khảo sát đánh giá tính đa dạng di truyền của một số mẫu giống ngô đã thu thập được ở một số tỉnh miền núi phía bắc

luận văn thạc sĩ, tiến sĩ, cao học, luận văn

Bộ giáo dục và đào tạo trường đại học nông nghiệp hà nội

LỜI CAM ðOAN

Tôi xin cam ñoan những số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn

là trung thực và chưa từng ñược sử dụng ñể bảo vệ một học vị nào Mọi sự giúp ñỡ việc hoàn thành luận văn thạc sĩ này ñã ñược cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn ñều ñược ghi rõ nguồn gốc

Hà N ội, tháng 8 năm 2009

Tác giả luận án

Nguyễn Thị Ngàn

LỜI CẢM ƠN

Tác gi ả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Thầy hướng dẫn trực tiếp là

PGS.TS V ũ Văn Liết ựã hết sức chỉ bảo, hướng dẫn ựể tác giả có thể hoàn

thành ựược bản luận văn này

Tác gi ả xin trân trọng cảm ơn các Thầy, Cô Bộ môn Di truyền chọn

gi ống cây trồng, Khoa Nông học, Viện ựào tạo sau ựại học, Viện nghiên cứu

lúa, Vi ện Công nghệ sinh học, Bộ môn Chọn tạo giống ngô Viện nghiên cứu

ngô, Trung tâm Th ực nghiệm và đào tạo nghề

Lu ận văn ựược hoàn thành có sự ựộng viên của gia ựình, bạn bè ựồng

nghi ệp và các sinh viên thực tập tốt nghiệp, nghiên cứu khoa học Tác giả

xin chân thành c ảm ơn những sự giúp ựỡ quý báu ựó

Tác gi ả xin trân trọng cảm ơn !

Tháng 8/ 2009 Tác giả luận án

Nguyễn Thị Ngàn

4.1.1 Kết quả thu thập các mẫu giống ngô từ các ñịa phương phía Bắc

4.2.1 Giai ñoạn sinh trưởng và phát triển của các mẫu giống ngô 374.2.2 Tốc ñộ tăng trưởng chiều cao cây của các mẫu giống ngô 41

4.2.6 Các yếu tố cấu thành năng suất của các mẫu giống ngô 554.2.7 Một số tính trạng chất lượng của các mẫu giống ngô ñịa phương vụ

3.4.2 Khảo sát sự ña dạng di truyền của các mẫu giống ñiển hình bằng

phân tích ADN qua nhân bản ngẫu nhiên PCR – RAPD 67

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

3 FAO :Tổ chức lương thực và nông nghiệp Liên hiệp Quốc

(Food and Agricultural Organization)

(polymerase chain reaction)

5 RAPD : ða hình các ñoạn ADN ñược nhân bội ngẫu nhiên

(Randomly Amplified Polymorphism ADN)

8 CIMMYT : Trung tâm cải lương ngô và lúa mỳ quốc tế

9 IFPRT : Viện Tài nguyên di truyền thực vật

12 KNKHC : Khả năng kết hợp chung

13 KNKHR : Khả năng kết hợp riêng

14 TGST : Thời gian sinh trưởng

15 NSLT : Năng suất lý thuyết

17 P1000 hạt : Khối lượng 1000 hạt

19 TP-PR Chênh lệch giữua thu phấn và phun râu

DANH MỤC CÁC BẢNG

2.1 Các mẫu giống ngô ñược bảo tồn tại ngân hàng quỹ gen 13

2.3 Tình hình sản xuất ngô Việt Nam giai ñoạn 1961 – 2008 20

4.6 Phân loại các mẫu giống tẻ theo hệ thống phân loại thực vật 364.7 Phân loại các mẫu giống nếp theo hệ thống phân loại thực vật 374.8 Thời gian sinh trưởng của các mẫu giống ngô tẻ vụ Xuân 2009 384.9 Thời gian sinh trưởng của các mẫu giống ngô nếp vụ Xuân 2009 404.10 Tốc ñộ tăng trưởng chiều cao cây của các mẫu giống ngô tẻ vụ

4.15 Các ñặc ñiểm hính thái cây của các mẫu giống ngô nếp vụ Xuân

4.20 Màu sắc thân, lá và cờ các mẫu giống ngô tẻ ñịa phương gieo

4.21 Màu sắc thân, lá và cờ các mẫu giống ngô nếp ñịa phương gieo

4.25 Tổng hợp kết quả nhân ADN của các mồi trên các giống ngô tẻ 75

DANH MỤC CÁC ðỒ THỊ

4.1 Tốc ñộ tăng trưởng chiều cao cây một số mẫu giống ngô tẻ 444.2 Tốc ñộ tăng trưởng chiều cao cây một số mẫu giống ngô nếp 44

4.4 Tốc ñộ tăng trưởng số lá một số mẫu giống ngô nếp 474.5 Năng suất thực thu của các mẫu giống ngô tẻ vụ Xuân 2009 584.6 Năng suất thực thu của các mẫu giống ngô nếp vụ Xuân 2009 58

DANH MỤC CÁC SƠ ðỒ

4.1 Cây phát sinh di truyền và hệ số ña hình của 27 mẫu giống ngô tẻ

4.2 Cây phát sinh di truyền và hệ số ña hình của 32 mẫu giống ngô

4.3 Cây phân loại di truyền của một số mẫu giống ngô nếp 714.4 Cây phân loại di truyền của một số mẫu giống ngô tẻ 76

DANH MỤC CÁC HÌNH

4.1 Kết quả tra ADN tổng số của 12/59 mẫu ngô nghiên cứu 674.2 Kết quả ñiện di sản phẩm PCR-RAPD với mồi OPA-18 các

4.3 Kết quả ñiện di sản phẩm PCR-RAPD với mồi OPAW-7 các

4.4 Kết quả ñiện di sản phẩm PCR-RAPD với mồi OPA-12 các

4.5 Kết quả ñiện di sản phẩm PCR-RAPD với mồi OPE-18 các

4.6 Kết quả ñiện di sản phẩm PCR-RAPD với mồi OPW- 08 các

4.7 Kết quả ñiện di sản phẩm PCR-RAPD với mồi OPA-15 các

4.8 Kết quả ñiện di sản phẩm PCR-RAPD với mồi OPE-18 các

4.9 Kết quả ñiện di sản phẩm PCR-RAPD với mồi OPP-05 các

1 MỞ ðẦU

1.1 Tính cấp thiết của đề tài

Theo dự đốn của Viện Nghiên cứu Chương trình Lương thực Thế giới nhu cầu ngơ tồn cầu vào năm 2020 sẽ vượt 50% so với năm 1995, tức sẽ tăng từ 558 triệu tấn (1995) lên tới 837 triệu tấn vào năm 2020 ðây thực sự là thách thức lớn đối với sản xuất ngơ, đặc biệt đối với các nước đang phát triển, nơi cĩ tỷ lệ nơng dân nghèo cao

Ở nước ta, trong các cây ngũ cốc thì cây ngơ cĩ vị trí quan trọng thứ hai sau cây lúa và là cây màu quan trọng hàng đầu trong sản xuất nơng nghiệp Hạt ngơ cĩ hàm lượng dinh dưỡng tương đối cao: hàm lượng tinh bột trong hạt ngơ chiếm 68,2/100g, chất lượng protein (% casein) đạt 32,1%, đặc biệt là trong hạt ngơ cĩ nhiều loại amino axit khơng thay thế quan trọng như

leucin, isoleucin, threonin, tyrosin…

Cây ngơ thích ứng rộng với điều kiện thời tiết, đất đai nên cây ngơ được trồng ở khắp các vùng trong cả nước từ vùng núi cao đến vùng trung du

và đồng bằng ðối với một số vùng miền núi dân tộc người H'mơng, Thái, Tày, Lào, Khơ Mú lương thực chính của người dân là hạt ngơ nên cây ngơ lại càng quan trọng trong sản xuất nơng nghiệp

Tuy nhiên, người dân tộc vùng núi cao này trồng ngơ trên đất dốc (đất đồi núi, đất nương rẫy) trong điều kiện canh tác nghèo nàn khơng bĩn phân, nước tưới hồn tồn phụ thuộc vào nước trời nên một năm chỉ trồng được một

vụ vào mùa mưa và năng suất khơng cao ðây là một trong những nguyên nhân dẫn đến một số giống ngơ địa phương đã và đang bị thối hĩa và mất đi

do người dân bắt đầu cĩ xu hướng trồng thay thế bằng các giống mới cĩ năng suất cao hơn

ðể cơng tác thu thập và bảo tồn nguồn gen quý hiếm của nước ta đặc

biệt là các vùng trung du miền núi không bị xói mòn nguồn gen, các công tác chọn tạo xây dựng vật liệu khởi ựầu là rất cần thiết, nó bao gồm công tác ựiều tra, thu thập, bảo tồn, phân loại để góp phần vào công tác bảo tồn và chọn tạo giống ngô ựịa phương, chúng tôi tiến hành ựề tài nghiên cứu:

ỘKhảo sát và ựánh giá tắnh ựa dạng di truyền của một số mẫu giống ngô ựã thu thập ựược ở một số tỉnh miền núi phắa Bắc Ợ

1.2 Mục ựắch và yêu cầu

1.2.1 Mục ựắch

Thu thập và ựánh giá ựa dạng di truyền nguồn gen ngô ựịa phương nhằm xây dựng cơ sở dữ liệu góp phần bảo tồn và sử dụng nguồn gen ngô ựịa phương trong các chương trình chọn tạo giống ngô

- đánh giá nguồn gen ngô ựịa phương về ựặc ựiểm nông sinh học;

- đánh giá sinh trưởng và phát triển của các mẫu giống ngô ựịa phương;

- đánh giá năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất;

- đánh giá khả năng chống chịu ựồng ruộng của các mẫu giống ngô ựịa phương

1.3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

1.3.1 Ý nghĩa khoa học của ựề tài

- Thu thập nguồn gen cây ngô và phân loại ựánh giá ựã cung cấp nguồn

dữ liệu có giá trị và ý nghĩa to lớn cho công tác chọn tạo giống ngô Tập ựoàn thu thập ựược và ựánh giá chúng, hiểu biết rõ ựa dạng di truyền, xem xét biến

dị hiện có trong tập quần thể và các loại khác nhau của nguồn vật liệu chọn tạo giống làm cơ sở khoa học cho nghiên cứu chọn giống ngô và làm tài liệu tham khảo phục vụ giảng dạy

1.3.2 Ý nghĩa thực tiễn

- Kết quả thu thập ựược tập ựoàn công tác 59 mẫu giống ngô trong ựó

có 27 mẫu giống nguồn gen ngô tẻ ựịa phương và 32 giống ngô nếp ở nhiều ựịa phương khác nhau ở miền Bắc Việt Nam Các mẫu giống ựã ựược mã hóa

và ựược ựưa vào ựánh giá sơ bộ trong vụ xuân 2009

- đã thu thập và ựánh giá tập ựoàn gồm 59 mẫu giống ngô trong trong

ựó có 27 giống ngô tẻ, 32 giống ngô nếp ựánh giá các ựặc ựiểm thực vật học

và nông sinh học, giúp các nhà chọn giống có ựịnh hướng khi sử dụng chúng làm vật liệu, rút ngắn ựược quá trình nghiên cứu tạo giống

- Phân nhóm ựược 27 mẫu giống ngô tẻ, 32 mẫu giống ngô nếp dựa trên hệ số ựa hình, mức ựộ ựa dạng các mẫu ngô nếp ựịa phương thu thập, ựánh giá ựược ở vụ xuân 2009 này là khá ựa dạng về di truyền và phong phú chủng loại có ý nghĩa thực tiễn giúp việc ghép cặp cho ưu thế lai cao

2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1 CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA đỀ TÀI

2.1.1 Cơ sở khoa học trong chọn giống cây trồng

để tạo ra một giống mới cần sử dụng nguồn gen thực vật: các dạng rất khác nhau của cây trồng và cả cây dại, thông qua các phương pháp chọn giống xác ựịnh Các dạng cây trồng có thể là giống ựịa phương, giống ựược tập hợp từ nhiều vùng sinh thái khác nhau, các dạng cây dại cùng chi với cây trồng ựược thu thập

từ nhiều nơi trên thế giới

Nguồn gen cây trồng càng ựa dạng phong phú và càng ựầy ựủ thì càng tạo ựiều kiện thuận lợi cho quá trình sáng tạo của nhà chọn giống để việc thu thập, nghiên cứu và sử dụng nguồn gen thực vật ựược thuận lợi, dễ dàng và chắnh xác thì công tác quĩ gen phải ựược xây dựng trên cơ sở lý luận khoa học vững chắc Theo N I Vavilov, tác giả học thuyết về dãy biến dị tương ựồng của thực vật thì các loại hình thực vật gần nhau như cùng họ, cùng chi, cùng loài có hàng loạt biến dị di truyền giống nhau Người ta có thể nghiên cứu kỹ một số dạng chắnh của loài trong cùng một chi ở tất cả các loài Mô hình toán học của ựịnh luật

về dãy biến dị tương ựồng của thực vật như sau:

A1 (a + b + c ); A2 (a + b + c ); A3 (a + b + c )

Trong ựó: A1, A2, A3 là các chi hoặc loài gần nhau;

a, b, c là dãy biến dị tương ựồng

Qui luật về dãy biến dị tương ựồng có ý nghĩa ựặc biệt ựể xác ựịnh sự ựa dạng trong loài ở cả về cây trồng và hoang dại

Cũng theo N I Vavilov sự phát tán của các loại hình trong một loài mà ở ựịa phương này kiểu gen chiếm ưu thế nhưng ở ựịa phương khác kiểu gen khác lại hoạt ựộng mạnh Kết quả hoạt ựộng của kiểu gen sau khi tương tác với môi trường xung quanh sẽ cho một loại hình tương ứng đó là kiểu gen hay loại hình sinh thái trong giới hạn của một loài Các loại hình sinh thái ựặc trưng là các kiểu gen ựặc

trưng Khi sưu tập nguồn gen cho chọn giống, cần hết sức chú ý thu thập các loại hình sinh thái ñịa lý

Theo Darwin biến dị là thuộc tính của tất cả các loài sinh vật, trong ñó biến

dị di truyền là ñộng lực của tiến hóa Nhờ có biến dị di truyền mà các loài mới, các dạng mới ñược hình thành, thành phần của một loài ngày một ña dạng phong phú Nhờ có biến dị di truyền mà cây dại qua quá trình chọn lọc ñã trở thành cây trồng

Cơ thể và môi trường luôn là một khối thống nhất, môi trường hết sức ña dạng nên cũng tồn tại những biến dị ña dạng tương ứng Trong quá trình chọn nguồn gen, giống càng ñược thu thập ở nhiều vùng sinh thái càng tốt

Theo N.I Vavilov và P.M Zukovxki, trên thế giới có 12 trung tâm phát sinh tất cả các loại cây trồng Các trung tâm là nơi tập trung ñầy ñủ bộ gen của chi hoặc loài trong ñó có cây trồng Bên ngoài trung tâm là vùng phát tán của cây trồng, ta chỉ có thể tìm thấy sự tập trung của kiểu gen này hay kiểu gen khác nhưng không thể tìm ñược ñầy ñủ bộ gen của cả chi hoặc loài

2.1.2 Cơ sở khoa học thu thập, nghiên cứu và ñánh giá nguồn gen cây ngô

Sử dụng có hiệu quả tài nguyên cây trồng là tiền ñề nâng cao sản lượng nông nghiệp một cách bền vững, góp phần xóa ñói giảm nghèo, an toàn lương thực và bảo vệ môi trường trên toàn cầu Chiến lược của viện Tài nguyên di truyền thực vật thế giới (IPGRI) hiện nay và tương lai là ña dạng sinh học cho hạnh phúc loài người Con người sống hạnh phúc hơn khi thu nhập tăng, an toàn lương thực ñược ñảm bảo, dinh dưỡng ñược cải thiện bền vững, môi trường sống tốt hơn và chỉ có thể bằng con ñường ña dạng sinh học nông nghiệp trên trang trại nông dân và bảo vệ rừng (IPGRI, 2004)

Cây ngô (Zea mays) là cây lương thực quan trọng và nguyên liệu chính

làm thức ăn gia súc, cho công nghiệp sản xuất cồn, tinh bột, bánh kẹo…Trên thế giới và Việt Nam, ñã có nhiều nghiên cứu về cây ngô và chọn tạo giống ngô ñạt ñược những thành tựu to lớn, tạo ra những giống ngô ưu thế lai, chuyển gen có năng suất cao, có ưu thế vùng canh tác thuận lợi Tuy nhiên,

với những nơi có ñiều kiện khó khăn như ñất ñai không màu mỡ, thiếu nước, ñất dốc, nông dân nghèo, các nghiên cứu chọn tạo, ñặc biệt giống ưu thế lai phù hợp cho ñiều kiện này còn hạn chế (Banzinger et al, 2000; Ngô Hữu Tình, 1997) Tại một số vùng và ñịa phương có ngô là lương thực chính thì những giống ngô ưu thế lai năng suất cao phải có chất lượng phù hợp với tập quán ăn uống của người dân mới ñược nông dân chấp nhận áp dụng trong sản xuất Trong ñó, các giống ngô ñịa phương ñáp ứng ñược ñầy ñủ các yêu cầu trên như thích nghi với ñiều kiện khó khăn, ñầu tư thấp

Vì vậy cơ sở khoa học của việc thu thập và nghiên cứu các giống ngô ñịa phương là cải thiện năng suất, các giống ngô ñịa phương thụ phấn tự do và tạo vật liệu phát triển giống ngô ưu thế lai trên nền di truyền của giống ñịa phương nhằm tạo giống ngô năng suất cao, thích nghi và chất lượng phù hợp cho người dân vùng núi canh tác nhờ nước trời ở miền núi Việt Nam

Thu thập, ñánh giá và bảo tồn giống ngô nếp ñịa phương các tỉnh miền núi Tây Bắc ñã ñược các nhà khoa học Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội thực hiện từ năm 2000 ñến T1/2009 Kết quả ñiều tra thu thập các giống ngô ở một số tỉnh miền núi phía Bắc của Vũ Văn Liết và cộng sự từ 2000 – T1/2009 ñạt ñược

276 giống ngô trong ñó có 166 mẫu giống ngô là ngô nếp Các giống thu về một phần bảo tồn, một phần làm thuần và hiện nay có khoảng 2500 mẫu giống tự phối từ S1 – S5 [7] Bộ môn cây lương thực khoa Nông học ñã thu thập ñược 10 mẫu ngô nếp tại Sơn La và 20 mẫu ngô nếp tại Cộng hòa dân chủ nhân dân Lào Kết quả của hai ñợt khảo sát cho thấy nguồn gen (giống) cây ngô tại các vùng miền núi huyện ðiện Biên nói riêng, vùng miền núi phía Bắc và miền Trung Việt Nam còn nhiều, ña dạng và phong phú Vì vậy chúng ta cần thiết phải tiến hành thu thập, bảo tồn, phân loại, ñánh giá chúng ñể phục vụ cho công tác chọn tạo giống mới, ñặc biệt là chọn tạo các giống ngô nếp lai cho các vùng trồng ngô hàng hoá, vùng ñồng bằng và các giống ngô canh tác nhờ nước trời tại các tỉnh miền núi phía Bắc và miền Trung Việt Nam

Duy trì, bảo tồn những giống ngô nếp ñịa phương chất lượng cao ñược nhiều cơ quan nghiên cứu trong nước và các nhà khoa học quan tâm PGS.TS.Trần Văn Minh, 2006 [4] ñã phục tráng và bảo tồn thành công giống ngô nếp Cồn Hến của Thừa Thiên Huế nhằm bảo vệ giống ngô nếp quý hiếm của miền Trung nước

ta, sau 5 năm nghiên cứu, tác giả và các ñồng nghiệp ñã phục tráng ñược giống

ngô nếp Cồn Hến, giữ lại ñặc ñiểm bản chất quý hiếm của nó

2.1.3 Ứng dụng của sinh học phân tử trong chọn giống ngô

Sinh học phân tử mới ra ñời nhưng nó ñã và ñang ñược ứng dụng ngày càng nhiều vào các lĩnh vực khác nhau của ñời sống xã hội, trong nghiên cứu

cơ bản, trong y tế (xác ñịnh toàn bộ trình tự gen người, sinh học phân tử còn hướng ñến giải quyết nhiều vấn ñề lớn: bệnh ung thư, sự phát triển phôi và biệt hóa mô), trong công nghiệp, nông nghiệp và ngày nay sinh học phân tử

còn ñóng góp vào một lĩnh vực mới ñó là khoa học máy tính

2.1.3.1 Ch ỉ thị PCR

Phản ứng chuỗi trùng hợp (Polymerase chain reaction – PCR) ñược Kary Mullis và cs phát minh năm 1985 Với một tiềm năng to lớn, phương pháp này ñã ñược nhanh chóng sử dụng hầu hết ở các phòng thí nghiệm trên toàn thế giới (Nair và cs., 1996) Nhờ vào việc phát hiện ra loại enzym chịu

nhiệt ñược tách từ một loại vi khuẩn suối nước nóng có tên là Thermus

aquaticus hoạt ñộng tốt nhất ở nhiệt ñộ 70-80oC, người ta ñã kết hợp ñược những tính chất cơ bản của ADN là có khả năng duỗi xoắn ở một nhiệt ñộ thích hợp, có khả năng kết cặp với những ñoạn ADN có trình tự nucleotit bổ xung với ñoạn ADN khuôn mẫu và có khả năng nhân ñôi dưới xúc tác của enzym ñặc hiệu ñể nhân bội những ñoạn ADN khuôn mẫu Sau ñó phát minh

ra máy PCR ñể có thể dễ dàng thực hiện những phản ứng nhân bội ADN

Phản ứng PCR dựa trên nguyên tắc tổng hợp ADN nhờ enzym ADN

Polymerase chịu nhiệt (Taq, Pfu ) với sự có mặt của ñoạn ADN khuôn mẫu,

ADN mồi, các nucleotit (dNTP) gồm dATP, dCTP, dGTP, dTTP và ion Mg2+

hoạt ựộng như một xúc tác Tùy theo bản chất của những ựoạn mồi sử dụng

có những hệ thống chỉ thị ựặc trưng gồm chỉ thị RAPD, SSR, AFLP

2.1.3.2 Ch ỉ thị RAPD

Loại chỉ thị này ựược sinh ra bởi phản ứng PCR, do sự nhân bội những ựoạn ADN hệ gen, sử dụng những ựoạn mồi ựơn lẻ, ngẫu nhiên (random primer) dài khoảng 10 nucletit dưới nhiệt ựộ kết cặp thấp (khoảng 37oC) (Williiams và cs., 1990) Sản phẩm của phản ứng ựược phân tách bằng ựiện di trên gel agarose, nhuộm trong ethidium bromide và quan sát dưới ựèn tắm RAPD sinh ra những chỉ thị trội bởi sự có mặt hay vắng mặt những băng ADN ựặc trưng Vì vậy không phân biệt ựược thể dị hợp tử đó là hạn chế của loại chỉ thị này so với chỉ thị ựồng trội RFLP Mặc dù vậy, chỉ thị này vẫn là một công cụ hữu hiệu trong việc lập bản ựồ những mẫu giống nhị bội, những mẫu giống cận phối hay các quần thể lai trở lại Lợi thế của loại chỉ thị này là không cần biết những thông tin về trình tự (William và cs., 1993) Chỉ thị RAPD còn có thể sử dụng trong việc ựiền vào những chỗ trống trên bản ựồ phân tử RFLP (Chang và Meyerwitz, 1991), lập bản ựồ kháng ựạo ôn ở lúa (Naqvi và cs.,1995) Chỉ thị RAPD còn có một hạn chế nữa là ựộ nhạy của RAPD bị phụ thuộc vào ựiều kiện của phản ứng, ựôi khi kết quả không lặp lại ựược, ựặc biệt là ở những cơ thể có bộ gen lớn như lúa mì

để khắc phục những hạn chế này, ựôi khi người ta nhân mẫu giống những băng RAPD ựặc hiệu, xác ựịnh trình tự của chúng rồi thiết kế những ựoạn mồi dài khoảng 20bp từ cả hai ựầu và gọi là chỉ thị SCARs (Sequence Ờ Characterized Amplified Region)

2.2 NGHIÊN CỨU VỀ NGUỒN GEN CÂY NGÔ TRÊN THẾ GIỚI

VÀ Ở VIỆT NAM

2.2.1 Nghiên cứu ựa dạng di truyền nguồn gen ngô ựịa phương trên thế giới

Ngô (Zea mays L.) nhìn chung là loài cây trồng ựược tập trung nghiên

cứu nhiều và hiệu quả Di truyền của một số tắnh trạng và bộ genome của nó

ñược biết khá rõ Một số yếu tố cho ñặc ñiểm mấu chốt của ngô trong các loài cây giao phấn là: có giá trị ña dạng di truyền và biến dị ñã ñược nhận biết trên

10 NST của nó, hỗ trợ thụ phấn ñể nhận ñược số hạt lớn hơn và hỗ trợ ñể nhận ñược con cái khác nhau Cũng ñã nhiều nhà khoa học nổi tiếng ñã cống hiến cả cuộc ñời nghiên cứu cơ bản về ngô, cũng như kết quả và hầu hết các phương pháp chọn giống ở cây giao phấn ñều ñược phát triển trên cơ sở nghiên cứu ở cây ngô Khoảng 300 biến chủng ngô ñã ñược ghi nhận ở vùng Tây Bán cầu Brieger và cs (1958) và Paterniani & Goodman (1977) ñã mô tả

và ñánh giá tiềm năng di truyền của các biến chủng ngô ở Brazil và khu vực liền kế Xấp xỉ 50% các biến chủng thích nghi với vùng thấp (0 - 1000 m), 10% ở vùng trung bình (100 - 2000m), và 40% ở vùng có ñộ cao > 2000 m

Xem xét về dạng nội nhũ có 40% là ngô bột, 30% là ngô ñá, 20% là ngô răng ngựa, 10% là ngô nổ và 3% là ngô ñường (Paterniani & Goodman, 1977) Ước tính có 100.000 mẫu nguồn gen ngô ñược duy trì trong các ngân hàng gen trên thế giới (Chang, 1992) Năm 1994 trung tâm Cải lương ngô và lúa mỳ quốc tế (CIMMYT) ñã bảo tồn gần 11.000 mẫu nguồn gen ngô trong ngân hàng gen, sau gần hai thập kỷ mẫu nguồn gen ngô ñã ñạt ñến mức 30,000 ñến 35,000 mẫu nguồn gen (Taba,1994) Mục ñích cuối cùng của ngân hàng gen là sử dụng chúng cho cải tiến di truyền của các loài trong tương lai

ða dạng di truyền và số lượng mẫu nguồn gen trong các loài hiện nay lớn nhất là ngô, nó cũng ñược sử dụng thành công và ñạt ñược mục tiêu của ngân hàng gen Các hoạt ñộng liên quan ñến nguồn tài nguyên di truyền có ñặc ñiểm chi phí cao và dài hạn, giới thiệu, trao ñổi, thu thập, ñặc ñiểm hóa, ñánh giá, tài liệu hóa và bảo tồn nguồn gen là những bước rất cần thiết ðồng thời thực hiện các hoạt ñộng phù hợp khi ñó yêu cầu ngân hàng gen duy trì các biến dị di truyền và ñảm bảo sử dụng nguồn gen hiệu quả Nguồn tài nguyên

di truyền quan trọng là phạm vi rộng Các hoạt ñộng trong ngân hàng gen ñảm bảo chất lượng theo nhu cầu của các nhà nghiên cứu trong một số lĩnh vực

Bên cạnh bảo tồn biến dị di truyền cho tương lai, còn sử dụng các mẫu nguồn gen hiện có cho những mục tiêu thực sự quan trọng khác Mặc dù vậy sử dụng nguồn tài nguyên di truyền ở mức thấp hiện nay là một hạn chế ở Brazil và các nước ñang phát triển Các yếu tố ảnh hưởng ñến sử dụng nguồn tài nguyên di truyền ở mức thấp là thiếu tài liệu hóa và mô tả mẫu nguồn gen không ñầy ñủ, thiếu những thông tin mong muốn của nhà tạo giống, mẫu nguồn gen thích ứng ở mức hạn chế và không ñủ cho chọn tạo giống cây trồng ở các nước ñang phát triển và thiếu ñánh giá nguồn gen Số hạt nguồn gen không ñủ cho chương trình nhân hạt là cản trở cho các nhà chọn giống sử dụng (Dowswell và cs,1996) Nhìn chung các nhà chọn giống hình như thỏa mãn với nguồn biến dị di truyền hiện có trong các vật liệu nông học tiến bộ (Duvick, 1984; Paterniani, 1987; Peeters & Galwey, 1988; Nass và cs, 1993) Ghi nhận của Troyer (1990) các mẫu giống thuần ưu tú ñược coi là tài nguyên

di truyền tốt nhất, bởi vì mỗi mẫu giống chứa tổ hợp các tính trạng di truyền thỏa mãn thương trường Mặc dù ña dạng ở ngô rất lớn, các nhà tạo giống tập trung vào một số biến chủng (Brown, 1975) Sáu mẫu giống thuần và những mẫu giống có liên quan ñại diện cho 70% các giống ngô ưu thế lai ở Mỹ những mẫu giống này là C103, Mo17, Oh43 và các mẫu giống dạng Lancaster (vùng Tây Bắc nước Anh) và A632, B37 và B73 (kiểu mẫu giống vùng Reid)

Sự tìm kiếm kiểu gen ưu tú về khả năng cho năng suất, kháng sâu bệnh, chống chịu bất thuận, chất lượng dinh dưỡng tốt, cứng, cạnh tranh và giá cao ðiều này giải thích tại sao các nhà tạo giống tập trung vật liệu thích nghi và cải tiến tránh bố mẹ hoang dại, giống bản ñịa, nguồn gen ngoài có sẵn trong ngân hàng gen có thể mất thời gian dài, chi phí cao, bên cạnh ñó rất khó nhận biết gen hữu ích chính là lý do sử dụng ngân hàng gen thấp Nhìn chung các giống ngô ưu thế lai thương mại hiện nay có nền tảng di truyền hẹp (Goodman, 1990) Chọn giống ngô ưu thế lai là sự cạnh tranh và xu hướng cạnh tranh ngày một tăng, bởi vậy các nhà tạo giống khai thác những mẫu

giống tự phối ưu tú, những mẫu giống này hy vọng cho kết quả năng suất ưu thế lai mong muốn trong một thời gian chọn tạo ngắn không ựi tạo nhiều vật liệu, ựó là nguyên nhân của nền di truyền hẹp của các giống ngô ưu thế lai hiện nay, chọn tạo giống ngô theo một số hướng khác nhau, các nhà tạo giống ngô cần chú trọng tạo ra nguồn vật liệu mới

Theo F J Betrán*,a, J M Ribautb, D Beckb and D Gonzalez de León, năm 2002 [23] ựã ựánh giá ựa dạng và khoảng cách di truyền giữa các mẫu

giống ngô nhiệt ựới (Zea mays L.) và tương quan giữa khoảng cách di truyền

-genetic distance (GD) và ưu thế lai xác ựịnh cho mục tiêu tạo giống ngô Nghiên cứu này là:

- đánh giá khả năng kết hợp chung và khả năng kết hợp riêng với năng suất hạt dưới môi trường bất thuận và không bất thuận

- đa dạng di truyền bằng marker phân tử restriction fragment length polymorphisms(RFLPs) của các mẫu giống ngô nhiệt ựới

- Khoảng các di truyền và phân loại các mẫu giống ngô dựa trên khoảng cách di truyền của chúng

- Tương quan giữa khoảng cách di truyền và ưu thế lai

Nghiên cứu ựa dạng di truyền ở mức ựộ phân tử cho thấy: 17 mẫu giống ngô trắng nhiệt ựới thuần có mặt trong lai diallel các mẫu giống và con lai ựã ựược ựánh giá ở 12 môi trường bất thuận và không bất thuận Biểu hiện

ưu thế lai ở môi trường hạn lớn hơn và nhỏ hơn ở ựiều kiện ựạm thấp Bộ marker ADN nhận biết 81 locus sử dụng làm chỉ thị 17 mẫu giống ngô Mức

ựộ ựa dạng di truyền cao với 4,65 allel/locus và giá trị thông tin ựa hình ở phạm vi 0,11 ựến 0,82 Vùng genome với các locus tắnh trạng số lượng (QTL) cho chịu hạn biểu hiện mức ựộ ựa dạng di truyền thấp hơn Khoảng cách di truyền trên cơ sở số liệu marker RFLP sắp xếp các mẫu giống thuần phù hợp với thế hệ phả hệ của chúng Tương quan ựược tìm thấy giữa khoảng các di

truyền và khả năng kết hợp riêng, ưu thế lai trung bình (MPH) và ưu thế lai thực (HPH) khả năng phối hợp riêng tương quan chặt với khoảng cách di truyền và tương quan chặt hơn khi ñiều kiện bất thuận

Nghiên cứu khả năng kết hợp về ngô theo Max A Glover, David B Willmot, Larry L Darrah,* Bruce E Hibbard, and Xiaoyang Zhu, 2005,[26] Phân tích Diallel các tính trạng nông học sử dụng nguồn gen ngô của Mỹ và Trung Quốc cho kết quả ña dạng di truyền hiệu ứng cộng giữa các ngô thương

mại (Zea mays L.) có thể cho ưu thế lai năng suất cao hơn và giảm bớt sự tổn

thương di truyền Nhập nguồn gen nước ngoài vào chương trình tạo giống sẽ tăng nền tảng di truyền từ các mẫu giống thuần thương mại ưu tú, 10 quần thể ngô do Trung Quốc chọn tạo và các mẫu giống thuần của Mỹ ñã ñược ñánh giá bằng phân tích diallel của Griffing về KNKH của năng suất hạt, chống ñổ, chiều

cao bắp, thời gian ra hoa và chống sâu ñục thân ngô Châu Âu (ECB; Ostrinia

nubilalis Hu¨bner) ñể ước lượng ưu thế lai của chúng khi các nguồn gen nhập nội từ Mỹ vào chương trình tạo giống KNKH chung năng suất hạt lớn nhất là quần thể Mo17 Syn.(H14) C5, một quần thể cải tiến bằng chọn lọc chu kỳ half-sib sử dụng US13 làm tester Năng suất hạt KNKH riêng lớn nhất là tổ hợp Mix

2 Trung Quốc x Mo17 Syn (H14) C5 ñổ thân hơn tổ hợp B73 x Mo17 và ñối chứng Pioneer Brand 3394 Bởi vì tiềm năng năng suất cao và ñặc tính nông sinh học khác trung bình ñến tốt của KNKH Mix 2 do Trung Quốc chọn lọc là quần thể tốt nhất KNKH riêng lớn nhất của nó ảnh hưởng với vật liệu Lancaster phổ biến trong các chương trình tạo giống, biểu hiện tiềm năng cải tiến hơn Không phát hiện chống chịu ECB ở nguồn gen Trung Quốc (2 môi trường trong 01 năm) so với ñối chứng Pioneer Brand 3184

Các nhà tạo giống ñều nhấn mạnh cần mở rộng nền di truyền nguồn gen ngô ñể ñảm bảo nhận ñược di truyền mong muốn tăng lên và hạn chế rủi

ro của nền tảng di truyền hẹp (Eberhart, 1971; Darrah và Zuber, 1986;

Mungoma và Pollak, 1988) Các giống ngô thương mại của Mỹ từ nguồn nhập nội và nguồn gen nhập nội nhiệt ựới chỉ là phần rất nhỏ khoảng dưới 1% đã có rất nhiều nghiên cứu ựánh giá và sử dụng nguồn gen nhập nội cho chuyển gen vào giống sử dụng thông thường và chuyển vào mẫu giống thuần

ưu tú của chương trình cải tiến giống ngô của các quốc gia trên thế giới Nhưng các allel có lợi từ nguồn gen nhập nội rất khó khăn vì nguồn gen nhập nội như vậy thường không thắch nghi

Ngô là cây trồng ựược thu thập, mô tả và bảo tồn rất tốt ở các trung tâm

ựa dạng di truyền Từ năm 1943, quỹ Rockefeller hợp tác với các nước Mỹ La Tinh ựã thu thập nguồn gen ngô từ những trung tâm ựa dạng chắnh, tạo cơ sở cho các tập ựoàn ngô ở Mêhicô, Colombia và Braxin Từ ựó, với sự nỗ lực của các Viện Hàn lâm khoa học quốc gia, các hội ựồng nghiên cứu ngô quốc giaẦ mà công việc thu thập ựã ựược mở rộng sang các nước Trung, Nam Mỹ và vùng ựảo Caribe Một số thành tựu bảo tồn ựa dạng nguồn gen ngô như sau:

Bảng 2.1 Các mẫu giống ngô ựược bảo tồn tại ngân hàng quỹ gen

Tên ngân hàng

quỹ gen

Số lượng mẫu

Tên ngân hàng

(Ngu ồn: Anishettty, 1988 [5])

Bên cạnh ựó, các trung tâm tài nguyên di truyền của các nước khác ở

châu Phi, châu Á và châu Âu lưu giữ một số lượng nguồn gen ngô khác nhau

2.2.2 Nghiên cứu ựa dạng di truyền nguồn gen ngô ựịa phương ở Việt Nam

Công tác ựiều tra, thu thập nguồn vật liệu ngô ựịa phương ựã ựược bắt ựầu tiến hành từ những năm 60 Các tác giả chủ yếu thu thập mẫu, phân loại thực vật theo từng vùng lẻ tẻ Vì vậy chưa thể ựánh giá một cách tổng quát, khách quan và khoa học về ựa dạng di truyền ngô Việt Nam Tuy nhiên có thể thấy sự thống nhất giữa các nhà nghiên cứu là: Ngô ựịa phương Việt Nam tập trung chủ yếu ở hai loài phụ chắnh là ựá rắn (Zea mayz L Indurata Sturt.) và ngô nếp (Zea mayz L Ceratina Kulesh) đáng tiếc là mẫu ựó không ựược bảo tồn ựến ngày nay

Trong tập ựoàn của Viện nghiên cứu ngô ngày nay ựang bảo tồn 470 mẫu giống thụ phấn tự do và trên 3000 mẫu giống tự phối từ S6 trở lên Trong

số các mẫu thụ phấn tự do thì nguồn nhập nội chắnh là (239), chủ yếu thu nhận từ CIMMYT, Thái Lan, Cuba, Nhật BảnẦNguồn vật liệu ựịa phương là

150, còn lại là các quần thể tự tạo theo chương trình chọn giống

2.2.3 Nghiên cứu chọn tạo các giống ngô

Do nhu cầu giống ngô nếp cần nhiều, hiện nay tại các viện nghiên cứu, trường ựại học nhiều nhà nghiên cứu ựã tập trung vào việc tạo mẫu giống, lai tạo thử nghiệm các giống ngô nếp lai

- Nhóm nghiên cứu truờng ựại học Nông nghiệp trong giai ựoạn

2003-2005, ựược sự hỗ trợ của ựề tài chọn tạo các giống ngô ựường, ngô nếp phục

vụ sản xuất (đề tài cấp bộ, mã số B- 2004 - 32 - 89) Nhóm nghiên cứu ựã lai thử khả năng kết hợp của 50 tổ hợp lai, từ kết quả lai tạo ựã chọn ựược các tổ hợp ngô nếp lai ưu tú : N8 x N11, N4 x N8, N11 x N14 và N2 x N12 Các tổ hợp lai có các ựặc ựiểm tốt nhất: Thời gian sinh trưởng ngắn, trồng thử lấy bắp luộc khoảng 75 - 80 ngày, thu lấy hạt từ 95 - 105 ngày Các tổ hợp ngô

nếp lai có màu hạt trắng, dẻo, ăn ngon, năng suất hạt ựạt 40 - 45 tạ/ha cao hơn giống ngô nếp tổng hợp VN2 một cách chắc chắn

- Tại viện Nghiên cứu ngô các nhà chọn tạo giống ựã chọn ựuợc một

số tổ hợp ngô nếp lai ưu tú làm nguyên liệu chọn tạo giống ngô nếp lai trong thời gian tới

2.2.4 Sử dụng nguồn gen cây ngô

Nguồn gen cây ngô ựịa phương Việt Nam ựược sử dụng ắt trong công tác chọn tạo giống, ngoài một số giống tốt, ựặc biệt là một số giống ngô nếp,

ở một số ựịa phương vẫn ựược nông dân gieo trồng Một số giống thụ phấn tự

do sử dụng một vài vật liệu ựịa phương, ựặc biệt lợi dụng tắnh ngắn ngày Một

số nhà chọn tạo giống có sử dụng vật liệu ựịa phương trong việc phát triển các vốn gen (gene pools) ựể làm vật liệu rút mẫu giống

Công tác tạo mẫu giống thuần từ các giống ngô ựịa phương trong chương trình ngô lai còn rất hạn chế do phần lớn các giống ựịa phương có năng suất thấp, suy giảm do tự phối rất mạnh, khả năng kết hợp thấp

Mặt khác nhu cầu sử dụng về ngô nếp ngoài sản xuất còn rất lớn Theo tác giả Phan Xuân Hào (Viện nghiên cứu ngô) hàng năm các công ty sản xuất hạt giống lớn nhất công ty cổ phần giống cây trồng miền Nam, công ty Lương nông, công ty Nông tắn, công ty cổ phần giống cây trồng Trung ương cung cấp cho thị trường khoảng 1500 tấn giống, trong ựó chủ yếu là các giống thụ phấn tự do, một số giống ngô nếp lai nhập vào Việt Nam giá bán rất cao Chẳng hạn, ngô nếp Wax 44 của công ty Syngenta và giống 286 của công ty đông Tây giá bán tới 140.000 ựến 160.000 ự/kg hạt giống Tuy nhiên do hiệu quả kinh tế cao nên vẫn ựược người sản xuất chấp nhận Có thể nhận thấy một

xu hướng mới trong chọn giống ngô của Việt Nam là mở rộng phạm vi chọn giống, tập trung vào chọn tạo một số giống ngô thực phẩm như ngô ựường, ngô nếp, ngô rau làm ựa dạng thị trường giống, ựiều này giúp tăng hiệu quả sản xuất ngô và ựáp ứng ựược các ựòi hỏi của nền kinh tế Bên cạnh việc chọn

giống mới, nghiên cứu quy trình sản xuất hạt giống, giảm giá bán giống ngô, tăng tỉ trọng ngô lai Việt Nam là một trong các nghiên cứu cần ñược ưu tiên

2.2.5 Xói mòn nguồn gen

Do ảnh hưởng của chiến tranh, thiên tai như lũ lụt, hạn hán và do khai thác bừa bãi và một phần bị lạm dụng bởi các tổ chức và cá nhân nước ngoài, hàng năm có khoảng 300 - 400 giống tại các ñịa phương có nguy cơ cao bị xói mòn nguồn gen, trong ñó có nhiều giống ñịa phương quí hiếm (ví dụ: năm

1996 số loài bị ñe doạ mất là 356, năm 2003 ñã là 450) Nhiều giống lúa quí của Việt Nam có giá trị rất cao trong việc lai tạo giống lúa thơm thương mại hiện nay không thể tìm thấy tại Việt Nam mà chúng ñã thuộc quyền sở hữu của một số quốc gia khác Một ví dụ về sự mất mát nguồn gen theo Averyanov et

al (2003), Trần Thị Hoà (2007) về khai thác kiệt loài lan quí Paphiopedilum hangianum thuộc chi lan hài, ñến năm 2001, sau 2 năm thu mua bùng nổ tất cả các quần thể ñược biết hầu như bị tuyệt diệt ngoài thiên nhiên

Từ những thông tin phân tích cho thấy tài nguyên di truyền thực vật ở Việt Nam ñã và ñang bị suy giảm nghiêm trọng do tác ñộng của các yếu tố kinh tế, yếu tố văn hoá, xã hội và yếu tố sinh học Các yếu tố chính bao gồm:

- Áp lực tăng dân số, và nghèo ñói;

- Tàn phá hệ sinh thái bao gồm nạn phá rừng và khai thác rừng không hợp lý dẫn ñến thoái hoá ñất, mất hệ thống canh tác truyền thống dẫn ñến mất dần cây trồng bản ñịa;

- Sử dụng giống mới năng suất cao làm thay ñổi cơ cấu giống cây trồng, du nhập các loài ngoại lai

- Thiên tai, sâu bệnh và các ñiều kiện ngoại cảnh bất lợi;

- Môi trường thay ñổi dưới áp lực của công nghiệp hoá, ñô thị hoá, tăng mạnh sử dụng phân hoá học và thuốc trừ sâu;

- Kinh tế thị trường;

- Nhận thức về bảo tồn của các bên liên quan yếu, quản lý lỏng lẻo, không chặt chẽ

Tất cả những vấn ñề nêu trên cho thấy biện pháp tổ chức và quản lý hợp lý nhiệm vụ bảo tồn ñể phục vụ cho khai thác, sử dụng có hiệu quả tài nguyên cây nông nghiệp là nhiệm vụ khoa học cấp bách của nước ta hiện nay

Theo TS K Riley và TS V.R.Rao, giám ñốc khu vực và là nghiên cứu viên của Viện tài nguyên di truyền thực vật quốc tế, 1996 cho rằng: ñể nâng cao năng suất nông nghiệp là nhiệm vụ quan trọng của nhiều quốc gia, các chương trình chọn tạo giống quốc gia thường thắng lợi trong cải tiến sản xuất thông qua việc lựa chọn và ñưa ra nhiều giống nhập nội năng suất cao (HYV)

và thích nghi rộng với các vùng thâm canh trong nước Tuy nhiên, ngân hàng gen hoặc chương trình quỹ gen quốc gia trong mỗi nước vẫn chưa quan tâm, ñẩy mạnh công tác thu thập và bảo tồn tài nguyên di truyền thực vật trong nước [17]

Theo GS.PTS Nguyễn ðăng Khôi, Viện khoa học kỹ thuật nông nghiệp Việt Nam, 1996 các tiến bộ trong nền nông nghiệp hiện ñại thâm canh tăng năng suất Sự ña dạng di truyền trong các loài, ñược thể hiện ở vô số các giống cây trồng từ bao ñời nay, ñã và ñang bị mai một một cách hết sức quan trọng Hàng loạt các giống cổ truyền thích nghi với ñiều kiện khí hậu và ñất ñai ñịa phương ñã bị thay thế nhường chỗ cho các giống mới năng suất cao,

có nơi diện tích giống mới lên ñến 100% [18] Trong khi ñó chúng ta chưa có

kế hoạch cho công tác bảo tồn các giống bản ñịa vốn ñã ñược gieo trồng từ lâu ñời

Mặc dầu, nguồn gen ngô ñã ñược thu thập, bảo tồn khá phong phú và

an toàn Tuy nhiên, sự xói mòn nguồn gen cũng ñang diễn ra từng ngày ñặc biệt là từ khi các giống ngô lai năng suất cao xuất hiện ðể phục vụ tốt hơn nữa nguồn vật liệu cho công tác chọn tạo giống ngô mới và ñảm bảo ña dạng

di truyền thì việc ñiều tra, thu thập, ñánh giá, bảo tồn các giống ngô ñịa

phương hiện nay là rất cần thiết ðặc biệt là các giống ngô nhiều bắp, bắp to, chống chịu với sâu, bệnh, và ñiều kiện bất thuận của môi trường…Việc bảo tồn nguồn gen phải ñược thực hiện bằng nhiều phương thức như “in situ”, “ex situ”, và bảo tồn trên ñồng ruộng (On farm cosevation).[5]

2.3 TÌNH HÌNH SẢN XUẤT, TIÊU THỤ NGÔ TRÊN THẾ GIỚI VÀ

Ở VIỆT NAM

2.3.1 Tình hình sản xuất và tiêu thụ ngô trên thế giới

Ngô cùng với lúa mỳ và lúa nước là ba cây lương thực quan trọng nhất trên thế giới Vào cuối thế kỷ XX, ngô vẫn còn kém hai cây lúa mỳ và lúa nước cả về diện tích và sản lượng Có thể nói rằng ngô là cây có tiềm năng năng suất lớn nhất trong ba cây lương thực quan trọng nhất Thực vậy năng suất trung bình trên toàn thế giới của ngô tính cho ñến năm 2008 là 49 (tạ/ha) Trong khi ñó năng suất bình quân của lúa mì là 28 tạ/ha và lúa nước là 41 tạ/ha (FAOSTAT.2009)

Bảng 2.2 Diện tích, năng suất, sản lượng ngô, 1961- 2008

(1000ha)

Năng suất (tấn/ha)

Sản lượng (1000ha)

(Ngu ồn: FAOSTAT, USDA)

Theo dự báo của Viện Nghiên cứu Chương trình Lương thực thế giới vào năm 2020 tổng nhu cầu ngô thế giới là 852 triệu tấn trong ñó 15% dùng làm lương thực, 69% dùng làm thức ăn chăn nuôi, 16% dùng làm nguyên liệu cho công nghiệp Ở các nước phát triển dùng 5% làm lương thực, các nước

ñang phát triển 22% làm lương thực (IFPRI, 2003)

- Sản lượng ngô của Braxin năm 2008/09 dự báo ñạt 49,50 triệu tấn, ñiều chỉnh giảm 2,0 triệu tấn (3,88%) so với dự báo hồi tháng 1/2009 và giảm 9,10 triệu tấn (15,53%) so với sản lượng 58,60 triệu tấn của năm 2007/08 do ảnh hưởng của hạn hán Diện tích thu hoạch ngô năm 2008/09 dự báo ñạt 14,20 triệu ha, giảm 500 ngàn ha so với năm 2007/08 với năng suất sẽ ñạt 3,49 tấn/ha so với 3,99 tấn/ha của năm 2007/08 Năng suất giảm do hạn hán

cả ở miền Bắc và miền Nam Braxin (WAP, Feb 2009)

- Sản lượng ngô của Achentina năm 2008/09 dự báo ñạt 13,5 triệu tấn, ñiều chỉnh giảm 3,0 triệu tấn (18,18%) so với dự báo hồi tháng 1/2009 và giảm 7,35 triệu tấn (35,25%) so với sản lượng 20,85 triệu tấn của năm 2007/08 do hạn hán Diện tích thu hoạch ngô dự báo ñạt 2,25 triệu ha trong năm 2008/09, giảm mạnh so với 3,26 triệu ha của năm 2007/08; năng suất ngô

sẽ ñạt 6,00 tấn/ha, giảm so với 6,40 tấn/ha của năm 2007/08 Khô hạn và nhiệt ñộ cao vẫn tiếp tục diễn ra ở các giai ñoạn sinh trưởng chủ yếu khiến dự

báo năng suất và sản lượng giảm (WAP, Feb 2009) Mỹ ñã giảm từ mức 359

triệu tấn năm 2007 xuống còn 344 triệu tấn năm 2008 Lượng ngô xuất khẩu của Mỹ cũng giảm tương ứng từ 69 triệu tấn xuống 43,8 triệu tấn [19]

2.3.2 Tình hình sản xuất và tiêu thụ ngô ở Việt Nam

Cây ngô ñược ñưa vào Việt Nam từ cuối thế kỷ 17 (Nguyễn Hữu Tình và

cs, 1999) và ñã trở thành cây lương thực quan trọng thứ 2 sau lúa nước Song với

kỹ thuật canh tác lạc hậu và chủ yếu trồng các giống ngô ñịa phương, năng suất thấp nên ñến những năm 1980 vẫn chỉ ñạt khoảng 1 tấn/ha.Từ giữa những năm

1980 thông qua sự hợp tác với Trung tâm Cải lương lúa mỳ quốc tế (CIMMYT) nhiều giống ngô cải tiến ñã ñược trồng ở nước ta như VM1, HSB1, TH2A …ñã ñưa năng suất trung bình của nước ta lên 1,5 tạ/ha vào ñầu nhưng năm 1990 Ngành sản xuất ngô nước ta thực sự có những bước ñột phá khi chương trình phát triển giống lai thành công Sau những thành công trong việc chọn tạo các giống lai

không quy ước như LS-3, LS-5, LS-6, LS-7…Các giống này có năng suất 3-7 tấn/ha ñã ñược mở rộng nhanh chóng trên phạm vi toàn quốc

Tiếp ñến là những thành công trong công tác nghiên cứu giống lai quy ước, trong một thời gian ngắn các nhà nghiên cứu ngô Việt Nam ñã tạo ra hàng loạt các giống tốt cho năng suất cao từ 7-10 tấn/ha như: LVN10 LVN4, LVN17, LVN25, LVN99…Các giống này không thua kém các giống của công ty giống nước ngoài

về cả năng suất và chất lượng

Bảng 2.3 Tình hình sản xuất ngô Việt Nam giai ñoạn 1961 – 2008 Năm 1961 1975 1990 1994 2000 2005 2007 2008 Diện tích

(1000 ha) 229,20 267,0 432,0 534,6 730,2 1052,6 1072,8 1139,8 Sản lượng

(1000 tấn) 260,10 280,60 671,0 1143,9 2005,9 3787,1 4250,9 4530,9 Năng suất

(tạ/ha) 11,4 10,5 15,5 21,4 25,1 36,0 39,6 39,8

Ngu ồn: Tổng cục thống kê (ñến 2005), Bộ NN&PTNT (2008)[17]

Theo ước tính năm 1991 diện tích trồng giống ngô lai chưa ñến 1% trên hơn 400 nghìn ha trồng ngô, ñến năm 2007 giống lai ñã chiếm khoảng 95% trong

số hơn 1 triệu ha Năm 1994 sản lượng ngô Việt nam vượt ngưỡng 1 triệu tấn, năm 2000 vượt ngưỡng 2 triệu tấn , năm 2007 có diện tích, năng suất và sản lượng cao nhất từ trước tới nay: diện tích 1.072.800, năng suất 39.6 tạ/ha, sản lượng vượt ngưỡng 4 triệu tấn ðây là một tốc ñộ nhanh trong lịch sử phát triển ngô lai và Châu Á góp phần ñưa nghề trồng ngô của nước ta ñứng trong hàng ngũ những nước tiên tiến về sản suất ngô lai ở Châu Á Năm 1961, năng suất ngô nước ta bằng 58% trung bình thế giới (11,2/19,4 tạ/ha) Nhưng 20 năm sau ñó, trong khi năng suất ngô thế giới tăng liên tục thì năng suất của ta lại giảm,

và vào năm 1979 chỉ còn bằng 29% so với trung bình thế giới (9,9/33,9

tạ/ha).Tuy nhiên, từ năm 1980 ñến nay, năng suất ngô nước ta tăng nhanh liên tục với tốc ñộ cao hơn trung bình thế giới, nhờ có chính sách khuyến khích và nhiều tiến bộ kỹ thuật, cây ngô ñã có những bước tiến về diện tích, năng suất và sản lượng Năm 1980, bằng 34% so với trung bình thế giới (11/32 tạ/ha); năm 1990 bằng 42% (15,5/37 tạ/ha); năm 2000 bằng 60% (25/42 tạ/ha); năm 2005 bằng 73% (36/49 tạ/ha) và năm 2007 ñã ñạt 81,0% (39,6/49 tạ/ha) Năm 2008 diện tích ngô cả nước là 1139,8 nghìn ha tăng 4,5 lần so với năm 1961, sản lượng ngô ñạt 4530,9 nghìn tấn và năng suất ñạt trung bình 39,8 tạ/ha tăng 3,5 lần so với năm 1961 Hiện nay thị phần giống ngô lai của Việt Nam chiếm khoảng 60%, chủ yếu là giống ngô lai ñơn, áp dụng vào sản xuất ở tất cả các vùng sinh thái trong cả nước Các giống dài ngày như: LVN10, HQ2000, LVN98,…Các giống trung ngày: LVN4, LVN12, LVN17, VN8960,…Các giống ngắn ngày: LVN9, LVN20, LVN24, LVN25, LVN99, VN98-

1, LVN145, LVN885, LVN23 (ngô rau)…(Nguyễn Thị Nhài, 2005)[ 3]

3 đỐI TƯỢNG, đỊA đIỂM, NỘI DUNG VÀ

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1 Vật liệu, ựịa ựiểm và thời gian nghiên cứu

3.1.1 Vật liệu nghiên cứu

Nguồn vật liệu nghiên cứu trong các thắ nghiệm là 59 mẫu giống ngô, trong ựó có 27 mẫu giống ngô tẻ và 32 mẫu giống ngô nếp có nguồn gốc ựịa phương từ các tỉnh miền núi phắa Bắc

Vật liệu ựược sử dụng trong thắ nghiệm là nguồn gen ựược thu thập từ một số tỉnh miền núi phắa Bắc: Bắc Kạn, Hà Giang, điện Biên, Cao Bằng, Tuyên Quang và Hòa Bình

Các mẫu giống thu thập ựược là các bắp ngô ựược bảo quản và ựánh số thứ tự theo ký hiệu giống và ựược bảo quản tại Trường đại học Nông nghiệp

Hà Nội

Các mẫu giống tham gia thắ nghiệm ựánh giá sự ựa dạng di truyền của một số mẫu giống ngô ựiển hình bằng phân tắch ADN qua nhân bản ngẫu nhiên PCR - RAPD bao gồm 20 mẫu giống ngô tẻ và 32 mẫu giống ngô nếp ựược chọn từ tập ựoàn nghiên cứu

3.1.2 địa ựiểm nghiên cứu

địa ựiểm thu thập nguồn gen ở một số tỉnh miền núi phắa Bắc: Bắc Kạn, Hà Giang, điện Biên, Cao Bằng và Hòa Bình

Thắ nghiệm ựánh giá sự ựa dạng di truyền của các mẫu giống ựược tiến hành tại Trường ựại học Nông nghiệp Hà Nội

3.1.3 Thời gian nghiên cứu

đề tài thực hiện thu thập từ tháng 8/2008 Ờ 1/2009

đánh giá nguồn gen từ tháng 1 năm 2009 ựến tháng 6 năm 2009

Phân tắch, phân loại tháng 7 - 8 năm 2009

3.2 Nội dung nghiên cứu

3.2.1 Thu thập, ựánh giá tập ựoàn mẫu giống từ nguồn ựịa phương

- Thu thập nguồn gen ngô ựịa phương;

- Thu thập tập ựoàn công tác mẫu giống ngô từ nguồn ựịa phương miền Bắc Việt Nam

- đánh giá nguồn gen ngô ựịa phương;

- đánh giá ựặc ựiểm thực vật học của các mẫu giống;

- đánh giá ựặc ựiểm sinh trưởng, phát triển của các mẫu giống;

- Khả năng chống chịu của các mẫu giống;

- đánh giá khả năng cho năng suất và chất lượng ngô của các mẫu giống

3.2.2 đánh giá mức ựộ ựa dạng di truyền của tập ựoàn nghiên cứu

- Phân nhóm theo hướng sử dụng;

- Phân tắch ựánh giá ựa dạng di truyền dựa trên ựặc ựiểm kiểu hình của các mẫu giống ngô nếp và ngô tẻ ựịa phương trong tập ựoàn;

- Khảo sát sự ựa dạng di truyền của các mẫu giống ựiển hình bằng phân tắch ADN qua nhân bản ngẫu nhiên PCR - RAPD

3.3 Phương pháp nghiên cứu

3.3.1 Phương pháp thu thập và ựánh giá nguồn gen

- Thu thập và ựánh giá nguồn gen ngô thực hiện theo IPGRI (2001) [27],

[28], [29], và theo Giáo trình chọn giống cây trồng (2005)

- Thắ nghiệm tập ựoàn bố trắ tuần tự trên ựất phù sa cổ sông Hồng không ựược bồi hàng năm , diện tắch ô thắ nghiệm 10m2

- Thu thập theo ựịa danh, dân tộc và ựịa hình

Các loại dữ liệu trong quá trình thu thập mẫu nguồn gen của cây trồng ựịa phương theo Moss và Guarino, 1995

3.3.2 Phương pháp ựánh giá mức ựộ ựa dạng di truyền của tập ựoàn

- Phân tắch mức ựộ ựa dạng di truyền dựa trên khoảng cách ơ clit giữa

hai cá thể i và j, có giá trị quan sát trên các ựặc ựiểm hình thái (p) biểu thị

bằng các giá trị x1, x2, , xp và y1, y2, , yp cho i và j, có thể tính bằng công

thức sau:

d (i,j) = [(x 1 -y 1 ) 2 + ( x 2 – y 2 ) 2 +……(x p - y p ) 2 ] 1/2

- Phân tích ña dạng di truyền dựa trên ñặc ñiểm kiểu hình với 16 tính trạng, phân nhóm nguồn vật liệu theo mô hình thống kê sinh học dựa trên kiểu hình của Mahananobis (1928) [32], bằng chương trình NTSYS pc 2.1 [31 ]

3.3.3 Phương pháp ñánh giá ña dạng di truyền bằng marker phân tử

3.3.3.1 Các m ồi RAPD sử dụng trong nghiên cứu

Mồi bao gồm 10 mồi RAPD ñã ñược các tác giả trên thế giới nghiên cứu và sử dụng ñể phân loại cũng như xác ñịnh ña dạng di truyền của ngô Danh sách và trình tự các mồi ñược trình bày ở bảng 3.1

Bảng 3.1 Các mồi RAPD dùng ñể ñánh giá ña dạng di truyền

3.3.3.2 Chi ết tách ADN ngô

Phương pháp tách chiết ADN có sử dụng CTAB (Doyle, 1989) ñể tách chiết ADN tổng số, có cải tiến, gồm các bước sau:

Lá của các giống ngô nghiên cứu ñược lấy vào sáng sớm là lúc nồng ñộ ñường và tinh bột trong lá thấp, các enzyme hoạt ñộng ít là ñiều kiện tốt ñể tách chiết ADN

Taq ADN polymerse 0,1µl

ADN khuân mẫu 1µl

Bổ sung nước cất khử trùng loại ion với thể tích cuối cùng là 20µl

Phản ứng ñược chạy với chu trình nhiệt của từng mồi như sau:

Bảng 3.2 Chu trình nhiệt cho từng mồi phản ứng

Giai ñoạn Nhiệt ñộ ( O C) Thời gian Tác dụng Số chu kỳ

3.3.3.4 Ph ương pháp ñiện di trên gel agarose

ðiện di sản phẩm PCR trên Agarose 2,0 %, cách tiến hành như sau:

- Cân 2g Agarose, ñong 100ml TAE 1x cho vào bình tam giác

- ðun trên lò vi sóng cho ñến khi tạo thành 1 dung dịch ñồng nhất

- ðể nguội ñến khi 60OC, chuẩn bị khay và lược ðổ agarose vào khay

sao cho không có bọt khắ Chờ gel ựông lại trong khoảng 30-40 phút Sau ựó chuyển khuôn agarose vào bể ựiện di cho ựệm chạy TAE 1X vào bể ựiện di sao cho ựệm ngập khuông agarose khoảng 2mm, rút lược ra

- Tra sản phẩm PCR: Tùy theo lượng sản phẩm PCR ta trộn với 2ộl Loading dye, tra vào giếng

- điện di với nguồn khoảng 65 - 75 V thời gian chạy khoảng 2 - 3 giờ

- Sau khi chạy xong mẫu ựược ựem ựi nhuộm với Ethidium Bromide trên máy lắc

- Sau ựó ựem ựi chụp ảnh, quan sát, phân tắch

3.3.4 Các chỉ tiêu theo dõi

Các chỉ tiêu ựược ựánh giá theo sự hướng dẫn, ựánh giá và thu thập số liệu ở các thắ nghiệm so sánh giống ngô của CIMMYT

3.3.4.1 Th ời gian sinh trưởng

- Ngày mọc: từ khi gieo ựến khi nhú lên khỏi mặt ựất (50% cây mọc);

- Ngày tung phấn: là ngày có 70% số cây tung phấn trong công thức;

- Ngày phun râu: là ngày có 70% số cây phun râu trong công thức;

- Ngày chắn sinh lý: Là ngày khi toàn bộ bắp của công thức xuất hiện ựiểm ựen ở chân hạt

3.3.4.2 Các ch ỉ tiêu về hình thái cây

- Chiều cao cây cuối cùng ựược ựo từ mặt ựất ựến phân nhánh cờ ựầu tiên (cm)

- Số lá ựược tắnh từ lá mầm cho ựến lá dưới cờ, ựể ựếm chắnh xác các lá thứ 5 và lá thứ 10 ựược ựánh dấu theo dõi một tuần một lần

- Chiều cao ựóng bắp ựược ựo từ mặt ựất ựến ựốt lóng bắp trên cùng (cm)

- Chiều dài bông cờ ựược ựo từ ựốt có nhánh cờ ựầu tiên ựến ựiểm mút của nhánh cờ (cm), khả năng cho phấn của mẫu giống

- Trạng thái cây: đánh giá sự sinh trưởng, mức ựộ ựồng ựều về chiều

cao cây, chiều cao ñóng bắp, kích thước bắp, sâu bệnh các cây trong ô vào giai ñoạn chín sáp ñánh giá theo thang ñiểm 1 - 5 (1: tốt; 2: khá; 3: trung bình; 4: kém; 5: rất kém)

- ðộ che phủ lá bi quan sát các cây trong ô ở giai ñoạn chín sáp cho theo thang ñiểm 1 – 5

+ 1: Rất kín (lá bi kín ñầu bắp và vượt khỏi bắp)

+ 2: Kín ( lá bi bao kín ñầu bắp)

+ 3: Hơi hở (lá bi bao không chặt ñầu bắp)

+ 4: Hở ( Lá bi không che kín bắp ñể hở ñầu bắp)

+ 5: Rất hở (Bao bắp rất kém ñầu bắp hở nhiêu)

- Chiều dài bắp ñược ño từ ñáy bắp ñến mút bắp (cm)

- ðường kính bắp (không kể lá bi) ñược ño ở giữa bắp (cm)

- Số bắp trên cây = tổng số bắp trong ô/tổng số cây trên ô

3.3.4.3 Các y ếu tố cấu thành năng suất

- Số hàng hạt/bắp: một hàng hạt ñược tính khi có 50% số hạt so với hàng dài nhất

- Số hạt/hàng: ñược ñếm theo hàng hạt có chiều dài trung bình trên bắp

- Tỷ lệ khối lượng hạt/khối lượng bắp không có lá bi (%) Tính tỷ lệ khối lượng hạt ở ñộ ẩm 14% trên khối lượng bắp tươi

- Dạng hạt, màu sắc hạt: quan sát lúc thu hoạch

- Khối lượng 1000 hạt (g) ở ñộ ẩm 14% ñược tính bằng cách: cân hai mẫu, mỗi mẫu 500 hạt nếu ñộ chênh lệch giữa các mẫu nhỏ hơn 5% là chấp nhận ñược

- Số bắp/cây ñược tính bằng cách ñếm số bắp và số cây thu hoạch trong

ô thí nghiệm rồi sau ñó tính số bắp/cây

- ðộ ẩm lúc thu hoạch ñược ño lúc thu hoạch = máy ño ñộ ẩm: KETT Grainer PM.300 (%)

- Năng suất thực thu Y (tạ/ha) ở ựộ ẩm 14% tắnh theo công thức:

Y (tạ/ha) = P(A) x [tỷ lệ hạt/bắp tươi] x [(100 Ờ A)/86] x 100S o ]

Trong ựó:

P(A): Số kg bắp tươi/ô A: độ ẩm hạt lúc thu hoạch (%)

So Diện tắch ô thắ nghiệm (m2)

Tỷ lệ hạt/ bắp tươi ựược tắnh trên 10 bắp

- Năng suất lý thuyết (tạ/ha) tắnh theo công thức:

NSLT (tạ/ha) = [(số h/b) x (h/h) x P 1000 x tỷ lệ bắp hữu hiệu x 57000] /10 8

- Màu sắc thân; Màu sắc lá; Màu sắc cờ; Màu sắc hạt; Màu sắc lõi

3.3.4.5 đánh giá khả năng chống chịu sâu bệnh và các yếu tố ngoại cảnh

Việc ựánh giá khả năng chống chịu ựược thực hiện trong ựiều kiện tự nhiên

và chỉ những sâu bệnh quan trọng gây ảnh hưởng lớn ựến năng suất ựược theo dõi:

- Sâu ựục thân (Ostrinia furnacalis) (ựiểm) ựược tắnh theo thang ựiểm + 1: <5% số cây, số bắp bị sâu

+ 4: Trung bình (Số lượng rệp lớn, không thể nhận ra các quần tụ rệp) + 5: Nặng (Số lượng rệp lớn, ñông ñặc, lá và cờ kín rệp)

- Bệnh khô vằn (Rhizoctnia solanif.sp.sasaki) ñược tính bằng:

Tỷ lệ cây bị bệnh (%) = (Số cây bị bệnh/tổng số cây ñiều tra) x 100%

- Bệnh ñốm lá lớn và ñốm lá nhỏ (ñiểm) tính tỷ lệ diện tích lá bị bệnh + 1: Rất nhẹ (1 – 10%)

3.3.5 Phương pháp phân tích và xử lý số liệu

Các số liệu ñược phân tích theo phương pháp thống kê sinh học, sử dụng các phần mềm xử lý thống kê nông nghiệp:

- IRRISTAT 5.0 [9]: phần mềm xử lý thống kê nông nghiệp của Viện Lúa quốc tế IRRI - Philippin;

- NTSYS pc 2.1 [32]: phần mềm phân tích mức tương ñồng di truyền

và khoảng cách di truyền: phân nhóm theo các mô hình thống kê sinh học từ các ñặc ñiểm hình thái dựa trên phương pháp của Mahananobis (1928)