kết hợp (KNKH)

KNKHC (General combining ability – GCA), được biểu hiện bằng giá trị ưu thế lai trung bình của bố mẹ ở tất cả các tổ hợp lai Còn độ chênh lệch của tở hợp lai cụ thể nào đó với giá trị ưu thế lai trung bình của nó biểu hiện KNKHR (specific combining ability – SCA) Sprague cho rằng đánh giá dòng về KNKH thực chất là xác định tác động của gen (Sprague, 1957)

Sprague và Tatum chia tác động gen liên quan tới KNKH thành 2 loại: KNKH chung (KNKHC) và KNKH riêng (KNKHR) KNKHC được xác định bằng yếu tố di trền cộng, còn KNKHR xác đinh bằng yếu tố ức chế, tính trội, siêu trội và điều kiện môi trường Quan hệ giữa KNKHC và KNKHR thông qua tác động trội và ức chế được xác định bằng việc tính toán phương sai di truyền, di truyền trội, ức chế trội (Trần đình Long

và cs, 1990) Kết quả đánh giá KNKH của bố mẹ thông qua các tính trạng trên tổ hợp lai

của chúng, giúp chúng ta có thể quyết định chính xác về việc giữ lại dòng có KNKH cao, loại đi những dòng có KNKH thấp (Mai Xuân Triệu , 1998)

Đánh giá khả năng kết hợp bằng phương pháp lai luân phiên (Diallel cross) là hệ

thống lai thử mà các dòng hoặc giống được lai với nhau theo tất cả các tổ hợp lai có thể Các dòng này vừa là cây thử của các dòng khác vừa là cây thử của chính mình Phân tích lai luân phiên cho thông tin về: Bản chất và giá trị thực của các tham số di truyền, KNKH chung và KNKH riêng của các bố mẹ biểu hiện ở các con lai Trong phân tích lai luân phiên có hai phương pháp là: Phương pháp Hayman và phương pháp Griffing

Thongnarin et al năm 2006 đã xác định khả năng kết hợp (GCA và SCA) để

nhận biết các dòng có khả năng kết hợp tốt nhất để phát triển giống ngô nếp ưu thế lai Bốn dòng tự phối làm bố là 241, 246, 303 và 5101, bốn dòng tự phối làm mẹ là

207, 209, 216 và 513 Tổ hợp theo mô hình II được thí nghiệm đánh giá trong thí nghiệm RCBD, ba lần nhắc lại, 3 đối chứng trong 2 vụ là mùa mát 2005 (12/2004 – 2/2005) và mùa mưa 2005 (5/2005 – 7/2005) tại khoa nông nghiệp của Đại học Khon Kaen, Thái Lan Kết quả xác định được 4 dòng 241, 303, 513 và 216 có giá trị GCA về năng suất và chất lượng dương Ngoài ra các THL phát triển từ những dòng tự phối này 513 x 241, 216 x 241 và 513 x 303 có năng suất cao và giá trị KNKH riêng về năng suất dương Những dòng phù hợp làm bố là 241 và 303, dòng

216 và 513 phù hợp làm mẹ

Huang et al (2007) nghiên cứu khả năng kết hợp và thông số di truyền của 9

dòng tự phối ngô nếp (6 dòng nhiệt đới hoặc á nhiệt đới, 3 dòng ngô nếp ôn đới) đã được phân tích trên những đặc điểm nông học chủ yếu Chín dòng ngô nếp được lai theo mô hình Griffing 4 tạo ra 36 cặp lai đã được đánh giá tại Côn Minh, Vân Nam, Trung Quốc Kết quả cho thấy rằng có sự khác nhau về khả năng kết hợp chung

(GCA) và khả năng kết hợp riêng (SCA) về năng suất cá thể, chiều cao cây, chiều cao đóng bắp, chiều dài bắp, đường kính bắp , số hàng hạt/bắp, số hạt/hàng và khối lượng 1000 hạt ở mức có ý nghĩa cao Phương sai hiệu ứng cộng cao hơn không cộng Phương sai hiệu ứng cộng bằng phương sai di truyền về chiều cao cây, đường kính bắp, khối lượng 1000 hạt, năng suất cá thể, chiều cao đóng bắp, số hàng hạt/bắp và số hạt/hàng Các dòng tự phối có tiềm năng nhất ở Vân Nam là YWL1

và YWL7 Từ kết quả nghiên cứu các tác giả kết luận rằng các dòng ngô nếp tự phối trừ nguồn gen nhiệt đới và á nhiệt đới của địa phương có tiềm năng cao trong chương trình tạo giống ngô nếp lai Nghiên cứu của các tác giả cũng cung cấp những thông tin có giá trị để nâng cao và cải tiến nguồn gen ngô nếp địa phương

(Huang et al., 2007)

Shen et al., 2009 nghiên cứu khả năng kết hợp về các tính trạng chất lượng

của ngô nếp, nghiên cứu thực hiện với 6 dòng tự phối ngô nếp (01 dòng mới giới thiệu và 5 dòng của Thượng Hải) đưa vào sơ đồ lai diallel theo mô hình Griffing 4 Thí nghiệm đồng ruộng thực hiện 6 dòng và các tổ hợp lai của chúng Đánh giá khả năng kết hợp chung (GCA) và khả năng kết hợp riêng (SCA) và thông số di truyền của một số tính trạng chất lượng Sự sai khác có ý nghĩa cao về GCA và SCA ở tất

cả các tính trạng chất lượng trừ tính trạng độ dày vỏ và màu sắc hạt Tính trạng màu sắc được điều khiển bởi gen hiệu ứng cộng, trong khi các gen cộng và không cộng điều khiển các tính trạng chất lượng khác Các dòng tự phối P3, P6, P5 và P2 có giá trị GCA cao ở hầu hết các tính trạng, và các dòng thuần P36, P46, P13, P15, P24 và P25

có giá trị SCA cao ở hầu hết các tính trạng

Chatpong et al (2001)đã nghiên cứu khả năng kết hợp chung (GCA) của các

dòng ngô nếp, 6 dòng (Suwan 3 x Philippine Glutinous Syn no.20) - F4 - S4(A) và 4 dòng (Suwan 3 x Tiendam) - F4S4 (B) đã được đánh giá 24 tổ hợp lai đơn (A x B) được đánh giá tại Trung tân nghiên cứu Ngô, Cao lương quốc gia, Nakhon Ratchasima đầu mùa mưa năm 1998 GCA của các tính trạng tính theo mô hình lai đỉnh (line x tester) Kết quả dòng số A -i82-4-6 có GCA dương ở mức có ý nghĩa (P=0.01) về bắp cả lá bi và bắp bóc lá bi, khối lượng bắp và bột Tổ hợp lai A-182-4-

6 x B-47-1-5 có khối lượng bắp và bột cao nhất (10,669 và 10,475 t/ha) và có các đặc

điểm nông sinh học, chất lượng tốt cho tiêu dùng (Chatpong et al., 2001)

Công bố của các nhà chọn giống nghiên cứu khả năng kết hợp của 6 dòng ngô nếp về đặc điểm độ dính của hồ tinh bột ngô nếp Sáu dòng tự phối thuần (KKU-BK, KKU-JP, KKU-UB, KKU-JD, KKU-G2 và KKU-N7) cùng với con cái lai F1 thu được từ mô hình lai diallel đầy đủ được đánh giá khả năng kết hợp về đặc điểm độ dẻo của hồ tinh bột (starch pasting viscosity characteristics ), thí nghiệm đánh giá qua hai môi trường ở Thái Lan Mối quan hệ quan trọng của ảnh hưởng gen cộng tính và không cộng tính đã được xác định Phân tích phương sai các tham

số thống kê chỉ ra rằng có sự khác biệt cao ở mức có ý nghĩa giữa các kiểu gen và tương tác kiểu gen và môi trường Thành phần phương sai của KNKH chung (GCA)

có ý nghĩa ở hầu hết các tính trạng, trong khi KNKH riêng (SCA) chỉ có ý nghĩa ở tính trạng độ dẻo Ảnh hưởng của lai thuận nghịch có ý nghĩa trừ nhiệt độ hóa hồ Ảnh hưởng cộng tính chủ yếu đối với độ dính (peak viscosity); độ lớn của phương sai KNKH chung cao hơn KNKH riêng của đặc điểm này Mặc dù vậy, ước lượng phương sai di truyền không cộng tính cao hơn ghi nhận ở giai đoạn phá vỡ tinh bột

và giai đoạn cuối cùng, nhiệt độ hóa hồ và độ dính thì ngược lại Do đó, các dòng

bố mẹ KKU-JP và KKU-UB phù hợp cho chương trình chọn giống ngô nếp cải tiến tính trạng độ dẻo của tinh bột (Danupol, Bhalang, Ratchada, Kamol, 2014)

Hiện nay các nghiên về KNKH của ngô nếp vẫn đang tiếp tục được phát triển

để bổ sung những cơ sở cho các chương trình chọn tạo giống ngô nếp UTL của thế giới nói chung và của mỗi nước nói riêng

1.7 Thành tựu chọn tạo giống ngô nếp trên Thế giới và Việt Nam

1.7.1 Thành tựu chọn tạo giống ngô nếp trên Thế giới

Trên thế giới, ngô nếp cũng đã được nghiên cứu từ lâu, tuy nhiên do năng suất thấp và nhu cầu sử dụng trước đây không cao nên ít được quan tâm đầu tư nghiên cứu Những nghiên cứu về ngô nếp tuy có hạn chế so với ngô tẻ, song cũng

đã đạt được một số kết quả nhất định

Theo các nhà nghiên cứu, để tạo dòng ngô nếp, người ta dùng vật liệu ban đầu từ các giống ngô nếp địa phương của Trung Quốc, hoặc nguồn ngô nếp đột biến

tự nhiên hay đột biến nhân tạo Từ nguồn vật liệu chọn lọc ban đầu, thông qua tự phối và chọn lọc cá thể dựa vào nội nhũ nếp và các đặc điểm nông sinh học khác để tạo dòng ngô nếp thuần Còn tạo các đồng đẳng ngô nếp từ nguồn ngô thường thì người ta cho lai ngô nếp với ngô thường, sau đó tiến hành lai lại và kiểm tra bằng phân tích hạt phấn qua phản ứng với dung dịch KI Bằng cách này, người ta đã tạo

ra khá nhiều dòng và giống nếp lai mới, chúng được trồng cách ly với các loại ngô khác (Thongnarin, Lertrat and Techawongstien, 2008; Thoungnarin, Lertrat and Buddsarakul, 2005)

Trong phát triển dòng thuần, Từ năm 1991 đến nay Trung tâm Cải tiến Ngô và Lúa mỳ Quốc tế (CIMMYT ) đã phát triển số lượng dòng thuần lớn 539 dòng, trong đó

những thành công nhất là: CML144, CML159, CML161, CML163, CML176,

CML197, CML202, CML206, CML216, CML247, CML251, CML254, CML264, CML287, CML311, CML312, CML376, CML387, CML395, and CML444 Những

dòng triển vọng trong tương lai là CML421, CML448, CML451, CML456, CML465,

CML470, CML488, CML491, CML496, CML504, CML505, CML509, and CML511 Các dòng có KNKH tốt, khả năng chống chịu điều kiện bất thuận, chống bệnh được phát triển thành công (CIMMYT Maize Inbred Lines (CML), 2011)

Các nhà tạo giống ngô Đại học Iowa Mỹ, phát triển 23 dòng thuần những năm gần đây ký hiệu từ B102 đến B125, dòng B102 phát triển bằng lai giữa B85 và H99 Trong đó B85 phát triển từ giống tổng hợp chín sớm là nguồn kháng sâu đục thân và chín sớm Dòng H99 phát triển từ giống tổng hợp (Oh43) dòng này có chiều dài rễ dài và khả năng kết hợp tốt Dòng B125 bắt nguồn từ giống tổng hợp nền di truyền hẹp (BSKRL2) tái hợp với 5 dòng thuần B90, B91, B95, B97, và B99 Dòng B125 cũng là dòng thuần tester thương mại tốt của kiểu ưu thế lai stiff stalk và biểu hiện tester rộng hơn B122, B123 và B124 Dòng B125 có ưu điểm nổi bật chống đổ

rễ, đổ thân (Bộ Nông nghiệp Mỹ, 2007)

Dang Ngoc Chi, and Zurich (2010) đã nghiên cứu cải tạo chất lượng protein của ngô nếp bằng dòng kích tạo đơn bội và sử dụng chỉ thị phân tử để kiểm tra sự có mặt của gen Ngô QPM (ngô giàu pro tein)cận nhiệt đới được lai với ngô nếp địa phương Các tổ hợp lai tạo ra mà mang đặc điểm của cả bố và

mẹ chứa đồng thời 2 gen wx và o2 sẽ được dùng làm vật liệu để lai với dòng kích tạo đơn bội và tạo dòng đơn bội kép Một dòng ngô mới chứa cả hai gen wx – o2 đã được phát triển để kết hợp với phương pháp chọn giống truyền thống và phương pháp chọn lọc phân tử

Ngô nếp là dạng đột biến từ ngô tẻ, do đó nó dễ được lai trở lại với ngô tẻ, nhưng năng suất của ngô nếp thấp hơn năng suất của ngô tẻ từ 3- 10% Thông qua lai trở lại, một phương pháp được áp dụng rộng rãi để đưa gen đơn như wx, o2, Htl vào ngô tẻ thường làm tăng sức đề kháng bệnh đốm lá nhỏ (Gardner, 1978)

Trung Quốc đã tạo ra khá nhiều giống ngô nếp lai cho năng suất cao và chất lượng ngon Ví dụ: Giống ngô nếp lai đơn màu trắng JYF 101, cho năng suất trung bình 15 tấn bắp tươi/ha; giống ngô nếp lai đơn màu tím Jingkenou 218, năng suất khoảng 12 tấn bắp tươi/ha; giống ngô nếp trắng Jingkenou 2000 năng suất trung bình trên 13 tấn bắp tươi/ha; giống ngô nếp lai đơn tím trắng Jingtianzihuanuo và giống ngô nếp trắng lai đơn Yahejin 2006, cho năng suất tới 20 tấn bắp tươi/ha Viện Nghiên cứu Ngô Quảng Tây đã chọn tạo một số giống có năng suất cao và chất lượng ngon như You Mei Tou 601, 606 (Beijing Maize Reseach Center, Beijing Academy of Agriculture & Foresty Sciences, 2005)

Giống ngô nếp lai đơn ‘Chalok 1’ được tạo ra năm 1989 do lai giữa 2 dòng tự phối KW1 (seed parent) và KW2 (pollen parent) Hai dòng này tự phối từ giống ngô địa phương của Hàn Quốc Giống ngô lai ‘Chalok 1’ phun râu sớm hơn giống ngô nếp địa phương 12 ngày, đồng đều hơn, chất lượng cũng tốt hơn giống ngô nếp địa phương, tuy nhiên chiều dài bắp không phù hợp cho xuất khẩu Giống ngô ‘chalok 2’ phát triển năm 1994 chiều dài bắp dài hơn ‘Chalok 1’ là 2,5 cm, chín muộn hơn 4 ngày nhưng lại phù hợp xuất khẩu của cơ quan phát triển nông thôn Hàn Quốc Nhóm nhà khoa học chọn tạo giống ngô Hàn Quốc năm 2005 (Viện khoa học cây trồng quốc gia Suwon – RDA) đã tạo giống ngô nếp lai đơn Ilmichal hạt trắng

có chất lượng ăn uống tốt, năng suất cao và chống đổ tuyệt vời Giồng này được tạo

ra bằng phương pháp lai giữa 2 dòng tự phối KW51 (seed parent) và KW35 (pollen parent), giống này có chiều dài bắp 18,8 cm và đường kính bắp 4,5 cm, tỷ lệ kết hạt trên bắp cao (95%) Khả năng duy trì dòng bố mẹ và sản xuất hạt lai rất thuận lợi và

đã được phổ biến rộng rãi ở Hàn Quốc (Jung et al., 2006)

Các nhà khoa học Argentina cũng đã có những công bố về chọn tạo giống ngô nếp lai có kiểu gen khác nhau Vụ ngô 2005/06, thí nghiệm đánh giá 20 tổ hợp lai đơn và bố mẹ của chúng trong thí nghiệm khối ngẫu nhiên hoàn chỉnh ba lần nhắc lại tại The Instituto Fitotcnico de Santa Catalia, Argentina Tất cả các tổ hợp lai biểu đều hiện ưu thế lai

Trên cơ sở các nghiên cứu chọn lọc ngô nếp ăn tươi là có độ mềm cao và các tính trạng bắp tốt như : số hàng hạt trên bắp, số hạt trên hàng, kết hạt cao, chiều rộng hạt, độ

sâu cay, dạng hạt và kích thước bắp (Simonne et al., 1999; Hallauer, 2001) Xác định các

vùng NSR độ dày vỏ và các tinh trạng bắp ở nguồn vật liệu di truyền Hàn Quốc có thể

hỗ trợ chuyển những allel phù hợp vào trong nền di truyền ưu tú của Mỹ Vỏ mỏng là mục tiêu chọn lọc cải tiến hạt mềm ở ngô đường (Ito and Brewbaker, 1981), khả năng nổ

lớn hơn ở đối với ngô nổ (Mohamed et al, 1993), và tỷ lệ hạt khô (Stroshine et al

1987) Vì thế vỏ mỏng cũng là mục tiêu chủ yếu chọn cải tiến ngô nếp ăn tươi mềm hơn Trên cơ sở những nghiên cứu ở ngô đường lai (Tracy and Galinat, 1987) và xác định độ dày vỏ ở ngô nếp lai trong nghiên cứu này đề xuất độ dày vỏ thích hợp cho tiêu dùng ngô nếp ăn tươi từ xấp xỉ 35 µm đến 60 µm Thành phần chính của là chất xơ ngô, không lên men trong sản xuất ethanol truyền thống Vì vậy, hiểu biết về môi quan hệ di truyền độ dày vỏ giữa các vùng khác nhau của hạt và đánh giá di truyền độ dày vỏ có thể giúp

chương trình chọn lọc ngô nếp vỏ mỏng thiết kế để tăng hiệu suất ethanol (Dien et al.,

2002; Rausch and Belyea, 2002) Độ dày vỏ biến động rất lớn từ 35 µm ở ngô đường

mềm đến 200 µm ở ngô răng ngựa Corn Belt (Brewbaker et al 1996) Những nghiên

cứu trước cho biết độ dày vỏ hạt ngô đường lai cho thị trường ăn tươi trong phạm vi 50

µm đến 148 µm (Tracy and Galinat, 1987) Có ba thay đổi hình thái đóng góp vào phương sai độ dày vỏ là : số lớp tế bào vỏ, độ dày khác nhau của vỏ hai mặt hạt và độ dày vách tế bào vỏ (Ito and Brewbaker, 1991)

Môi trường ảnh hưởng rất ít đến độ dày vỏ (Helm and Zuber, 1969) Ba QTL trên NST số 1, 2 và 6 là liên kết với phương sai độ dày vỏ ở một tổ hợp lai giữa bố mẹ ngô răng ngựa Hi31 và ngô đá nhiệt đới Ki14 (Wang and Brewbaker, 2001)

Để nhận biết locus tính trạng số lượng (QTL) chất lượng ăn uống của ngô nếp và ngô đường, Phân tích QTL thực hiện ở quần thể F2 từ một THL giữa dòng thuần ngô nếp và dòng thuần ngô đường mười QTLs của độ mỏng vỏ (PER), hàm

lượng amylose (AMY), hàm lượng dextrose (DEX) và hàm lượng sucrose (SUC)

đã nhận biết thấy ở 158 gia đình F2 Trong số đó có 4 QTLs là qAMY4 (10.43%), qAMY9 (19.33%), qDEX4 (21.31%) và qSUC4 (30.71%), có thể coi là những QTL chính ( major QTLs) Ba QTL trong số này là qAMY4, qDEX4 và qSUC4 được tìm thấy trong vùng hai chỉ thị phân tử cặp hai phí của NST số 4 (umc1088 và bnlg1265), như vậy chỉ thị SSR rất có lợi trong chọn lọc sàng lọc tính trạng chất lượng AMY, DEX và SUC của nguồn vật liệu di truyền sử dụng tạo giống ngô nếp chất lượng ăn uống QTL điều khiển hàm lượng amylose nhận biết thấy giữa hai marker là phi027 và umc1634, như thế có thể sử dụng nhận biết gen Wx1, gen mã hóa tổng hợp tính bột mạch nhánh (granule-bound amylose synthase QTLs mới nhận biết là những chỉ thị phân tử rất hữu ích sử dụng để chọn lọc tính trạng ăn uống quan trọng nhất của ngô nếp cho chọn tạo giống ngô nếp ăn tươi (Ki, Kyu, Hee and Ju, 2013)

Peter et al (2014) báo cáo cho rằng những dân tộc ít người ở Đông Nam Á

sử dụng ngô nếp làm lương thực hàng ngày, nhưng trong ngô nếp thiếu một số

amino axit cần thiết Gần đây, nghiên cứu phối hợp các alen lặn wx và opaque2 để

tăng gấp đôi chất lượng trong hạt ngô (w/o, amylopectin, protein cao), sự kết hợp này cần thực hiện lai chuyển gen vào nguồn vật liệu di truyền ngô nếp địa phương của nhân dân dân tộc ít người Các tác giả sử dụng hai dòng w/o có nền di truyền của Trung Quốc và Thái Lan lai với hai giống ngô nếp địa phương Việt Nam, hai giống địa phương của dân tộc ít người có chất lượng ăn uống tốt ký hiệu là WVN 3

và WVN 10 Thu hoạch và phân tích tại thời gian thu hoạch cho ăn tươi và giai đoạn chín sữa các con cái F2 của w/o WVN 3 đồng đều bắp đã bóc lá bi như với ngô nếp lai thương mại và 40% của 10 con cái F2 với giống WVN 10 Trong tổ hợp lai WVN 3 và F2 lai trở lại với WVN 3, tất cả bắp đã bóc lá bi w/o đồng đều về chất lượng ăn uống và hàm lượng protein; nhưng năng suất bắp và hàm lượng tryptophan cao nhất ở tổ hợp lai đỉnh Các tác giả cho rằng nguồn vật liệu di truyền chất lượng cao hiện có như là một nguồn QPM (ngô giàu protein) của dân tộc ít người Tổ hợp hai nguồn dòng w/o hướng đến cân bằng chất lượng protein khi lai với giống địa phương, nhưng các tổ hợp lai năng suất cao chỉ ra rằng đây là nguồn tiềm năng cho tạo giống ngô lai QPM thương mại ở Đông Nam Á

Những năm gần đây, nhu cầu sử dụng ngô nếp tăng lên, vì vậy các nhà khoa học cũng đã quan tâm nhiều hơn đến việc nghiên cứu và chọn tạo các giống ngô nếp lai có năng suất cao và chất lượng ngon đáp ứng đòi hỏi của thực tiễn sản xuất

1.7.2 Thành tựu chọn tạo giống ngô nếp ở Việt Nam

Ở Việt Nam ngô nếp cùng với ngô đá rắn là hai loài phụ phổ biến nhất trong thời gian qua, những nghiên cứu về ngô ở Việt Nam chủ yếu tập trung vào ngô tẻ Công tác nghiên cứu chọn tạo giống ngô nếp và đường đã được tiến hành khá lâu nhưng chủ yếu là thu thập, bảo tồn các giống ngô nếp địa phương và chọn tạo giống thụ phấn tự do (Lê Quý Kha, 2009)

Theo các nghiên cứu phân loại ngô địa phương ở Việt Nam từ những năm 1960 cho thấy, ngô Việt Nam chủ yếu tập trung vào 2 loài phụ chính là đá rắn và nếp (Ngô Hữu Tình, 1997) Ngô nếp được phân bố ở khắp các vùng, miền trong cả nước, vời

nhiều dạng màu hạt khác nhau: trắng, vàng, tím, nâu, đỏ,

Giai đoạn 2001 – 2005, các nhà khoa học của Viện Nghiên cứu Ngô đã tiến hành thu thập được 79 nguồn có nguồn gốc khác nhau, trong đó có 22 nguồn ngô nếp (7 nguồn tím, 15 nguồn trắng) (Phan Xuân Hào, 2006)

Hiện nay, Viên Nghiên cứu Ngô đang lưu giữ 148 mẫu ngô nếp địa phương, trong đó có: 111 nguồn nếp trắng, 15 nguồn nếp vàng và 22 nguồn nếp tím, nâu đỏ

Từ các nguồn có khả năng chống chịu tốt nhất, bằng phương pháp truyền thống đã tạo ra một số dòng ngô nếp có độ thuần cao, trong đó có 30 dòng ngô nếp đã được phân tích đa dạng di truyền bằng chỉ thị phân tử SSR và phân nhóm ưu thế lai Một

số dòng có khả năng kết hợp tốt và gần chục tổ hợp lai cho năng suất cao, độ đồng đều khá đang được thử nghiệm, phục vụ cho công tác lai tạo giống ngô nếp mới (Lê Quý Kha, 2009)

Quá trình thu thập, đánh giá và bảo tồn các giống ngô nệp địa phương đã được các nhà khoa học của Học viện Nông nghiệp Việt Nam thực hiện từ năm 2000 – 2005 Kết quả là, Vũ Văn Liết và cộng sự đã thu thập được 20 giống ngô ở một số vùng trong đó có 13 mẫu giống ngô nếp

Năm 2004, Bộ môn Cây Lương Thực, Khoa Nông Học đã thu thập được 10 mẫu giống ngô nếp ở Sơn La, 20 mẫu ngô nếp tại Cộng hoà Dân chủ nhân dân Lào Trên cơ sở thu thập nguồn gen Nguyễn Thế Hùng cùng cộng sự đã tiến hành phân

loại, đánh giá và tạo ra các dòng ngô nếp tự phối đời cao phục vụ cho công tác chọn tạo giống ngô nếp

Với kết quả nghiên cứu của mình, các tác giả Trường Đại học Nông nghiệp

Hà Nội đã đưa ra kết quả bước đầu trong việc tạo dòng ngô nếp thuần, và kết quả chọn tạo giống ngô nếp lai giai đoạn 2005 - 2010: các nguồn đã được đánh giá đặc điểm nông sinh học, 22 nguồn vật liệu ưu tú được phân nhóm ưu thế lai qua phân tích đa dạng di truyền bằng chỉ thị phân tử SSR (Nguyễn Thế Hùng và cs, 2010)

Trước đây nghiên cứu chủ yếu tập trung vào các giống nếp địa phương: phân loài phụ cho các giống ngô nếp địa phương (Nguyễn Thị Lâm, Trần Hồng Uy, 1997); tạo đột biến bằng tia gamma kết hợp xử lý Diethylsunphat ở ngô nếp đã thu được một số dòng đột biến có các đặc tính nông học quý so với giống ban đầu (Nguyễn Hữu Đống và cs, 1997)

Ngô Hữu Tình và Nguyễn Thị Lưu (1990), đã chọn tạo thành công giống ngô ngô nếp trắng tổng hợp, được công nhận giống quốc gia năm 1989 Từ vốn gen gồm một tổng hợp các dòng thuần nếp trắng (làm nền) được bổ sung thêm 12 nguồn gen của các giống ngô nếp địa phương và chọn lọc bằng phương pháp bắp trên hàng cải tiến

Viện Khoa học kỹ thuật nông nghiệp Việt Nam dùng phương pháp chọn lọc chu kỳ từ tổ hợp lai giữa giống ngô nếp tổng hợp Glut-22 và Glut-41 nhập nội từ Philipin để tạo ra giống ngô nếp trắng S-2, giống được công nhận năm 1989 (Ngô Hữu Tình và Nguyễn Thị Lưu, 1990)

Tác giả Phan Xuân Hào và cộng sự đã chọn tạo thành công giống ngô nếp trắng VN2, được công nhận giống quốc gia năm 1997 VN2 được chọn tạo từ các giống ngô nếp ngắn ngày, năng suất khá, chất lượng tốt, có nguồn gốc khác nhau: Nếp Tây Ninh, Nếp Quảng Nam – Đà Nẵng, Nếp Thanh Sơn – Phú Thọ và Nếp S-2 từ Philipin Đây là giống ngắn ngày, chất lượng dinh dưỡng cao, khả năng thích ứng rộng, năng suất bình quân đạt

30 tạ/ha (Phan Xuân Hào và cs, 1997)

Phạm Thị RịNh (2004), Phòng nghiên cứu Ngô Viện Khoa học Kỹ thuật Nông nghiệp miền Nam đã tạo được giống ngô nếp dạng nù TPTD cải tiến N1 từ 2 quần thể ngô nếp nù địa phương ở Đồng Nai và An Giang, bằng phương pháp chọn lọc bắp trên hàng cải tiến Giống ngô nếp N1 được công nhận quốc gia năm 2004

Trong các năm 2006 – 2008, Viên nghiên cứu Ngô cũng đã tiến hành chọn tạo, khảo sát các tổ hợp ngô nếp lai, chọn lọc ra một số tổ hợp lai có triển vọng như

NL1, NL2, HN15 x HN5, HN10 x HN2, HN1 x HN6, HN6 x HN17, HN16 x HN6, HN10 x HN6, LSB4 để đưa đi khảo nghiệm rộng và cho kết quả khá tốt (Lê Quý Kha, 2009)

Bằng phương pháp lai giữa ngô nếp VN2 và giống Định nếp 48 (có nguồn gốc Trung Quốc, chất lượng ngon) Sau đó chọn lọc theo phương pháp bắp trên hàng cải tiến Giống được công nhận cho sản xuất thử tháng 12 năm 2005 và công nhận chính thức tháng 4/92008 (Ba giống ngô mới của Viện Nghiên cứu Ngô, 2009)

Từ năm 2001, Viện nghiên cứu Ngô đã bắt đàu cho chương trình nghiên cứu chọn tạo giống ngô nếp lai một cách hệ thống, và hiện nay đang đẩy mạnh hướng nghiên cứu chọn tạo giống ngô nếp lai quy ước bằng phương pháp truyền thống kết hợp với công nghệ sinh học (Bùi Mạnh Cường, Khuất Hữu Trung, 2005) Đến nay, Trung tâm nghiên cứu và sản xuất ngô Sông Bôi đã chọ tạo ra được giống ngô nếp lai không quy ước LSB4 (Nguyễn Thế Hùng, Nguyễn Thiện Huyên, Nguyễn Văn Lộc, Bùi Mạnh Cường, 2010) Viện cũng đã tạo ra một số giống ngô nếp lai đơn đã được khảo nghiệm cơ bản trong khảo nghiệm quốc gia: NL1, NL5, NL9 (Phan Xuân Hào và cs, 1997; Phan Xuân Hào và Nguyễn Thị Nhài, 2007)

Thời gian gần đây, Học viện Nông nghiệp Việt Nam và các Trường Đại học Nông nghiệp và một số Công ty đã bắt đàu chuyển sang hướng nghiên cứu tạo giống ngô nếp lai: lai không quy ước: MX2, MX4, MX6, giống ngô nếp lai đơn MX10 của Công ty CP giống cây trồng Miền Nam, giống Bạch Ngọc của Công ty Lương nông, giống ngô nếp HN88, HN90 của Công ty CP giống cây trồng Trung Ương

Các nghiên cứu của Việt Nam về ngô nếp còn hạn chế, mới chỉ tập trung vào hướng phục tráng các giống địa phương, tạo các giống TPTD cải tiến, mặc dù đã có một vài giống lai tốt do Việt Nam nghiên cứu chọn tạo nhưng chưa đủ để đáp ứng cho sản xuất

Chương 2 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Vật liệu nghiên cứu

Vật liệu nghiên cứu gồm 9 dòng tự phối ngô nếp đời I5 đến đời I8 từ nguồn vật liệu giống ngô nếp địa phương thụ phấn tự do (D3, D6, và D7) và rút dòng từ các giống ngô nhập nội (D1, D2,D4, D5, D8 và VD9) như trình bày ở bảng sau:

TT Tên dòng Ký hiệu Nguồn gốc Đặc điểm Đời tự phối

2.2 Địa điểm và thời gian thực hiện đề tài

- Địa điểm nghiên cứu: Thí nghiệm được thực hiện tại Viện nghiên cứu và

Phát triển cây trồng – Học Viện Nông nghiệp Việt Nam

- Thời gian thực hiện: thực hiện 2 thí nghiệm trong vụ Xuân và vụ Thu

Thí nghiệm 1: Đánh giá các dòng tự phối

Thí nghiệm trong vụ Xuân 2014, thí nghiệm không lặp lại, mỗi dòng trồng 2 hàng, mỗi hàng 30 cây, hàng x hàng là 70 cm, khoảng cách cây x cây là 25 cm, với diện tích ô thí nghiệm 10,5m2

Chỉ tiêu theo dõi đánh giá mỗi dòng 30 cây về đặc điểm nông sinh học, khả năng chống chịu, năng suất và yếu tố tạo thành năng suất Các chỉ tiêu chất lượng : Hình dạng bắp, chiều dài bắp, đường kính bắp, số hàng hạt/bắp, số hạt/hàng, khối lượng 1000 hạt, màu sắc hạt, độ mỏng vỏ hạt, chất lượng ăn uống

Sơ đồ lai diallel với 9 dòng tự phối

Thí nghiệm 2: Đánh giá các tổ hợp lai và bố mẹ

Thí nghiệm trong vụ Thu Đông năm 2014, gồm 36 THL + 1 giống đối chứng + 9 dòng bố mẹ Thí nghiệm được bố trí theo khối ngẫu nhiên (RCB) với hai lần lặp lại, mỗi tổ hợp lai (THL) trồng 2 hàng, mỗi hàng 20 cây, hàng x hàng là 70 cm, khoảng cách cây x cây là 25 cm, diện tích ô thí nghiệm 14 m2 Thiết kế thí nghiệm bằng phần mềm IRRISTAT như sau: