Luận văn xác định khả năng kết hợp của một số dòng ngô thuần được tạo ra từ nguồn vật liệu trong nước và nước ngoài

luận văn

1 mở đầu

1.1.tính cấp thiết của đề tài

Ngô là một trong ba cây ngũ cốc chủ yếu, cung cấp lương thực cho loài người trên toàn thế giới Ngô là cây lương thực nuôi sống gần 1/3 số dân trên toàn thế giới, ở một số nước như Mehico, Peru, Kenia …v v sử dụng ngô là lương thực chính, tất cả các nước trồng ngô đều ăn ngô nhưng ở mức

độ khác nhau Ngoài ra ngô còn cung cấp phần lớn thức ăn cho nghành chăn nuôi và cung cấp nguyên liệu cho các nhà máy sản xuất cồn, tinh bột, dầu, glucoza, bánh kẹo Những năm gần đây cây ngô được coi là cây thực phẩm, người ta sử dụng bắp ngô bao tử làm rau cao cấp

Vào những năm cuối của thế kỷ 20 nghề trồng ngô trên thế giới đã có những bước phát triển kỳ diệu nhờ ứng dụng rộng rãi công nghệ ưu thế lai,

kỹ thuật nông học tiên tiến và những thành tựu của công nghệ sinh học, công nghệ chế biến và bảo quản v v ở các nước công nghiệp phát triển tỷ

lệ sử dụng giống ngô lai là 100% còn ở các nước đang phát triển tỷ lệ này chỉ đạt 38% Theo số liệu của CIMMYT thì niên vụ 2001 - 2002 toàn thế giới trồng khoảng 140 triệu ha ngô với năng suất bình quân khoảng 4,3tấn /

ha và tỷ lệ sử dụng giống ngô lai khoảng 63 – 65% Niên vụ 2002- 2003 nhờ

có mở rộng diện tích nên tổng sản lượng đạt khoảng 684,7 triệu tấn Mỹ là quốc gia có diện tích và sản lượng ngô lớn nhất thế giới đạt 29,1 triệu ha, năng suất bình quân đạt 8,5tấn/ha năng suất cá biệt đã đạt 25,4 tấn/ha, sử dụng 100% là giống ngô lai mà phần lớn là lai đơn( dẫn theo) [32]

ở Việt Nam, Ngô là cây lương thực đứng thứ hai sau cây lúa, được trồng phổ biến trên nhiều vùng sinh thái trong các thời vụ khác nhau Đặc biệt với

điều kiện thời tiết khắc nghiệt như hạn, rét, nắng nóng, bất thuận cho cây trồng khác thì cây ngô được coi là cây màu chính trong sản xuất

Năm 2003 diện tích trồng ngô của nước ta đạt 909.800ha, năng suất bình quân toàn quốc đạt 3,22 tấn/ha, sản lượng đạt khoảng gần 3 triệu tấn

Từ năm 1990 đến nay cuộc cách mạng ngô lai đã làm thay đổi nghề trồng ngô ở nước ta, nó đã đưa nước ta đứng trong hàng ngũ các nước trồng ngô lai tiên tiến ở khu vực Châu á( Trần Hồng Uy 2002[33]

Nhằm phục vụ kế hoạch đặt ra của Bộ nông nghiệp và phát triển nông thôn đến năm 2005 diện tích đạt 1,0 triệu ha và sản lượng đạt 4-5 triệu tấn ( theo kế hoạch phát triển Nông nghiệp 2000-2005 của Bộ Nông nghiệp và phát triển nông thôn ) và theo tính toán đến năm 2010 Việt nam cần khoảng 5-6 triệu tấn ngô (theo Trần hồng Uy 2002, tạp chí NN&PTNT số2/2002)[33] Để đạt được mục tiêu trên, công tác tạo ra những giống ngô lai có năng suất cao, phẩm chất tốt, thích ứng rộng là rất cấp thiết và quan trọng

Quá trình tạo giống ngô lai cần phải tiến hành các công việc sau:

- Thu thập vật liệu và tạo dòng thuần

- Đánh giá khả năng kết hợp

- Sản xuất hạt lai

Trong các công đoạn trên, công việc đánh giá khả năng kết hợp chung và khả năng kết hợp riêng là công việc rất cần thiết và hết sức quan trọng đối với công tác chọn tạo giống ngô lai

Cùng với việc tạo dòng bằng phương pháp truyền thống, thì trong thời gian gần đây thông qua phương pháp công nghệ sinh học( nuôi cấy noãn, bao phấn chưa thụ tinh) một số dòng thuần đã được tạo ra Tuy nhiên một dòng thuần chỉ có ý nghĩa sử dụng khi có những đặc điểm nông, sinh học mong muốn trong đó quan trọng nhất là khả năng kết hợp Vì không phải bất kỳ một dòng thuần nào cũng có khả năng kết hợp cao

Do tầm quan trọng và yêu cầu của công tác chọn tạo giống nói chung và phục vụ cho chương trình phát triển ngô lai của Việt Nam nói riêng Nên

chúng tôi tiến hành nghiên cứu đề tài: “ Xác định khả năng kết hợp của

một số dòng ngô thuần được tạo ra từ nguồn vật liệu trong nước và nước ngoài.”

1.2 mục đích yêu cầu của đề tài

- Đánh giá khả năng kết hợp của các dòng từ đó chọn ra những tổ hợp lai có các yếu tố cấu thành năng suất, năng suất cao hơn các giống đối chứng(LVN4, LVN10), tham gia vào khảo kiểm nghiệm giống

1.3 ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

1.3.1 ý nghĩa khoa học của đề tài

Thành công của quá trình tạo giống ngô lai nói riêng và cũng như chọn giống cây trồng nói chung phụ thuộc rất nhiều vào nguồn vật liệu ban đầu và quá trình thử khả năng kết hợp của các dòng thuần Do vậy công tác thu thập và đánh giá vật liệu là hết sức quan trọng Đánh giá khả năng kết hợp của các dòng thuần ngô thực chất là xác định ưu thế lai Ưu thế lai lại chịu

sự chi phối mạnh mẽ bởi sự khác biệt di truyền giữa hai dạng bố mẹ Vật

liệu tạo giống chỉ có giá trị khi chúng được xác định là có khả năng kết hợp cao và có nhiều tính trạng di truyền có lợi cho con người

1.3.2 ý nghĩa thực tiễn của đề tài

- Tìm ra một số dòng có khả năng kết hợp cao tạo vật liệu cho công tác

chọn giống tiếp theo

- Xác định được một số tổ hợp lai cho năng suất cao, thời gian sinh trưởng ngắn và có một số đặc điểm ưu việt hơn các giống ngô đang

được trồng phổ biến tại miền Bắc Việt Nam

1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đề tài được thực hiện có sự giúp đỡ và cung cấp vật liệu là các dòng thuần

được tạo ra bằng phương pháp nuôi cấy bao phấn, noãn chưa thụ tinh của bộ môn nuôi cấy mô tế bào - Viện Di truyền Nông nghiệp

Đề tài tiến hành nghiên cứu theo dõi, đánh giá một số đặc điểm nông học, sinh học của 10 dòng thuần ngô được tạo ra tại Viện Di truyền nông nghiệp và các tổ hợp lai từ 10 dòng thuần theo phương pháp Griffing4 Đề tài tiến hành trong hai vụ đó là vụ đông năm 2003 và vụ xuân 2004 tại Trạm chuyển giao công nghệ sinh học –Viện Di truyền nông nghiệp

2 Tổng quan tài liệu và cơ sở khoa học của đề tài

2.1 cơ sở khoa học của đề tài

2.1.1 khái niệm dòng thuần và phương pháp tạo dòng thuần

2.1.1.1 Khái niệm dòng thuần

Dòng thuần là khái niệm tương đối để chỉ các dòng tự phối đã đạt tới độ

đồng đều và ổn định cao ở nhiều tính trạng, đối với ngô thường sau 7-9 đời

tự phối dòng đạt tới độ đồng đều cao ở các tính trạng như: cao cây, cao

đóng bắp, năng suất, dạng và màu sắc hạt v.v… và được gọi là “ dòng thuần” Như vậy, dòng thuần là dòng có kiểu gen đồng hợp tử với tỷ lệ cao

ở nhiều đặc trưng di truyền Nguồn vật liệu để tạo dòng thuần gồm các giống ngô địa phương, các giống ngô thụ phấn tự do, giống cải tiến và các giống ngô lai.v.v ( B Brown, 1953 [39]; E.E.G Gama và A.R.Halauer 1977[44] )

2.1.1.2 Phương pháp tạo dòng thuần

Tạo dòng thuần là một phần quan trọng của chương trình tạo giống ngô lai Cho đến nay, các nhà khoa học đã đề xuất và sử dụng một số phương pháp như sau:

+ Phương pháp chuẩn ( Standard method)

Đây là phương pháp chủ yếu được áp dụng rộng rãi nhất trên thế giới đó

là tự phối cưỡng bức liên tục qua 7-9 đời Tự phối nhằm đạt được độ đồng hợp tử với tỷ lệ ngày càng cao ở nhiều tính trạng( trích dẫn theo Nguyễn Hữu Phúc )( luận án tiến sĩ Nông nghiệp viện khoa học KTNN Việt nam năm 2002)[18]

+ Phương pháp Sib ( cận phối ) hoặc Fullsib ( cận phối giữa anh em

đồng máu)

Năm 1974 Stringfield bổ sung phương pháp tạo “dòng rộng” còn gọi là

phương pháp tạo dòng fullsib nhằm giảm mức độ suy thoái do tự phối gây nên (kéo dài thời gian chọn lọc dòng) Tuy nhiên, phương pháp sib hoặc fullsib có cường độ tự phối kém, quá trình đạt đến độ đồng hợp tử chậm hơn và có hệ số biến dị lớn hơn( trích dẫn theo Nguyễn Hữu Phúc)( luận án tiến sĩ nông nghiệp viện khoa học KTNN Việt nam năm 2002)[18]

+ Phương pháp chọn lọc phả hệ(Pedigree selection)

Phương pháp này những cây có đặc điểm tốt được tự phối để tạo đời dòng tiếp theo và được ghi chép phả hệ Ưu điểm của phương pháp này là chọn lọc trong số các dòng và một dòng có thể thực hiện được

+ Phương pháp một hốc( Single hill method)

Đây là sự cải tiến của phương pháp chuẩn được đề xuất bởi Jones và Singleton 1934 ở phương pháp này dòng đời S1và đời tiếp theo được gieo theo hốc, mỗi hốc trồng 3-4 cây, thay cho gieo thành hàng như thông thường Những cây có đặc điểm tốt sẽ được tự thụ để tạo dòng đời tiếp theo Phương pháp này cho phép thử một số lượng lớn thế hệ con cháu của các dòng trong cùng một không gian, nhưng lại làm giảm cơ hội chọn lọc trong thế hệ dòng con cháu ( trích dẫn theo Nguyễn Hữu Phúc)( luận án tiến sĩ nông nghiệp Viện khoa học KTNN Việt nam năm 2002)[18]

+ Phương pháp hỗn hợp ( Bulk method)

Phương pháp này được một số nhà chọn tạo giống sử dụng ( R J

Saikumar, 1999) Theo phương pháp này, từ các bắp trong một đời tự phối

được hỗn hợp lại được gieo thành hàng và sau đó tiến hành tự thụ những cây được chọn Cứ tiếp tục tiến hành như vậy trong 3-5 vụ cho đến khi dòng đạt độ đồng hợp tử cao Sau đó mỗi bắp tự phối được để riêng và gieo thành một hàng như phương pháp chuẩn Nhược điểm của phương pháp này, phả hệ của các dòng không được theo dõi, rất khó chọn lọc trong số các dòng và trong cùng một dòng, khó xác định và sử dụng con cháu

những dòng tốt ở đời thấp ( trích dẫn theo Nguyễn Hữu Phúc )( luận án tiến sĩ nông nghiệp viện khoa học KTNN Việt nam năm 2002)[18]

+ Phương pháp tạo đơn bội( Haploid breeding)

Nhờ ứng dụng của công nghệ nuôi cấy mô tế bào, hiện nay một số nước

đã áp dụng để tạo dòng thuần bằng phương pháp nuôi cấy bao phấn, noãn chưa thụ tinh Phương pháp này đã giúp các nhà chọn giống rút ngắn thời gian tạo dòng thuần từ 4-5 năm xuống chỉ còn 2-3 năm ( Chase, 1952[42]; Goodsell,1961[65] ) ở Việt nam, các nghiên cứu về công nghệ tạo cây

đơn bội ở ngô đã được bắt đầu tìm hiểu nghiên cứu tại Viện Di truyền nông nghiệp từ năm 1995 Hiện nay kết quả bước đầu đã tạo ra một số dòng ngô thuần đang được đánh giá trên đồng ruộng và thử khả năng kết hợp của các dòng thuần đó.(dẫn theoĐỗ Năng Vịnh và cộng tác viên 2004)[35]

2 1.2 Hiện tượng ưư thế lai, khái niệm và ứng dụng trong tạo

giống ngô

Ưu thế lai là hiện tượng tăng sức sống, khả năng chống chịu và cuối cùng

là năng suất cây trồng và vật nuôi qua lai tạo, đã và đang được áp dụng rộng rãi trong nông nghiệp thế giới và trong nước vì con lai thường cho năng suất cao hơn các dạng bố mẹ từ 10-25%, thậm chí đến 90% Chính vì vậy hầu hết các giống cây trồng ( đặc biệt các cây giao phối ) và gia súc được sử dụng hiện nay là các con lai F1 Nghề trồng ngô trên thế giới vào những năm cuối của thế kỷ 20 đã có những bước phát triển nhảy vọt nhờ ứng dụng những công nghệ giống lai hiện đại Ngô lai không những đã góp phần tăng tổng sản lượng lương thực của nhiều nước mà còn giải quyết nạn đói một bộ phận dân cư trên thế giới Nó đã kích thích nghành chăn nuôi, ngành công nghiệp khác phát triển, làm phong phú trên thị trường xuất khẩu ngô lai và góp phần

trong hàng ngũ những nước có nghề trồng ngô tiên tiến ở Châu á ( Trần Hồng Uy, 2001 [31]) Ngô lai phát triển nhanh chóng và hấp dẫn như vậy là

do ứng dụng tiến bộ kĩ thuật về ưu thế lai, các biện pháp kĩ thuật liên hoàn Chính ngô lai đã kích thích các nhà khoa học mở rộng đối tượng và phạm vi nghiên cứu nhằm thu được các giống lai ưu thế và phong phú hơn

Nhiều nhà khoa học đã có sự đánh giá thống nhất là các giống lai thế hệ mới hơn hẳn các giống lai cũ về khả năng chống chịu với các điều kiện bất lợi của môi trường như nóng, hạn, đất xấu, mật độ cao, các loại sâu bệnh hại chủ yếu và cũng chỉ ra rằng các giống lai thế hệ mới có xu hướng tạo giống

có góc lá ngày càng hẹp hơn( lá đứng hơn) ( Duvich, 1984, Pendletơn và ctv, 1987), ; Pepper, 1974)( dẫn theo Mai Xuân Triệu (1998)[26]

Ưu thế lai là hiện tượng con lai F1 thể hiện vượt hơn bố mẹ về những đặc

điểm riêng biệt (như có sức sống mạnh hơn bố mẹ, sinh trưởng và phát triển nhanh hơn, cho năng suất và chất lượng cao hơn bố mẹ chúng Hiện tượng di truyền này được các nhà khoa học nghiên cứu từ lâu Nhà bác học người Đức là I.G Kolreter lần đầu tiên đã mô tả hiện tượng tăng sức sống của con lai so với các dạng bố mẹ của nó qua việc lai giữa Nicotiana Tabacum và Nicotiana Robusta vào năm 1760 Năm 1876 Charles Darwin qua việc nghiên cứu hàng loạt các cá thể giao phối và tự phối ở các loài khác nhau như ngô, đậu đỗ và nhận thấy sự hơn hẳn của các loài giao phối so với loài tự phối về các tính trạng như ( chiều cao cây, tốc độ nảy mầm của hạt,

số quả, sức chống chịu và năng suất hạt) Những kết quả nghiên cứu này

được tác giả tổng kết trong cuốn“Tác động của giao phối và tự phối trong thế giới thực vật “ (Dẫn theo Nguyễn Thị Lưu, 1998[11]) Người tiến hành tạp giao đầu tiên ở ngô với mục đích nâng cao năng suất hạt là John Lorain Năm 1812 Ông đã nhận thấy rằng việc trộn lẫn các loài ngô khác nhau như người Da đỏ đã làm sẽ tạo ra loại ngô có năng suất cao Người đầu tiên

quan sát hiện tượng ưu thế lai ở ngô là Charles Darwin Từ các thí nghiệm của mình Ông đã phát hiện thấy những cây giao phối có chiều cao hơn các cây tự phối là 20% Chính vì những ý tưởng của Ông đã tạo tiền đề cho những phát kiến kỳ diệu về ưu thế lai ngày nay Từ kết quả của Charles Darwin 1871 đã giúp cho William James Beal(nhà nghiên cứu người Mỹ) năm 1878 đã áp dụng thực tế ưu thế lai trong việc tạo các giống ngô lai giữa giống Ông đã thu được những cặp lai hơn hẳn các giống bố mẹ về năng suất

từ 10%-20%(dẫn theo Trần Hồng Uy, 1972[27]

Trên cơ sở học thuyết di truyền của Medel (1876 ) và lý thuyết “dòng thuần” của Johansen Lần đầu tiên vào năm 1904 Shull[55] đã tiến hành tự phối cưỡng bức ở ngô để tạo các dòng thuần và thu được con lai có ưu thế lai cao từ các dòng thuần này Ông đựợc coi là người khởi xướng ra giống lai giữa các dòng Những công trình nghiên cứu về ngô mà Shull công bố vào năm 1908 và 1909 đã đánh dấu sự khởi đầu của công tác chọn tạo giống ngô lai Thuật ngữ “ Heterosis” để chỉ ưu thế lai được Shull sử dụng vào năm

1914 Từ đó “ Heterosis” trở thành thuật ngữ chung để chỉ hiện tượng ưu thế lai Ngoài Shull, các nhà di truyền học người Mỹ như East, Heyse cũng đã nghiên cứu ưu thế lai ở ngô Năm 1918 Jones đề xuất sử dụng lai kép trong sản xuất, để hạ giá thành sản xuất hạt giống thì việc áp dụng ưu thế lai vào trồng trọt, chăn nuôi mới thực sự phát triển nhanh chóng( trích theo Mai Xuân Triệu, luận án tiến sĩ nông nghiệp,Viện KHKTNN) [26]

Ưu thế lai biểu hiện ở hầu hết các tính trạng của tổ hợp lai đã được nhiều nhà di truyền chia thành các dạng biểu hiện chính như sau: ( Trần Hồng Uy, 1972, 1985)[27, 197-200]

- Ưu thế lai về hình thái

Biểu hiện qua sức sinh trưởng và phát triển như tầm vóc cây ( triều cao,

đường kính gốc) Kiesselback(1922)( dẫn theo Mai Xuân Triệu 1998[26] đã cho thấy ở ngô, con lai F1 có độ lớn hạt tăng hơn bố mẹ là 11,1%, đường kính thân tăng 48% chiều cao cây tăng 30 –50% …v.v, ngoài ra còn thấy diện tích lá, số lượng và kính thước lá, chiều dài và số lượng rễ, chiều dài và

số nhánh cờ….v.v ở cây lai ưu thế hơn hẳn bố, mẹ chúng

- Ưu thế lai về năng suất

Đây là hiện tượng quan trọng nhất đối với sản xuất Nông nghiệp nó

được biểu hiện qua sự tăng lên của các yếu tố cấu thành năng suất như tỷ

lệ hạt trên bắp, trọng lượng hạt, chiều dài bắp, số hàng hạt / bắp, số hạt / hàng, số bắp / cây … Theo Richey(1927)( dẫn theo Trần Hồng Uy ,

1985 )[29, 86 –120] Ưu thế lai về năng suất ở cây ngô với các giống lai

đơn giưã dòng với dòng có thể đạt năng suất từ 193%- 263% so với trung bình bố mẹ ( dẫn theo Trần Hồng Uy , 1984)[28]

- Ưu thế lai về các yếu tố sinh lý, sinh hoá

Sự tăng hơn so với bố mẹ biểu hiện ở sự tăng cường trao đổi chất, tăng cao hơn bố mẹ về một số chỉ tiêu sinh hoá như tăng hàm lượng đường ở con lai ( ứng dụng để sản xuất giống ngô ngọt), ngô giàu đạm chất lượng cao

- Qua những ứng dụng thực tế đã chỉ ra rằng: ngô là cây điển hình nhất về

sự thành công trong ứng dụng ưu thế lai trong sản xuất Nông nghiệp ở Mỹ năng suất ngô vượt trên các giống ngô truyền thống từ 1-6 tấn/ha/vụ Các nhà khoa học đã tính toán giống ngô lai đã đóng góp 60% và kỹ thuật canh tác 40% vào mức tăng năng suất ở ngô ( Đỗ Năng Vịnh, tạp chí NN&PTNT số2/2001[28]) Nhờ áp dụng ưu thế lai mà diện tích trồng ngô lai ở Việt nam tăng từ 0% vào năm 1990 lên 30% vào năm 1995 và đến năm 2000 tỷ lệ sử dụng ngô lai đạt 65% tổng diện tích trồng ngô trên cả nước[32]

2.1.3 Các học thuyết về ưu thế lai

Lý thuyết và thực nghiệm về ưu thế lai đã được nghiên cứu sâu nhằm giải thích hiện tượng cũng như tạo ra các giống ngô lai ngày càng ưu việt phục vụ sản xuất Ưu thế lai là hiện tượng tăng sức sống qua lai đã được nhiều nhà khoa học giải thích thông qua những thuyết khác nhau, như thuyết trội(Bruce, 1910: Collins, 1921: Jones, 1917 Thuyết siêu trội ( Hull, 1945: East, 1912 ) Thuyết cân bằng di truyền ( Mazer, Turbin, 1961 ), Thuyết sinh lý hoá sinh ( Robinson, Emerson )(dẫn theo Ngô Hữu Tình )[21, 74] Nhiều quan điểm gần đây nhất về ưu thế lai có khuynh hướng dựa vào tác động gen để giải thích hiện tượng này

Tương tác trong các alen Tương tác giữa các alen

Cơ sở di truyền

Các yếu

tố trội

Các yếu tố liên kết

và cho tạo giống ở những điều kiện sinh thái và canh tác xác định Tạo giống

ưu thế lai là con đường có hiệu quả cao nhằm tập hợp nhiều tính trạng mong muốn( Sức sống, năng suất, chín sớm, chất lượng…)vào một kiểu gen Do tổ hợp các nguồn gen từ các bố mẹ khác nhau, kiểu gen của con lai F1 thu

được những hiệu quả đổi mới về tương tác giữa các gen ở nhân cũng như tương tác nhân – tế bào chất

Như vậy, nguyên nhân di truyền của hiệu ứng ưu thế lai được xem xét ở những hiệu quả giữa những tương tác sau

+ Tương tác giữa các gen cùng locus

+ Tương tác giữa các gen khác locus

+ Tương tác giữa nhân và tế bào chất

2.1.3.1 Giả thiết liên quan tới tương tác giữa các gen cùng locus, hiệu

quả trội, siêu trội

Là hiện tượng con lai F1 thu được mức dị hợp tử nào đó về các gen trội

đựơc tích luỹ và thể hiện lấn át các gen lặn gây hiệu quả xấu, dẫn tới con

con lai F1 ưu thế hơn bố mẹ mang các gen lặn ở trạng thái đồng hợp tử, tức

con lai F1 đã khắc phục những khiếm khuyết ở các dòng bố mẹ ( các dòng tự

Các alen lặn a,b,c,d có hại hoặc có hiệu quả yếu về biểu hiện kiểu hình của

tính trạng, mỗi bố mẹ có hai gen lặn đồng hợp tử ở con lai F1 các gen lặn

được “lấp trống”, bốn gen trội phát huy tác dụng, nó có ưu thế lai hơn hẳn

bố mẹ

Trường hợp kiểu dị hợp tử có tương tác đặc biệt dẫn tới hiệu quả thể

hiện mạnh hơn so với các kiểu đồng hợp tử- đó là hiệu quả siêu trội

AA ‹Aa› aa

Cơ sở về hiệu quả trội, siêu trội được kiểm chứng rõ ở sự đối lập giữa

sức mạnh ( ưu thế ) của con lai và mức thể hiện tính trạng yếu ở các dòng tự

phối, do ở các dòng tự phối có thể xuất hiện nhiều gen lặn gây hiệu quả xấu

tính trạng tăng khi các yếu tố trội tăng và mức dị hợp tử tăng, điều đó hoàn toàn phù hợp với cấu trúc di truyền của con lai F1

Nếu xem xét ở góc độ hoá sinh, biểu hiện siêu trội có thể giải thích theo giả thiết về liều lượng và tạo sản phẩm mới ở con lai Theo giả thiết về liều lượng enzym ta có dạng Aa –cho mức liều lượng tối ưu, dạng aa – thiếu hụt, dạng AA dư thừa , từ đó dẫn tới con lai F1(Aa ) có ưu thế hơn các bố

mẹ ( AA , aa ) Có thể dẫn một ví dụ về tạo sản phẩm mới ở con lai ở ngô, locus E kiểm tra enzym esteraza Người ta nghiên cứu hai trạng thái của enzym này là dạng F và dạng S Phân tích điện di cho thấy, từ cây đồng hợp tử EFEF thu được esteraza dạng F, từ cây ESES thu được esteraza dạng S

ở cây lai EFES thu được ba băng trên phổ điện di ứng với hai dạng E,S và dạng mới F/S nằm giữa F và S Có thể sản phẩm mới (lai) xuất hiện như một cấu trúc hoàn chỉnh và hiệu quả hơn trong việc đóng góp và thể hiện tính trạng.(Nguyễn Hồng Minh,1999 )[14, 174]

2.1.3.2 Giả thiết liên quan tới tương tác giữa các gen khác locus

Nhóm tác giả của giả thiết này nhận định rằng dạng tương tác giữa các

gen khác locus gây nên hiệu quả ưu thế về thể hiện tính trạng ở con lai F1 so với bố mẹ như theo mô hình AA bb x aa BB → Aa Bb Trong tương tác gen khác locus, hoạt động của gen này có thể bị phụ thuộc vào gen kia Trường hợp một gen ở trạng thái lặn có thể gây ức chế thể hiện kiểu hình của các gen khác Gen lặn này tồn tại ở bố mẹ, song ở con lai F1 nó được “lấp trống” bởi gen trội, do đó hiệu quả ức chế không sảy ra Kết quả là thể hiện của tính trạng ở F1 có ưu thế hơn so với bố mẹ Sự biểu hiện kiểu hình của tính trạng

có thể do hiệu quả tác động của gen chính (gen chủ) phối hợp với tác động của một loạt gen phụ (gen biến hiệu, gen điều chỉnh) ở con lai F1 có thể thu

được các tổ hợp đổi mới giữa gen chủ với gen điều chỉnh có hiệu quả cao hơn

trong sự thể hiện kiểu hình của tính trạng so với bố mẹ Sau khi phân tích tổng hợp các kiểu tương tác của các alen cùng locus và khác locus, đã cho phép nhận định có hai kiểu tác động theo chiều đồng và theo chiều đối của các alen Những tác động có hình ảnh khái niệm về các mối cân bằng di truyền Tính chất cân bằng nói lên một cấu trúc di truyền nào đó thể hiện tính thích ứng tốt với điều kiện môi trường Ngược lại, một kiến trúc kém (không) cân bằng khi tổ hợp các alen của kiểu gen kém ổn định, kém cân đối trong quá trình phát triển của các tính trạng dẫn tới kiểu gen kém thích ứng( Nguyễn Hồng Minh(1999)[14]

2.1.3.3 Giả thiết liên quan tới tương tác nhân – tế bào chất

Khi lai các cá thể khác nhau về mặt di truyền, ngay sau khi thụ tinh, đã hình thành những mức độ khác nhau về mối quan hệ nhân – tế bào chất, do những nguồn gốc khác nhau về nhân và bào chất của các cá thể giao phối Những đổi mới khác nhau thu được trong mối quan hệ nhân tế bào chất là rất quan trọng Có thể ở một số lần phân chia tế bào, một số lượng gen nào

đó có mức hoạt động tăng hơn, từ đó nhiều sự kiện khác nhau của quá trình trao đổi chất được tăng cường ở cây Ngô, nghiên cứu hoạt tính hô hấp của

ty thể ở cây non 4-5 ngày tuổi, Sarkissan(1969)( dẫn theo Nguyễn Hồng Minh 1999[14, 178] cho thấy hoạt tính này ở cây lai tăng hơn hẳn so với các dòng bố mẹ Kết quả đo hoạt tính các enzym hô hấp cỏ Linh lăng, H.Jacob

và cộng sự (1967)( dẫn theo Nguyễn Hồng Minh 1999)[14,180–184] cho thấy, trường hợp lai giữa các dòng đột biến khác nhau thu được hoạt tính enzym ở thời gian đầu sau thụ tinh tăng gấp 5-10 lần so với trường hợp tự thụ phấn Giả thiết về tương tác nhân – tế bào chất có thể giải thích sự điều hoà quá trình phát triển được tăng tốc ngay từ khi sau thụ tinh ở trường hợp lai ở đây có thể nói, thông tin di truyền được “trẻ hoá” ngay từ khi sau thụ

hiện thông tin di truyền từ ngay sau khi thụ tinh( có thể mạnh lên)( Dẫn theo Nguyễn Hồng Minh [14]

2.1.3 Dự đoán ưu thế lai

Để ước lượng mức độ thể hiện tính trạng ở con lai F1 nói chung, người ta đã

sử dụng thông số gọi là độ trội( Hp), nó diễn tả mức độ vượt lên của tính trạng ở F1 so với giá trị trung bình của bố và mẹ

F1 giá trị tính trạng của tổ hợp lai

P giá trị trung bình của tính trạng bố mẹ

Theo công thức tính trên, độ trội có thể có là giá trị bất kỳ từ - ∞ đến + ∞ , chúng ta có thể phân biệt một số trường hợp sau:

- -∞ < Hp < -1 Là hiện tượng siêu trội âm (ưu thế lai âm)

có giá trị trung bình về độ lớn của tính trạng cao, nếu nói một cách so sánh thì dòng ấy có khả năng kết hợp chung cao Nếu trong các F1 đó có kiểu nào cho thể hiện tính trạng vượt hơn hẳn giá trị trung bình trên, hay nói một cách

khác là tổ hợp lai cụ thể ấy có khả năng kết hợp riêng cao Theo Turbin (1969)( dẫn theo Nguyễn Hồng Minh 1999[14, 179], khả năng kết hợp chung

về cơ bản được kiểm tra bởi các hiệu ứng cộng tính của các gen, còn khả năng kết hợp riêng liên quan tới hiệu ứng trội

Ngoài ra, để dự đoán ưu thế lai của tính trạng nào đó của con lai F1 có thể

sử dụng các mô hình phân tích tương quan giữ các tính trạng ở các bố mẹ tham gia vào tổ hợp lai Người ta còn có thể sử dụng các phương pháp RAPD, PCR để dự đoán thể hiện tính trạng ở con lai F1 qua việc phân tích gen

2.2 Khả năng kết hợp, phương pháp đánh giá khả năng kết hợp

2.2.1 Khái niệm khả năng kết hợp

Khả năng kết hợp là một thuộc tính được chế định di truyền, được truyền lại cho đời sau qua tự phối và qua lai Khả năng kết hợp được thể hiện bằng giá trị trung bình của ưu thế lai, quan sát ở tất cả các cặp lai, và độ chênh lệch so với giá trị trung bình của một cặp lai cụ thể nào đó Giá trị trung bình biểu hiện khả năng kết hợp chung ( General combining ability – GCA ), được biểu thị bằng giá trị ưu thế lai trung bình của bố mẹ ở tất cả các tổ hợp lai Còn độ chênh lệch của tổ hợp lai cụ thể nào đó với giá trị ưu thế lai trung bình của nó biểu hiện khả năng kết hợp riêng ( Specific combining ability _ SCA ) Sprague (1957)[55] cho rằng đánh giá dòng về khả năng kết hợp thực chất là xác định tác động của gen

Sprague và Tatum chia tác động gen liên quan đến khả năng kết hợp thành hai loại: khả năng kết hợp chung đựơc xác định bởi yếu tố di truyền cộng, còn khả năng kết hợp riêng xác định bởi yếu tố ức chế , tính trội, siêu trội và điều kiện môi trường Quan hệ giữa KNKH chung và KNKH riêng

phương sai di truyền cộng, di truyền trội, ức chế trội ( R.W Allard, 1960; L.L Darrah và A.R.Hallauer, dẫn theo Trần Đình Long, Hoàng Văn Phần ,1990)[12, 615-621] Kết quả đánh giá khả năng kết hợp của các dòng bố

mẹ, thông qua các tính trạng trên tổ hợp lai của chúng, giúp chúng ta có quyết định chính xác về việc giữ lại dòng có khả năng kết hợp cao, loại đi các dòng kém có khả năng kết hợp thấp

Trong khi xác định khả năng kết hợp các nhà nghiên cứu gặp phải một

số khó khăn, đó là tính không đo đếm được của chúng Để dự đoán ưu thế lai người ta cố gắng tìm những tính chất hình thái, sinh lý, sinh hoá, dễ đo

đếm và có tương quan chặt chẽ với khả năng kết hợp như hoạt chất sinh trưởng, lượng azot và phốt pho trong hạt, hoạt động quang hoá của chloroplast….thế nhưng thông tin về khả năng kết hợp thu được bằng cách

đó hoặc không chính xác hoặc đòi hỏi chi phí nhiều sức lực và phương tiện Theo số liệu của Gama và Hallauer [44] thì hệ số tương quan giữa năng suất dòng tự phối với năng suất giống lai là 0,09 – 0,11, còn những đặc tính khác của dòng với năng suất giống lai không quá 0,14 Điều đó chứng tỏ rằng những đặc điểm này chưa thể dùng làm tiêu chuẩn chọn về khả năng kết hợp, tuy chúng rất cần thiết trong quá trình tạo dòng thuần mới

Vậy, để thu được những số liệu cần thiết về khả năng kết hợp của các vật liệu tạo giống, chắc chắn nhất là lai thử và so sánh các thế hệ con lai Công việc này khá nặng nhọc và tốn kém vì nó liên quan đến khối lượng lớn lai tạo và thử nghiệm các cặp lai thu được Để tiến hành hợp lý công việc này các nhà khoa học đã đưa ra những sơ đồ lai và các phương pháp đánh giá khả năng kết hợp khác nhau Nhưng, hai phương pháp chính được các nhà khoa học áp dụng là

+ Lai đỉnh ( Top cross )

+ Lai luân phiên ( Diallel cross )

2.2.2 Phương pháp đánh giá khả năng kết hợp

2.2.2.1 Đánh giá khả năng kết hợp bằng phương pháp lai đỉnh

Lai đỉnh là phương pháp thử chủ yếu để xác định khả năng kết hợp chung (GCA) do Devis đề xuất năm 1927, Jenkins và Bruce đã sử dụng và phát triển Các dòng hoặc giống cần xác định khả năng kết hợp được lai cùng với một dạng chung gọi là cây thử ( Tester ) Phương pháp này rất có ý nghĩa ở giai đoạn đầu của quá trình chọn lọc, khi khối lượng dòng còn quá lớn, không thể đánh giá bằng phương pháp luân giao Việc chọn đúng cây thử sẽ là yếu tố quan trọng quyết định sự thành công của phép lai đỉnh, công việc này tuỳ thuộc vào ý đồ của nhà chọn giống Có tác giả chọn cây thử có năng suất thấp vì nó làm rõ sự sai khác giữa dòng đem thử Một số tác giả khác, đặc biệt các nhà tạo giống thương mại thường chọn cây thử là dòng ưu tú năng suất cao vì sẽ có xác xuất tạo ra được giống nhanh( theo Ngô Hữu Tình và cộng tác viên,1997[12] ) Tuy nhiên một chỉ tiêu chung các nhà tạo giống chấp nhận đó là cây thử không có quan hệ họ hàng vơí các dòng đem thử Để tăng độ tin cậy người ta thường dùng hai hoặc nhiều cây thử có nền di truyền rộng, hẹp khác nhau( theo Ngô Hữu Tình, Nguyễn Đình Hiền,1996)[7] Qua nghiên cứu một số tác giả thấy rằng cây thử tốt nhất là dòng thuần có lượng allen trội và lặn bằng nhau( theo Krulirski và Adam Chich, 1979 ) ( dẫn theo Ngô Hữu Tình ,1990 )[22]

Việc chọn cây thử có ảnh hưởng lớn đến kết quả đánh giá khả năng kết hợp của các vật liệu trong lai đỉnh, có thể nói rằng yếu tố thành công trong lai đỉnh là chọn đúng cây thử Cây thử có thể có nền di truyền rộng ( giống tổng hợp, giống lai kép…) hoặc có nền di truyền hẹp( dòng thuần, lai đơn

Để tăng độ chính xác người ta thường dùng 2 hoặc nhiều cây thử Cây thử

có năng suất thấp thích hợp hơn cho việc đánh giá dòng và nó làm rõ sự khác biệt nhau giữa dòng đem thử, trong khi đó cây thử có năng suất cao sẽ che lấp sự khác biệt đó Tuy nhiên xuất phát từ mục tiêu kinh doanh các nhà tạo giống thương mại thường sử dụng cây thử có khả năng kết hợp cao trong lai đỉnh để có xác suất tạo ra được giống lớn hơn cây thử có khả năng kết hợp trung bình hoặc thấp ( A.R Hallauer 1990)[48] Cây thử có nền di truyền rộng được nhiều tác giả nghiên cứu và đi đến kết luận: cây thử là các loại giống thí nghiệm, các gia đình fullsib, các tổ hợp lai đơn, các dòng ôn hoà là tốt nhất để đánh giá khả năng kết hợp của các dòng Một số tác giả xác định KNKH của các vật liệu ngô cuả CIMMYT bằng lai đỉnh với cây thử là Tuxpeno và ETO đã xác định được một số tổ hợp lai có ưu thế lai cao với một số quần thể và vốn gen của CIMMYT ( Theo D.L Beck, S K Vasal ,1990 )[38]

Quan hệ giữa cây thử với các dòng

Khi nghiên cứu về quan hệ cây thử với dòng thuần, một số tác giả đã kết luận: phản ứng của các dòng với cây thử biểu hiện ở tính trạng năng suất thì cũng biểu hiện ở các tính trạng khác, nhưng mức độ biểu hiện có thể khác nhau Ngoài ra còn thấy sử dụng cây thử có cơ sở di truyền quá rộng hoặc có một khả năng mạnh trong việc truyền một số đặc điểm nào đó là không nên vì nó không cho phép biểu hiện một cách rõ ràng sự khác nhau của các dòng thử (Trần Hồng Uy , 1985 )[ 29]

Giai đoạn thử khả năng kết hợp

Thử khả năng kết hợp chung có thể tiến hành sớm ở đời tự phối S4 hoặc S5 (G.F Sprague 1942)[54]và có thể tiến hành ngay với giống ban đầu định tự phối (Trần Như Nguyện và Luyện Hữu Chỉ ,1971)[16, 170-175] Trong

nghiên cứu KNKH của các vật liệu ngô Việt Nam, hai cây thử là Tẻ Trắng

địa phương và Ngô lai số 5 đã được dùng để đánh giá KNKH chung cho 200 giống, dòng địa phương và nhập nội, cho thấy các dòng có KNKH chung cao như dòng số 24, 1 và 10, các tác giả đi đến nhận xét rằng các dòng tự phối có KNKH cao ở giai đoạn sớm vẵn giữ được đặc điểm này ở giai đoạn sau( Nguyễn Văn Cương, 1995)[1, 20-38] Lai đỉnh rất có ý nghĩa ở giai

đoạn đầu của quá trình chọn lọc dòng, khi khối lượng dòng quá lớn không thể tiến hành đánh giá bằng phương pháp lai luân phiên Đa số các dòng có KNKH tốt ( ưu thế lai cao ) với cây thử đều có KNKH tốt với nhau và ngược lại, do đó sau kết quả của lai đỉnh các dòng có KNKH tốt được giữ lại để

đánh giá tiếp bằng luân giao[24]

Mô hình toán học chung của các cặp lai đỉnh là:

Yịj k = à + di + cj + si j + ei j k

Trong đó :

Yịj k là độ lớn tính trạng con lai của cặp i x j ở lần lặp thứ k

à là tính trạng trung bình trong thí nghiệm

di là khả năng kết hợp chung của dòng i

cj là khả năng kết hợp chung của cây thử j

si j là khả năng kết hợp riêng giữa dòng i và câyj

ei j k sai số ngẫu nhiên

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

Phương pháp đánh giá khả năng kết hợp bằng lai luân phiên được Sprague và Tatum, đề xuất vào năm 1942[54] Đến năm 1947 thì East đã sử dụng hệ thống luân giao để xác định khả năng kết hợp của các kiểu gen trong thí nghiệm chọn giống ngô Sau East và một số tác giả như Griffing (1956)[46, 31-50], Hayman (1954 )[49, 235-244] đã sử dụng và phát triển thêm hệ thống luân giao

Luân giao là hệ thống lai thử, các dòng được lai với nhau theo tất cả các tổ hợp có thể Qua phân tích luân giao chúng ta thu được các thông tin về

- Bản chất và ước lượng các chỉ số di truyền

- Khả năng kết hợp chung và riêng của bố mẹ và con lai

Ngày nay luân giao là phương pháp được sử dụng chủ yếu và phổ biến của các nhà chọn giống ở mọi quốc gia, nó trở thành công cụ đắc lực nhất trong chọn và đánh giá vật liệu của quá trình tạo giống Phân tích các tổ hợp lai luân giao được gọi là phân tích luân giao, cho chúng ta biết bản chất và giá trị thực của các tham số di truyền, khả năng kết hợp chung và riêng của các

bố mẹ biểu hiện ở con lai Trong phân tích luân giao có hai tiếp cận chính,

đó là tiếp cận Hayman và tiếp cận Griffing

+ Phương pháp phân tích Hayman

Lý thuyết luân giao được phát triển bởi Jinks và Hayman( 1953, 1954)[49, 244] Phương pháp này giúp chúng ta xác định giá trị di truyền của các vật liệu bố mẹ, qua việc phân tích phương sai và hiệp phương sai của các dòng bố, mẹ và con cái Trên cơ sở phương sai và hiệp phương sai đã mô

tả thành đồ thị sau đó dựa vào vị trí từng dòng bố, mẹ trên đồ thị ta có thể

có ý niệm về cơ chế di truyền của chúng Việc xác định các tham số di truyền nêu trên chỉ đạt được kết quả chính xác khi bố mẹ thoả mãn 6 điều kiện mà Hayman nêu ra đó là: Một là đồng hợp tử của dạng bố mẹ ; Hai là: không có hiện tượng đa alen( mỗi locut chỉ có 2 alen ); Ba là: không có tương tác phi alen; Bốn là các gen phân phối độc lập ở dạng khởi đầu; Năm là: quá trình lưỡng bội hoá theo kiểu xẻ dọc ( tức là hiện tượng phân bào bình thường ); Sáu là: không có sự khác nhau giữa lai thuận và lai nghịch

Nếu bố, mẹ không thoả mãn các điều kiện đó việc ước đoán sẽ bị sai lệch

4 phương pháp thí nghiệm phân tích lai luân phiên sử dụng mô hình toán học thống kê để phân tích khả năng kết hợp của các dòng mà cho đến nay vẫn được các nhà chọn giống lai trên thế giới sử dụng

Phương pháp 1 Tất cả các dòng định thử đem lai theo mọi tổ hợp lai

có thể theo cả hai hướng thuận và nghịch cộng cả bố, mẹ theo phương pháp này số tổ hợp lai sẽ là P2 ( P là số dòng tham gia thử )

Phương pháp 2 Tất cả các dòng định thử đem lai với nhau theo hướng

thuận và bao gồm cả bố mẹ , số tổ hợp lai cần tiến hành là P x( P+1)/2

Phương pháp 3 Các dòng khác nhau được lai với nhau theo cả hai

hướng thuận và nghịch, không kể các tổ hợp bố, mẹ Số tổ hợp lai cần tiến hành sẽ là P(P-1)

Phương pháp 4 Các dòng khác nhau được lai với nhau theo hướng

thuận Số tổ hợp lai sẽ là P(P-1)/2

Tuỳ theo mục đích nghiên cứu và điều kiện cụ thể mà các nhà tạo giống lựa chọn một trong các phương pháp trên cho phù hợp Nếu nghiên cứu toàn diện người ta thường sử dụng phương pháp 1 So sánh tổ hợp lai với bố mẹ ta

sử dụng phương pháp 2 Còn muốn nghiên cứu tác động của mẹ tới tổ hợp lai ta nên sử dụng phương pháp 3 Khi áp dụng phương pháp 1và 2 sẽ kết luận được chính xác các dòng đem thử được lai theo hai hướng thuận và nghịch, nhưng đòi hỏi nhiều công sức, thời gian và tiền của Trong thực tế chọn giống người ta thường áp dụng phương pháp 4 Vì phương pháp 4 khối lượng công việc phải làm ít hơn so với 3 phương pháp kia mà vẫn xác định

được yêu cầu tối thiểu cần thiết về đánh giá khả năng kết hợp

Mô hình toán học của phương pháp luân giao được Sprague và Tatum [54] đề xuất năm 1942 như sau

- gi và gj là tác động của khả năng kết hợp chung của các dòng i và dòng j

- Sij là tác động của khă năng kết hợp riêng giữa hai dòng i và dòng j

- rij Là tác động tương hỗ giữa hai dòng đó

- E ijk Là sai số ngẫu nhiên

Mô hình toán học này được áp dụng linh hoạt cho cả 4 phương pháp thí nghiệm trên ở phương pháp 2 và 4 không có các cặp lai ngược nên trong mô hình tính toán không có yếu tố rij , khi tính toán cần lưu ý việc

áp dụng từng công thức cho từng phương pháp cụ thể

Các bước tính toán cụ thể như sau

Phân tích phương sai khả năng kết hợp chung và riêng cho P dòng

1 (

( p

P

SSr Tác động tương hỗ

dfr

Công thức tính các tác động của khả năng kết hợp chung (gi ) và

p (Xi.+xii+Xj +xjj) +

) 2 )(

1 (

2 + + p

3 [ ( ) 2 ]

) 2 (

2

1

X j X Xi p p

1

ư

p (Xi +X.i +Xj +X.j ) +

) 2 )(

1 (

có ý nghĩa ở các chỉ tiêu theo dõi( dẫn theo Mai Xuân Triệu, luận án tiến sĩ khoa học nông nghiệp 1998) [26]

Quan hệ KNKH với khả năng kháng bệnh

Đánh giá khả năng kháng bệnh bạch tạng lá ngô của các tổ hợp lai luân giao, một số tác giả có nhận xét rằng KNKH chung ảnh hưởng mạnh hơn KNKH riêng trong việc kháng bệnh này, những dòng kháng bệnh thường có giá trị KNKH chung thấp, các tổ hợp lai mẫn cảm với bệnh thường có giá trị

tổ hợp riêng âm( S K Dey, Mahajan ,1989 )[42]

Khi đánh giá khả năng kết hợp với khả năng kháng bệnh thối thân, thối hạt

và bệnh than đen ở ngô với 15 tổ hợp của 6 dòng theo sơ đồ 4 Griffing, cho

kết luận rằng KNKH chung đóng vai trò quan trọng đối với tính kháng bệnh than ở các tổ hợp lai luân giao ( M Odiemal và I Kovacs, 1990 )[53]

Biểu hiện KNKH của các dòng ở các tính trạng

Một số tác giả sau khi sử dụng luân giao theo sơ đồ 4 Griffing (1956 [46]

để đánh giá vật liệu taọ giống ở tính trạng năng suất hạt, các tác giả khác nhau nghiên cứu trên các vật liệu khác nhau đã cho một số kết luận dưới đây Kết quả đánh giá KNKH của 6 dòng ngô thuần ngắn ngày, cho thấy các dòng số 1 và 2 cho KNKH chung cao, đặc biệt dòng 2 còn có KNKH riêng cao, nên sử dụng vào tổ hợp lai cụ thể( Trần Hồng Uy và cộng sự, 1985 )[27, 68-71]

Đánh giá KNKH của 9 dòng thuần cùng nguồn gốc nhưng cách tạo khác nhau, trên tính trạng năng suất hạt, đã chọn được các dòng có KNKH chung cao là 137 – FSI, DC7, Mo 17, các dòng có KNKH riêng cao như dòng FS –

137, với dòng 6 và7, dòng DC7 với Mo 17 ( Ngô Hữu Tình và cộng sự,1993 )[23, 20-23]

Sử dụng hai khối luân giao để đánh giá KNKH của các dòng fullsib và các dòng tự phối, các dòng fullsib được đề nghị dùng làm trung gian hoặc xen

kẽ trong quá trình tạo dòng tự phối để chọn tạo các dòng có KNKH cao [18]

2.2.3 Tình hình sản xuất và sử dụng ngô trên thế giới và trong nước

2.2.3.1 Tình hình sản xuất và sử dụng ngô trên thế giới

Một trong những tiến bộ kỹ thuật Nông nghiệp thành công rực rỡ nhất

ở thế kỷ 20 là ngô lai Nghề trồng trên thế giới vào những năm cuối của thế

kỷ 20 đã có những bước tiến nhảy vọt nhờ ứng dụng rộng rãi công nghệ ưu thế lai, kỹ thuật nông học tiên tiến và những thành tựu to lớn của công nghệ

giải quyết nhu cầu lương thực và protein động vật cho hơn 6 tỷ người trên hành tinh chúng ta Ngô lai đã phát triển nhanh chóng và hấp dẫn như vậy là

do ứng dụng tiến bộ kỹ thuật về ưu thế lai, các biện pháp kỹ thuật liên hoàn Chính ngô lai đã kích thích các nhà khoa học mở rộng đối tượng và phạm vi nghiên cứu nhằm thu được các giống lai có ưu thế lai lớn hơn và phong phú hơn

Cây ngô là một loại cây có nền di truyền rộng, thích ứng với nhiều vùng sinh thái khác nhau, do vậy ngô được trồng hầu hết các nước trên thế giới Sản phẩm từ ngô được sử dụng với nhiều mục đích khác nhau như là lương thực, thực phẩm cho người, thức ăn chăn nuôi, nguyên liệu cho công nghiệp và hàng hoá xuất khẩu

Thực tế, ngô đã cung cấp lương thực nuôi sống 1/3 dân số thế giới, các nước trồng đều sử dụng ngô làm lương thực hay thực phẩm nhưng ở mức độ khác nhau theo thống kê trên thế giới sử dụng 21% sản lượng ngô làm lương thực cho người Trong đó các vùng Trung Mỹ, Nam á và Châu Phi dùng ngô làm lương thực chính Các nước vùng Đông Nam Phi

sử dụng 85% sản lượng ngô làm lương thực Trung Mỹ và Caribe sử dụng 61% sản lượng ngô làm lương thực, Vùng Đông Nam á và Thái Bình Dương sử dụng 39% còn ở vùng Đông Âu và các nước trong SNG

sử dụng 40% sản lượng ngô làm lương thực(Theo Ngô Hữu Tình và cộng tác viên )[23, 16-18] Hàng Năm trung bình mỗi người dân Mehico tiêu thụ trên 100 kg ngô hạt làm lương thực chủ yếu dưới dạng bánh từ bột Ngô ngoài sử dụng làm lương thực, những gần đây ngô còn là cây thực phẩm, người ta dùng bắp ngô bao tử làm rau cao cấp, nghề này phát triển rất mạnh ở Thái lan và Đài Loan … Sở dĩ ngô rau được ưa chuộng như vậy là vì nó sạch, an toàn và có hàm lượng dinh dưỡng cao: chất béo

0,2%, hàm lượng Protein 1,9% so với khối lượng tươi, hydrat cacbon 8,2mg/1kg ngô tươi cao hơn hẳn các loại rau cao cấp khác Ngoài ra ngô rau còn chứa nhiều Vitamin, khoáng chất : Ca, Fe, P …( Ngô Hữu Tình 1997)[23]

Những năm gần đây xu hướng sử dụng ngô làm lương thực giảm dần,

sử dụng làm thức ăn gia súc tăng nhanh Qua điều tra thức ăn tổng hợp cho gia súc có tới 70% hàm lượng chất tinh lấy từ ngô Theo thống kê của

Cao Đắc Điểm ( 1988 )[2] cho thấy các nước có nền nông nghiệp phát triển hầu hết sử dụng ngô làm thức ăn gia súc như : Pháp 90%, Mỹ 89% Rumani 69% … còn các nước SNG trồng khoảng 20 triệu ha ngô trong đó chỉ sử dụng 3 triệu ha dùng lấy hạt còn lại lấy thân lá ủ chua làm thức ăn cho gia súc

Ngô còn là nguyên liệu cho các nhà sản xuất rượu, cồn, tinh bột, dầu, glucoza, bánh kẹo … Người ta đã sản xuất từ ngô ra khoảng 670 mặt hàng khác nhau của các ngành công nghiệp thực phẩm , công nghiệp nặng, công nghiệp nhẹ ( Ngô Hữu Tình )[21]

Hàng năm lượng ngô lưu thông trên thị trường thế giới khoảng 70 triệu tấn, các nước xuất khẩu chính như là Mỹ, Pháp, Achentina, Trung Quốc

và Thái Lan Điều này cho thấy ngô đứng hàng đầu trong các mặt hàng nông sản có tỷ lệ lưu thông trao đổi lớn trên thị trường quốc tế

Ngô lai được con người sử dụng cách đây gần 1 thế kỷ, để đạt được những thành công như ngày nay, quá trình phát triển ngô lai được chia làm ba thời kỳ ( Dẫn theo Nguyễn Thế Hùng 2003)[10]

Thời kỳ 1, từ lúc con người biết lợi dụng ưu thế lai trong chọn giống ngô (1900) kéo dài đến những năm 1920 Giai đoạn này do hiểu biết còn hạn chế, trình độ kinh tế kỹ thuật còn thấp, ngô lai tồn tại như một loại giống lai cải lương giữa các giống với nhau ( giống ngô thụ phất tự do – OPV ) Đặc điểm của các giống ngô thời kỳ này là năng suất đạt thấp 1,5 –1,6 tấn/ha, hiệu quả sản xuất ngô không cao Ngô lai thời kỳ này chủ yếu được trồng ở Mỹ, Các nước Châu Âu(Nguyễn Thế Hùng 2003) [10] Thời kỳ 2 ( 1920 –1960) Đặc điểm chính của thời kỳ này nhờ các kết quả thu được trong quá trình chọn tạo dòng thuần, các giống lai kép được

sử dụng rộng rãi Năng suất ngô tăng nhanh, vào cuối giai đoạn tại nước

Mỹ năng suất bình quân 3tấn/ha, nhờ trồng các giống lai kép năng suất ngô ở nước Mỹ tăng trung bình 60kg/ha/năm, trong suốt thời gian dài khoảng 30 năm Giai đoạn này ngô lai kép được sử dụng rộng rãi tại Mỹ, Canađa, Các nước Châu Âu và vùng Đông á[10]

Thời kỳ 3 ( từ 1960 đến nay ) Nhờ tác động của các nghiên cứu mới và nhu cầu của sản xuất hàng hoá, hàng loạt giống lai đơn ra đời, thay thế dần các giống ngô lai kép năng suất thấp, độ đồng đều kém Tại nước

Mỹ nhờ sử dụng các giống ngô lai mới, năng suất ngô hàng năm tăng gấp hai lần thời kỳ trước, đạt mức 118kg/ha/năm Cùng với việc tạo ra các giống ngô mới, ngô lai trở thành một loại hàng hoá quan trọng nhất trong sản xuất ngô, điều này kích thích các cơ sở nghiên cứu, các công ty tư nhân tham gia vào việc chọn tạo, phân phối hạt giống ngô lai nhờ vậy ngô lai được sử dụng trên phạm vi toàn thế giới, với diện tích ngày càng lớn, đem lại cho loài người lượng sản phẩm khổng lồ

Diện tích trồng ngô trên thế giới niên vụ 2002- 2003 đạt vào khoảng

142 triệu ha tỷ lệ sử dụng ngô lai bình quân khoảng 73 –85%, năng suất

bình quân 4,3 tấn/ ha Các nước có tỷ lệ sử dụng ngô lai cao là Mỹ là 100% mà phần lớn ngô lai đơn chiếm tới 90% Nhiều giống ngô lai nổi tiếng của Mỹ được tạo ra bởi các công ty: Iowa, Pioneer, Dekalb… Ngày nay, năng suất ngô tại các điểm năng suất cao ở Mỹ đã đạt 15-18 tấn/ha, năng suất thí nghiệm đạt 25 tấn/ha ( Nguyễn Thế Hùng 2003) [10]

ở Châu á, Bắc Triều Tiên đã sử dụng 100% là giống ngô lai trong sản suất tiếp sau đó là Trung Quốc, là nước đứng đầu châu á về năng suất, sản lượng và thứ hai trên thế giới về diện tích và sản lượng ngô với diện tích 24,8 triệu ha tổng sản lượng 121,3 triệu tấn, năng suất bình quân đạt 4,85 tấn /ha tỷ lệ sử dụng giống ngô lai chiếm tới 90%[36] Trung quốc bắt đầu nghiên cứu ngô lai từ năm 1912, năm 1928 đã đưa ra sản xuất nhiều giống ngô lai, diện tích trồng các giống ngô lai năm 1994

đã đạt 18,45 triệu ha chiếm 87,7% diện tích trồng ngô( Trần Hồng Uy 2001) [31]

Trong 10 năm ( 1990- 2000 ) tỷ lệ tăng trưởng về diện tích ngô toàn thế giới là 0,7%, về năng suất là 2,4% và về tổng sản lượng 3,1% điều này cho chúng ta thấy rằng chính sự tăng nhanh về năng suất đã góp phần tăng sản lượng ngô trên thế giới

Bảng 1.1 Diện tích, năng suất và sản lượng ngô trên thế giới

giai đoạn từ 1998 –2000( nguồn số liệu thống kê nông lâm thuỷ sản

2000)

Diện tích

( Triệu ha )

Năng suất ( Tạ /ha )

Sản lượng ( Triệu tấn ) Năm

Nước 1998 1999 2000 1998 1999 2000 1998 1999 2000

T thế giới 138,9 139,2 139,8 44,20 43,44 43,36 614,1 604,5 596,2Bắc Tr/ Mỹ 40,46 38,96 40,48 68,75 69,37 72,56 27,82 270,2 343,3Châu Phi 23,3 25,56 25,39 15,74 18,88 16,99 39,84 40,60 43,56 Châu á 43,66 44,65 41,2 33,93 37,75 34,92 174,3 168,6 143,8

Qua bảng số liệu trên cho thấy diện tích ngô trên thế giới tăng chậm ,

năng suất tăng nhanh đặc biệt các nước Bắc Trung Mỹ có năng suất và sản

lượng tăng cao hơn các khu vực trồng ngô khác trên thế giới Nó chiếm tới

hơn 50% về sản lượng nhưng diện tích chỉ chiếm 1/3 Điều đó chứng tỏ rằng

đây là vùng tập chung các quốc gia có nghề trồng ngô phát triển có năng suất

ngô cao nhất thế giới năng suất bình quân ở khu vực này khoảng 8,4 tấn/ha

Còn khu vực châu á có năng suất bình quân chỉ đạt 3,4 tấn/ha Châu Phi là

1,7 tấn/ha

B¶ng1.2 S¶n l−îng ng« cña mét sè n−íc s¶n xuÊt ng« lín trªn thÕ giíi ( 2003

)

Tªn n−íc DiÖn tÝch

( 1000 ha)

N¨ng suÊt (TÊn /ha )

S¶n l−îng ( 1000 TÊn )

Ngày nay với sự phát triển nhanh, mạnh của công nghệ sinh học ứng dụng của nền di truyền học hiện đại, đã giúp các nhà chọn giống chỉ trong thời gian ngắn có thể tạo ra dòng thuần, cùng với sự phát triển của sinh học phân tử các nhà khoa học ở các nước công nghiệp phát triển đã chuyển nạp thành công các gen kháng sâu, bệnh vào cây ngô đã giúp cho nó có khả năng kháng sâu, bệnh đã giúp cho nghề trồng ngô trên thế giới ngày càng phát triển

2.2.3.2 Tình hình sản xuất ngô và sử dụng ngô lai ở Việt nam

Cây ngô được đưa vào trồng ở Việt Nam cách đây khoảng 300 năm ( Ngô Hữu Tình )[21], nó được coi là cây màu chính , thích ứng rộng chịu thâm canh cao là loại cây đứng đầu về năng suất trong các loại cây lương thực Ngô trồng ở nhiều vùng sinh thái khác nhau và trồng ở nhiều vụ trong năm Theo số liệu thống kê năm 2000 thì giai đoạn 1995 –2000 Việt Nam đã

được năng suất, sản lượng qua bảng sau

Bảng 1.4: Diện tích, năng suất, sản lượng ngô Việt nam giai đoạn 1999 –

2003

(1000ha)

Năng suất (tạ/ha)

Sản lượng ( 1000tấn)

Từ số liệu bảng trên cho thấy năng suất ngô của Việt Nam tăng từ 25,5 tạ/ha ( năm1999) lên 32,2 tạ/ha ( năm 2003), còn sản lượng cũng tăng từ 1,75triệu tấn ( năm 1999) lên 2,93 triệu tấn (năm 2003) Theo dự báo trong những năm tới Việt Nam cần khoảng 5-6 triệu tấn ngô để làm lương thực và thức

ăn chăn nuôi( dẫn theo Trần Hồng Uy [32]

Để đáp ứng được nhu cầu ngày càng tăng về sản lượng ngô ngoài việc

đẩy nhanh tăng diện tích trồng ngô, công tác chọn tạo những giống ngô lai mới có năng suất cao, có khả năng chống chịu, phù hợp với điều kiện từng vùng sinh thái khác nhau là công việc rất cần thiết đối với nghề trồng ngô ở nước ta Việt Nam tiếp cận với ngô lai từ những năm 1960 đã có những nghiên cứu về chọn tạo và sử dụng các giống ngô lai song do vật liêu khởi

đầu nghèo nàn, cơ sở vật chất chưa đáp ứng được một số khâu trong quá trình sản xuất ngô giống, mãi đến năm 1990 ngô lai mới phát huy được vai trò của nó Từ diện tích 5ha ( thử nghiệm )năm 1990 đến năm 1996 diện tích

đã tăng lên 230.000ha chiếm 46% diện tích trồng ngô cả nước và đến năm

2003 diện tích cả nước đạt 909,8 nghìn ha

Bảng:1.5 Diện tích, năng suất, sản lượng ngô tại một số Tỉnh ở Việt Nam năm2003

(ha)

Năng suất(tạ/ha)

Sản lượng 1000tấn

ở Việt nam, công tác điều tra, thu thập nguồn vật liệu ngô địa phương đã

được bắt đầu tiến hành từ những năm 60 Các nhà ngiên cứu đi đến thống nhất ngô địa phương ở Việt Nam tập chung chủ yếu vào hai loài phụ là Đá rắn( Zea may L Indurata Stert ) và ngô nếp ( Zea may L Ceratina Kulesh)

Quá trình chọn tạo giống ngô tại Việt Nam thực sự bắt đầu vào những năm 1970[10] Có thể chia làm ba thời kỳ chính sau

Giai đoạn 1 Đây là giai đoạn thu thập nguồn gen, giai đoạn này nhờ sự giúp

đỡ của các Viện nghiên cứu ngô nổi tiếng VIR, Chương trình nghiên cứu

đã thu thập, phân loại được nguồn gen khá phong phú từ tập đoàn ngô trong nước và trên thế giới

- Giai đoạn 2 Đây là giai đoạn chọn tạo và nhập nội các giống ngô thụ phấn tự do ( 1973 – 1990 ) :Chương trình nghiên cứu ngô Việt Nam đã nhập nội và chọn tạo hàng loạt giống ngô có năng suất cao , phù hợp với

điều kiện kinh tế kỹ thuật của Việt Nam Đáng chú ý là các giống ngô thụ phấn tự do : TH2A; TH2B; VM1; TSB2; MSB-49; Q2; VN2… Diện tích trồng ngô thụ phấn tự do có thời điểm cao đạt trên 50% diện tích gieo trồng của cả nước

- Giai đoạn 3 là giai đoạn chọn những giống ngô lai quy ước ( 1990 đến nay) Chương trình nghiên cứu chọn tạo giống ngô lai quy ước được các nhà khoa học Viện nghiên cứu ngô đề xuất rất sớm, từ những năm 1970-

1973 một số giống ngô lai và một số dòng thuần ngô đã được nhập nội từ một số nước thuộc khối xã hội chủ nghĩa Kết quả của việc chuyển giao trên không thành công do sự khác biệt về điều kiện địa lý, khí hậu giữa Việt nam và các nước Để khắc phục khó khăn trên, các nhà khoa học Việt nam đã chọn dòng và sau 25 năm nghiên cứu các nhà chọn giống ngô Việt nam đã đạt được những thành tựu khá đáng kể, từ năm 1991 đến nay đã có trên 20 giống ngô lai được các nhà khoa học Việt nam chọn tạo ra và được trồng phổ biến trong sản xuất Một số giống ngô lai tiêu biểu là LVN-1, LVN –5, LVN-20, LVN-26, LVN 32 ( thuộc nhóm chín sớm) , LVN -4, LVN- 5, LVN-22, LVN-17 ( thuộc nhóm chín trung

bình) và các giống thuộc nhóm dài ngày là LVN-10, LVN-16, LVN- 19(Nguyễn Thế Hùng, 2003) [10]

Ngoài ra, còn có một số giống ngô lai không quy ước và quy ước của Viện khoa học Nông nghiệp miền Nam, Công ty giống cây trồng miền Nam và một số giống của các công ty giống cây trồng nước Ngoài như công ty Pacific với giống ngô P-11, P-60, Tập đoàn CP với giống DK-888, DK –999, Công ty Pioneer với giống P-3011, P-3012, Công ty Bioseed với giống B-9670, B- 9681, Công ty Novatis… Bên cạnh những nghiên cứu về tạo giống thì những nghiên cứu về kỹ thuật nông học, công nghệ sau thu hoạch cũng được tiến hành song song như: Phân bón, phòng trừ sâu bệnh cơ cấu mùa vụ…v…v Việc tổ chức sản xuất, chuyển giao công nghệ hạt giống ngô lai đã được tiến hành trên phạm vi toàn quốc.( Nguyễn Thế Hùng 2003)[10]

Một hướng mới trong nghiên cứu ngô là chọn tạo các giống ngô có hàm lượng Protein cao ( ngô QPM ) Châu á hiện nay có ba quốc gia có chương trình nghiên cứu và phát triển ngô giàu đạm chất lượng cao là: Trung Quốc , ấn Độ và Việt Nam Viện nghiên cứu ngô đã hợp tác với CIMMYT trong chương trình nghiên cứu và phát triển ngô QPM Năm

2002, giống ngô đầu tiên được công nhận khu vực hoá rộng trên toàn quốc là giống ngô lai đơn HQ 2000

3 vật liệu, nội dung và phương pháp nghiên cứu

3.1 vật liệu, địa điểm, điều kiện làm thí nghiệm

3.1.1 Nguồn vật liệu nghiên cứu

- gồm 10 dòng thuần ngô được tạo ra từ nguồn vật liệu trong nước và nước ngoài tại bộ môn nuôi cấy mô tế bào Viện Di truyền nông nghiệp

Stt Tên dòng Nguồn gốc Phương pháp tạo dòng thuần

1 V4 Thái lan Tạo ra bằng p/p nuôi cấy bao phấn

2 V5 Thuỵ sĩ Tạo ra bằng p/p nuôi cấy bao phấn

3 M7 Thuỵ sĩ Tạo ra bằng p/p nuôi cấy bao phấn

4 M9 Thái lan Tạo ra bằng p/p nuôi cấy bao phấn

5 CM8 ấn độ Tạo ra bằng p/p nuôi cấy bao phấn

6 MA3 Trung quốc Tạo ra bằng p/p nuôi cấy noãn

7 MA5 Việt nam Tạo ra bằng p/p nuôi cấy noãn

8 MT1 Mehico Tạo ra bằng p/p nuôi cấy noãn

9 MT2 Mehico Tạo ra bằng p/p nuôi cấy noãn

10 MT4 Mehico Tạo ra bằng p/p nuôi cấy noãn

3.1.2 Địa điểm thực hiện thí nghiệm

- Thí nghiệm được tiến hành tại Trạm chuyển giao công nghệ sinh học Văn Giang – Hưng Yên nằm trên địa bàn xã Liên Nghĩa huyện Văn

Giang Tỉnh Hưng Yên Cách Hà Nội 20km