Luận văn thạc sĩ đánh giá khả năng kết hợp của một số dòng ngô thuần phục vụ công tác chọn tạo giống ngô lai chịu hạn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM ---*--- VŨ HOÀI SƠN ðÁNH GIÁ KHẢ NĂNG KẾT HỢP CỦA MỘT SỐ DÒNG NGÔ THUẦN PHỤC VỤ CÔNG TÁC CHỌN TẠO GIỐN

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

-* -

VŨ HOÀI SƠN

ðÁNH GIÁ KHẢ NĂNG KẾT HỢP CỦA MỘT SỐ DÒNG NGÔ THUẦN PHỤC VỤ CÔNG TÁC CHỌN

TẠO GIỐNG NGÔ LAI CHỊU HẠN

LUẬN VĂN THẠC SỸ NÔNG NGHIỆP

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp i

LỜI CAM ðOAN

Tôi xin cam ñoan ñây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các số liệu

và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và chưa hề ñược sử dụng trong bất kỳ công trình nào khác Mọi sự giúp ñỡ cho việc thực hiện luận văn này ñã ñược cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn này ñã ñược chỉ

rõ nguồn gốc

Ngày … tháng năm 2010

Tác giả luận văn

Vũ Hoài Sơn

Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ii

LỜI CẢM ƠN

Trong thời gian học tập và thực hiện luận văn tốt nghiệp tôi ựã ựược sự quan tâm, giúp ựỡ và sự giảng dạy nhiệt tình của thầy cô giáo, Ban lãnh ựạo và tập thể cán bộ phòng đào tạo Sau đại học - Viện Khoa học Kỹ thuật Nông nghiệp Việt Nam trong suốt thời gian tham gia học tập khoá cao học 17

Trước tiên tôi xin trân trọng cảm ơn tới Ban lãnh ựạo Viện Nghiên cứu Ngô ựã quan tâm, tạo mọi ựiều kiện thuận lợi cho tôi học tập và nghiên cứu ựể hoàn thành luận văn

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy hướng dẫn khoa học, TS Lương Văn Vàng, ựã quan tâm, giúp ựỡ và ân cần chỉ bảo ựể tôi học tập tốt và

hoàn thành luận văn

Tôi xin cảm ơn sự ựộng viên và giúp ựỡ quý báu của ựồng nghiệp Tổ Tạo giống 3 Ờ Bộ môn Chọn tạo giống ngô, ựã tạo ựiều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình học tập nghiên cứu

Tôi cũng xin chân thành cảm ơn sự giúp ựỡ của Ban lãnh ựạo các phòng

ban, các bạn ựồng nghiệp và cá nhân ThS Vũ Văn Dũng ở Trung Tâm NC &

SX Giống Ngô Sông Bôi ựã tạo mọi ựiều kiện giúp ựỡ nhiệt tình trong thời gian thực hiện ựề tài

Cuối cùng, tôi xin ựược cảm ơn những người thân trong gia ựình, các thầy

cô giáo, các cô chú, các anh chị và bạn bè ựồng nghiệp ựã ựộng viên và tạo mọi ựiều kiện thuận lợi giúp tôi hoàn thành luận văn này

Học viên

Vũ Hoài Sơn

3 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của ñề tài 3

CHƯƠNG I

CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA ðỀ TÀI VÀ TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1.1 Khái niệm bất thuận phi sinh học ñối với sản xuất ngô 5 1.1.2 Nhu cầu nước của cây ngô qua các giai ñoạn sinh trưởng,

1.2.2 Khả năng kết hợp và ñánh giá khả năng kết hợp 9 1.3 Tình hình nghiên cứu, chọn tạo giống ngô chịu hạn trên

1.3.1 Tình hình nghiên cứu, chọn tạo giống ngô chịu hạn trên

CHƯƠNG III KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.1 đánh giá ựặc ựiểm nông sinh học của các dòng 34

3.1.1 Thời gian sinh trưởng và ựặc ựiểm hình thái của các dòng 34 3.1.2 Các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của các dòng 38 3.1.3 Khả năng chống chịu với một số sâu bệnh chắnh và khả

3.2 Kết quả ựánh giá khả năng chịu hạn của các dòng nghiên

cứu

46

3.2.1 Kết quả ựánh giá khả năng chịu hạn của các dòng nghiên

3.2.2 Kết quả ựánh giá khả năng chịu hạn của các dòng nghiên

3.3.1 đặc ựiểm hình thái và thời gian sinh trưởng của các tổ hợp

3.3.2 Năng suất và Các yếu tố cấu thành năng suất của các tổ

3.4 Kết quả phân tích khả năng kết hợp của các dòng trong các

3.5 Kết quả thử nghiệm khả năng chịu hạn của các tổ hợp lai

triển vọng trong nhà lưới có mái che và ngoài ñồng ruộng 69 3.5.1 Kết quả ñánh giá khả năng chịu hạn của các tổ hợp lai

3.5.2 Kết quả ñánh giá khả năng chịu hạn của các tổ hợp lai

3.6 Kết quả khảo sát các tổ hợp lai triển vọng trong mạng lưới

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1: Diện tích, năng suất, sản lượng ngô ở Việt Nam (2000 – 2009) 23 Bảng 1.2: Dự kiến diện tích, năng suất và sản lượng ngô cả nước ñến 2020 25

Bảng 2.2: Nguồn gốc tổ hợp lai của các nhóm dòng tham gia thí nghiệm 29 Bảng 3.1: Thời gian sinh trưởng và số lá của các dòng tại ðan Phượng và

Bảng 3.2: Một số ñặc ñiểm của các dòng ở tại ðan Phượng và Sông Bôi vụ

Bảng 3.3: Chiều dài bắp hữu hiệu và ñường kính bắp của các dòng ở tại

Bảng 3.4: Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất của các dòng tham

Bảng 3.5: Khả năng chống chịu của các dòng ở tại ðan Phượng và Sông

Bảng 3.8: Kết quả ñánh giá khả năng chịu hạn của các dòng tham gia thí

nghiệm ở giai ñoạn TP- PR và thu hoạch nhóm chín sớm 49 Bảng 3.9: Kết quả ñánh giá khả năng chịu hạn của các dòng tham gia thí

nghiệm ở giai ñoạn TP- PR và thu hoạch nhóm chín trung bình 50 Bảng 3.10: Thời gian sinh trưởng và năng suất của các dòng tham gia thí

Bảng 3.11: Thời gian sinh trưởng và năng suất của các dòng tham gia thí

nghiệm ñiều khiển tưới thuộc nhóm chín trung bình 51

vii

Bảng 3.12: ðặc ñiểm và thời gian sinh trưởng của các tổ hợp lai luân phiên

Bảng 3.13: ðặc ñiểm và thời gian sinh trưởng của các tổ hợp lai luân phiên

Bảng 3.14: Các yếu tố cấu thành năng suất của các tổ hợp lai luân phiên tại

khả năng kết hợp riêng (σ2sij) về tính trạng năng suất của các

Bảng 3.18: Năng suất của các tổ hợp lai nhóm chín sớm tại ðan Phượng 63 Bảng 3.19: Giá trị khả năng kết hợp chung (gi^), riêng (S^ij) và phương sai

khả năng kết hợp riêng (σ2sij) về tính trạng năng suất của các

Bảng 3.20: Năng suất của các tổ hợp lai nhóm chín trung bình tại Sông Bôi 65 Bảng 3.21: Giá trị khả năng kết hợp chung (gi^), riêng (S^ij) và phương sai

khả năng kết hợp riêng (σ2sij) về tính trạng năng suất của các

Bảng 3.22: Năng suất của các tổ hợp lai nhóm chín trung bình tại ðan

Phượng

66

Bảng 3.23: Giá trị khả năng kết hợp chung (gi^), riêng (S^ij) và phương sai

khả năng kết hợp riêng (σ2sij) về tính trạng năng suất của các

Bảng 3.24: Kết quả ñánh giá khả năng chịu hạn của các tổ hợp lai triển vọng

Bảng 3.25: Kết quả ñánh giá khả năng chịu hạn của các tổ hợp lai tham gia

Bảng 3.26: Thời gian sinh trưởng và năng suất của các tổ hợp lai triển vọng

Bảng 3.27: Kết quả thí nghiệm so sánh của Viện nghiên cứu Ngô tại ðan

Phượng và Trung tâm NC& SX giống Ngô Sông Bôi vụ Thu

Bảng 3.28: Kết quả tóm tắt so sánh giống của Viện nghiên cứu ngô tại Cộng

hòa - Dân chủ - Nhân dân Lào từ 8/2009- 02/2010 74 Bảng 3.29: Kết quả thử nghiệm giống ngô của Viện nghiên cứu Ngô tại An

Bảng 3.30: Kết quả thí nghiệm so sánh của Viện nghiên cứu Ngô tại ðan

Phượng và Trung tâm NC& SX giống Ngô Sông Bôi vụ xuân

2010

75

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1: Nhu cầu nước hàng ngày của cây ngô qua c¸c thêi kú 6 Hình 3A: Bắp các dòng thu hoạch nhóm chín sớm tại ðan Phượng pl Hình 3B: Bắp các dòng thu hoạch nhóm chín trung bình tại ðan Phượng pl Hình 3.1: Biểu ñồ năng suất các dòng chín sớm ở ðan Phượng vµ Sông

Hình 3E-1: Một số hình ảnh thí nghiệm trong phòng tại Sông Bôi pl Hình 3E-2: Một số hình ảnh tổ hợp lai ưu tú giai ñoạn chín sữa pl Hình 3.3: Biểu ñồ năng suất của các tổ hợp lai luân phiên tại ðan Phượng

Hình 3.4: Biểu ñồ năng suất của các tổ hợp lai luân phiên tại ðan Phượng

Hình 3F-1: Dòng Bố, Mẹ và tổ hợp lai VSA7 tại ðan Phượng pl Hình 3F-2: Hình 3F-2: Dòng Bố, Mẹ và tổ hợp lai VSB13 tại ðan Phượng pl

Hình 3H-1: THL VSB13 ở thí nghiệm ñiều khiển tưới tại Sông Bôi pl Hình 3H-1: Giống VS36 trong thí nghiệm so sánh giống tại ðan Phượng pl Hình 3.5: Biểu ñồ giá trị khả năng kết hợp chung của các dòng chín sớm

Hình 3.6: Biểu ñồ giá trị khả năng kết hợp chung của các dòng chín sớm

Hình 3.7: Biểu ñồ giá trị khả năng kết hợp chung của các dòng nhóm chín

Hình 3.8: Biểu ñồ giá trị khả năng kết hợp chung của các dòng nhóm chín

NHỮNG TỪ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN

1 CIMMYT: Trung tâm nghiên cứu Ngô và lúa mì quốc tế

Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ nông nghiệp 1

MỞ đẦU

1 Tắnh cấp thiết ựề tài

Ngô (Zea mays L.) là một trong số 3 cây cốc quan trọng; Trong quá trình phát

triển con người ngày càng nhận thức ựầy ựủ giá trị, vị trắ của cây ngô trong ựời sống, do ựó cây ngô ựã trở thành cây lương thực thiết yếu Ngô ựã ựược hầu hết các nước và vùng lãnh thổ trên thế giới gieo trồng và liên tục mở rộng sản xuất Năm 2009, theo số liệu của tổ chức Nông nghiệp và lương thực Liên Hợp Quốc (FAO) sản xuất ngô thế giới ựạt kỷ lục cả về diện tắch, năng xuất cũng như sản lượng Cụ thể: Diện tắch ngô toàn thế giới là 159,53 triệu ha, năng suất trung bình ựạt 5,18 tấn/ha và tổng sản lượng ựạt 817,1 triệu tấn, trong ựó các nước ựang phát triển có 98,136 triệu ha (chiếm 63%) với tổng sản lượng chỉ ựạt

312,073 triệu tấn

Trong khi nhu cầu ngô ngày càng tăng, thì tổn thất do hạn hán ựang trở lên nghiêm trọng ở các nước ựang phát triển Theo CIMMYT, trên thế giới hàng năm, hạn gây tổn thất khoảng 8,8 triệu tấn ngô hạt ở vùng nhiệt ựới thấp, 7,7 triệu tấn ở vùng cận nhiệt ựới và 3,9 triệu tấn ở vùng núi cao Như vậy, hàng năm toàn thế giới bị tổn thất khoảng 20,4 triệu tấn ngô do hạn ở các vùng ngô

khó khăn, chiếm 17% tổng sản lượng ngô có thể thu ựược (Edmeades et al.,

1997)[29] Hiện nay tại các nước đông Nam Châu Á, mức ựộ cấp thiết ựối với việc nghiên cứu chọn tạo giống ngô lai chịu hạn cho từng vùng sinh thái, từng nước càng trở lên cấp bách Một mặt vì nhu cầu ngô tại vùng đông và đông Nam Châu Á ựến năm 2020 (280 triệu tấn) tăng gần gấp ựôi (46%) so với sản lượng ngô thực tế năm 1995 (150 triệu tấn) (Pingali và Pandey, 2001)[46] Mặc khác thời tiết biến ựộng lớn, dẫn ựến tình trạng hạn hán ngày càng gia tăng (Normal E Borlaug, 2001)[45]

Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nơng nghiệp 2

Ở Việt Nam, ngơ là cây lương thực thứ hai sau lúa nước, được trồng phổ biến

ở nhiều vùng sinh thái trong các thời vụ khác nhau ðặc biệt với điều kiện thời tiết khí hậu khắc nghiệt như hạn, rét nắng nĩng…thì ngơ được coi là cây trồng chính trong sản xuất nơng nghiệp

Theo tổng cục thống kê, năm 2009 diện tích ngơ cả nước đạt 1.086,8 nghìn ha, năng suất 40,8 tạ/ha, sản lượng 4.431,8 nghìn tấn, là năm cĩ năng suất bình quân cao nhất cả nước từ trước tới nay Hiện nay diện tích trồng ngơ lai chiếm khoảng 95% So với năm 1990 khi chưa trồng giống ngơ lai thì sản lượng đã tăng lên gần 7 lần, cịn diện tích và năng suất tăng gần 2,7 lần Hạn là nguyên nhân chủ yếu làm giảm, năng suất và sản lượng ngơ của Việt Nam, ước tính sản lượng ngơ thiệt hại do hạn ở Việt Nam lên tới 30%, một số vùng trong những năm gần đây diện tích bị hạn lên đến 70 - 80% và nhiều vùng trong năm 2004 khơng cho thu hoạch (Phan Xuân Hào, 2005)[5] Lý do chủ yếu là hiện nay chúng ta cĩ khoảng 80% diện tích ngơ (0,6 - 0,7 triệu ha) nhờ nước trời Ở những vùng này, ngơ vụ 1 bị hạn đầu vụ – giai đoạn cây con, ngơ vụ 2 bị hạn nặng vào giai đoạn trỗ – chín (Phan Xuân Hào, 2005)[5]

ðể đạt được mục tiêu 7,15 triệu tấn ngơ/năm vào năm 2015, như Chiến lược phát triển cây ngơ [8] đã nêu chúng ta cần vượt qua một số trở ngại khách quan, đáng chú ý nhất là: Diện tích ngơ chỉ cĩ thể mở rộng, từ gần 1 triệu hecta lên 1,3 triệu hecta vào năm 2015 và chỉ cĩ thể mở rộng ở những vùng đất khĩ khăn Tạo dịng cĩ khả năng kết hợp tốt về năng suất và chịu hạn cao là mục tiêu quan trọng hiện nay của các nhà tạo giống ngơ Tập đồn dịng ngơ hiện cĩ cịn nghèo nàn, chưa đủ mạnh để tạo ra các giống ngơ lai cĩ năng suất cao, chịu hạn tốt để phục vụ trồng ngơ trên vùng đất dốc

Cơng tác nghiên cứu chọn tạo ra các giống ngơ lai chịu hạn, năng suất cao đáp ứng được yêu cầu của sản xuất phục vụ cho các vùng sản xuất là một yêu cầu

Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ nông nghiệp 3

cấp thiết và quan trọng cho các nhà chọn tạo giống Quá trình chọn tạo giống ngô lai trải qua các giai ựoạn:

- Tạo dòng thuần

- đánh giá khả năng kết hợp (KNKH)

- Khảo nghiệm, so sánh, sản xuất hạt lai

Trong các giai ựoạn trên, giai ựoạn ựánh giá khả năng kết hợp (KNKH) chung

và riêng là công việc cần thiết và quan trọng Vì không phải bất kỳ một dòng thuần nào khi lai cũng tạo ra những giống ngô lai tốt; và cũng không phải bất kỳ một dòng thuần nào cũng có KNKH cao Lai ựỉnh nhằm ựánh giá KNKH chung loại bỏ các dòng ngô có KNKH thấp Lai luân phiên nhằm ựánh giá KNKH chung và riêng, tìm ra những tổ hợp lai có những ựặc tắnh tốt chuẩn bị cho việc khảo nghiệm, so sánh, sản xuất hạt lai

Do tầm quan trọng và những ựòi hỏi thực tế của công tác chọn tạo giống nói chung và phục vụ cho chương trình ngô lai của Việt Nam nói riêng chúng

tôi tiến hành nghiên cứu ựề tài: Ộđánh giá khả năng kết hợp của một số dòng ngô thuần phục vụ công tác chọn tạo giống ngô lai chịu hạnỢ

2 Mục ựắch, yêu cầu

Mục ựắch

đánh giá xác ựịnh một số nguồn dòng ngô thuần có KNKH cao, có khả năng chịu hạn; ựể ựưa ra THL có NS cao phục vụ công tác chọn tạo giống ngô lai chịu hạn

Yêu cầu

- đánh giá ựặc ựiểm nông sinh học của một số dòng ngô thuần

- đánh giá khả năng chịu hạn của một số dòng ngô thuần

- đánh giá KNKH của các dòng thuần ựể xác ựịnh các THL có NS cao và có khả năng chịu hạn

3 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của ựề tài

Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ nông nghiệp 4

3.1 Ý nghĩa khoa học của ựề tài

Vật liệu khởi ựầu có ý nghĩa quan trọng trong công tác chọn tạo giống trên

cơ sở ưu thế lai Với mục ựắch chọn ựược các dòng bố mẹ ựể tạo giống ngô lai chịu hạn thông qua biểu hiện một số ựặc ựiểm nông sinh học của các dòng ở ựiều kiện gây hạn nhân tạo trong nhà lưới và ngoài ựồng, ựề tài ựã xác ựịnh ựược một số chỉ tiêu quan trọng như: Chênh lệch tung phấn Ờ phun râu, mức ựộ héo, tỷ lệ phục hồi và ựộ xanh bền của lá cho ựến khi thu hoạch ảnh hưởng ựến tắnh ổn ựịnh năng suất của dòng, giúp cho việc loại bỏ dòng trong quá trình chọn tạo và ựánh giá dòng

đề tài cũng ựã xác ựịnh ựược khả năng kết hợp của các dòng về năng suất hạt Trên cơ sở ựó lựa chọn các dòng có khả năng chịu hạn và khả năng kết hợp cao về năng suất bổ sung cho tập ựoàn dòng công tác của Viện nghiên cứu Ngô

3.2 Ý nghĩa thực tiễn

Xác ựịnh ựược một số dòng chịu hạn, có khả năng kết hợp cao về năng suất

bổ sung vào tập ựoàn dòng chịu hạn của Viện nghiên cứu Ngô làm vật liệu cho công tác chọn tạo các giống ngô lai chịu hạn

đã lai tạo thành công ựược 2 tổ hợp lai triển vọng có khả năng chịu hạn tốt, năng suất cao có thể giới thiệu cho sản xuất: Nhóm chắn sớm VSA7 (hay VS26), nhóm chắn trung bình VSB13 (hay VS36)

4 đối tượng và phạm vi nghiên cứu

đề tài tiến hành trên cơ sở 12 dòng ngô thuần ựược tạo ra bằng phương pháp

tự phối từ các nguồn nguyên liệu trong nước và giống lai nhập nội Các tổ hợp lai từ 12 dòng trên ựược lai tạo theo phương pháp 4 của Griffing (1956) là vật liệu nghiên cứu ựể chọn lọc ra các tổ hợp lai ưu tú

đề tài ựược tiến hành từ vụ Thu năm 2008, song việc chọn tạo dòng ựã ựược tiến hành từ những năm trước địa ựiểm thực hiện ựề tài là: Viện nghiên cứu Ngô và Trung tâm nghiên cứu và sản xuất giống Ngô Sông Bôi

Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ nông nghiệp 5

đề tài ựã ựánh giá: Khả năng sinh trưởng phát triển, khả năng chịu hạn của các dòng và các tổ hợp lai đánh giá KNKH của các dòng dựa trên chỉ tiêu năng suất hạt, từ ựó chọn ựược các dòng có KNKH cao làm vật liệu cho công tác tạo giống và giới thiệu một số tổ hợp lai triển vọng cho sản xuất

bộ công nghệ sinh học như hiện nay Có ựược những thành tựu như vậy là do các nhà chọn giống ựã nắm vững và vận dụng các kết quả nghiên cứu về bất thuận phi sinh học, xu thế diễn biến thời tiết khắ hậu trong vùng, nhu cầu nước

và ảnh hưởng của thiếu nước, hạn ựối với cây ngô, cơ sở sinh lý, di truyền của tắnh chống chịu hạn và ựặc ựiểm nông học liên quan ựến chịu hạn ở ngô

1.1.1 Khái niệm về bất thuận phi sinh học ựối với sản xuất ngô

Những trở ngại về ựiều kiện ngoại cảnh như mưa quá ắt gây hạn, hay mưa quá nhiều gây lũ; độ phì ựất không thắch hợp như nghèo ựạm, ựất chua, dễ bị rửa

trôi; Nhiệt ựộ quá cao hay quá thấp ựược gọi là bất thuận phi sinh học (Abiotic stress) Hiện tượng cây bị nhiễm tác nhân lây truyền như sâu, bệnh, cỏ dại ựược gọi là bất thuận sinh học (Biotic stress)

1.1.2 Nhu cầu nước của cây ngô qua các giai ựoạn sinh trưởng, phát triển

Cây ngô thuộc loại cây C4, chúng sử dụng nước hiệu quả hơn nhiều loại cây

C3 Vắ dụ cần 350 Ờ 500 lắt nước ựể sản sinh 1 kg ngô hạt (tùy thuộc vào khắ hậu

và tình trạng dinh dưỡng ựất) trong khi cần 700 Ờ 800 lắt nước ựể sản sinh 1 kg

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp 6

hạt cây C3 như hoa hướng dương (Ruaan, 2003)[47] Cây cần lượng nước lớn gấp hàng trăm, hàng ngàn lần so với lượng chất khô sản sinh như trên vì có tới hơn 95% lượng nước bị bốc hơi qua khí khổng (Zaidi, 2000)[56]

Tiềm năng năng suất của cây C4 cũng lớn hơn cây C3 rất nhiều Năng suất ngô lai có tiềm năng năng suất cao, dài ngày (tổng tích ôn >3.000°C) có thể ñạt 12 –

15 tấn/ha một cách dễ dàng (trong ñiều kiện có tưới) nhưng hoa hướng dương chỉ ñạt 3 – 3,5 tấn/ha ñã là trường hợp khác thường (Ruaan, 2003)[47]

Vào thời kỳ 30 ngày ñầu cây ngô cần tưới nhẹ Từ giai ñoạn 7-8 lá ñến chín sáp, ngô cần lượng nước tối ưu Theo Hình 1 Ta thấy: Thời kỳ ñầu sinh trưởng, cây ngô cần ít nước, sau tăng dần và ñạt cực ñại vào thời kỳ trỗ cờ Sau trỗ cờ kết hạt, nhu cầu nước giảm dần ñến khi chín sinh lý

Hình1: Nhu cầu nước của cây ngô qua các thời kỳ (Nguồn công ty Mosanto)

Theo nhiều kết quả nghiên cứu vào giai ñoạn trước và sau trỗ 2 tuần lá ngô không ñược héo và ñược gọi là giai ñoạn khủng hoảng nước Nếu thiếu nước trong giai ñoạn cây con cũng làm giảm năng suất vì bị giảm kích thước so với

số ngày sau khi gieo

Cây con

Vào chắc

Tr ỗ

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp 7

ñiều kiện ñủ nước Một ngày ñược coi là hạn với cây ngô khi cây ngô bị héo vào sáng sớm và không thể hồi phục ñược do thiếu nước từ hôm trước (Monsanto, 2007)[43]

Theo công bố của CIMMYT: Ở những vùng nhiệt ñới thấp, trong ñiều kiện trồng ngô nhờ nước trời, tối thiểu một vụ ngô cần lượng mưa 400 - 500 mm ñể ñạt năng suất >1 tấn/ha và lượng mưa 500 - 700 mm phân bố ñều qua các tháng trong vụ mới ñạt năng suất cao

1.1.3 Các khái niệm về hạn

Hạn là một hiện tượng khí hậu thường xảy ra theo chu kỳ, gần như ở mọi

nơi trên thế giới, tuy mức ñộ từng vùng có khác nhau

* Khái niệm chung

Hiện nay có nhiều khái niệm về hạn nói chung và hạn nông nghiệp nói riêng,

tùy theo mục ñích tìm hiểu quy luật khí hậu thời tiết và diễn biến lượng mưa cũng như khả năng tưới tiêu Hạn nông nghiệp là thời kỳ thiếu nước kéo dài dẫn ñến bất thuận ñối với cây trồng và giảm thu hoạch (Xiu Sheng Yang, 2003)[55] Hạn trong nông nghiệp, theo quan niệm của các nhà khí tượng nông nghiệp ở

Mỹ, là mối liên kết giữa nhiều tiêu chí: Hạn khí tượng và tác ñộng của nó ñến sản xuất nông nghiệp, sai khác giữa thoát hơi nước tiềm năng và thực tế, thiếu hụt nước trong ñất, giảm mực nước ngầm (National Drought Mitigation Center, 2003)[44] Nhu cầu nước trong cây phụ thuộc vào ñiều kiện thời tiết hiện tại, ñặc tính sinh học từng loại cây trồng cụ thể, giai ñoạn phát triển và các ñặc tính sinh học, lý học của ñất Vậy khi ñề cập ñến hạn trong nông nghiệp nên quan

tâm ñến cả sự mẫn cảm của cây trồng trong từng giai ñoạn phát triển khác nhau

* Khái niệm hạn ñối với cây ngô

Các nhà khoa học CIMMYT ñã nêu ba khái niệm cụ thể về hạn dựa trên lượng mưa ñối với cây ngô như sau:

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp 8

1) Thiếu nước nếu lượng mưa cả vụ ở vùng nhiệt ñới thấp < 500 mm và ở vùng cao (highland) là từ 300 – 350 mm (Beck và cộng sự, 1997)[23]

2) Theo quan ñiểm cây ngô mẫn cảm với hạn: Khoảng 4 tuần trong thời gian ngô trỗ cờ kết hạt, nếu vùng nào có lượng mưa <100 mm ñược coi là vùng không phù hợp, > 200 mm ñược coi là phù hợp và trong khoảng 100 – 200 mm ñược coi là vùng thiếu nước ñối với sản xuất ngô

3) Khái niệm khác: Dựa trên tỷ lệ giữa lượng mưa (P) và khả năng thoát hơi nước của ñất (PE) Ví dụ một vùng ngô nếu tất cả các tháng (n) trong suốt vụ có P/PE > 0,5 ñược coi là thuận lợi, nếu n – 1 tháng có P/PE > 0,5 ñược coi là vùng thiếu mưa ñối với sản xuất ngô

1.2 Khái niệm dòng thuần, khả năng kết hợp và ñánh giá khả năng kết hợp

1.2.1.Khái niệm dòng thuần

Từ một nguồn vật liệu ban ñầu, bằng các phương pháp ñồng huyết (tự phối, sib, backcross…) ñến một thời ñiểm người ta thu ñược nhiều dạng khác nhau với ñộ ñồng ñều và ổn ñịnh cao ở nhiều tính trạng, ñấy là các dòng thuần Như vậy, dòng thuần là dòng có kiểu gen ñồng hợp tử với tỷ lệ cao ở nhiều tính trạng

di truyền

Phát triển dòng thuần có tiềm năng sử dụng làm bố mẹ cho các giống ngô lai thương mại năng suất cao, ổn ñịnh là mục tiêu cơ bản của các chương trình cải tạo cây ngô Tỷ lệ dòng thuần tạo ra ñược sử dụng trong giống lai cho sản xuất

là rất nhỏ Theo Hallauer (1988)[36] cho biết khoảng 72.000 dòng ñã ñược tạo

ra và thử nghiệm từ năm 1939, số dòng ñược sử dụng chỉ khoảng từ 0,01 ñến 0,1% Theo Vasal và Srinivasan, (1999)[52] nhân tố chính hạn chế việc khai thác thương mại giống lai ñơn là do không có ñược những dòng tự phối khoẻ, năng suất cao Khó khăn lớn nhất trong công việc tạo dòng thuần là không chỉ

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp 9

do dòng có ñộ thuần cao thì sức sống và năng suất thấp, mà quan trọng hơn là KNKH của chúng

Nguồn nguyên liệu cho tạo dòng và giống lai phải ñạt ñược những ñặc tính nhất ñịnh (Vasal and Srinivasan, 1999)[52] như:

- Có khả năng kết hợp tốt

- Chịu ñược áp lực tự phối

- Có ưu thế lai cao

- Có khả năng tạo ra nhiều dòng tốt

- Có nhiều ñặc tính nông học mong muốn

Theo Forrest Troyer (2004)[31], nguồn nguyên liệu ngô ở vành ñai ngô của Hoa Kỳ có rất nhiều, nhưng có 2 nguồn nguyên liệu ñược quan tâm và sử dụng nhiều hơn cả là Iowa Stiff Stalk Synthetic (ISSS) và Lancaster Sure Crop Nhiều giống lai ñơn có nguồn gốc từ 2 nguồn này ñược trồng gần 100% diện tích ở vành ñai ngô của Hoa Kỳ

Sử dụng nguồn nguyên liệu ngô nhiều bắp ñể cải tạo tính chống chịu với ñiều kiện môi trường khó khăn, cho hiệu quả cao và cũng ñược nhiều nhà khoa học quan tâm, nhất là khả năng chống chịu tốt với khô hạn, mật ñộ dày và ñạm thấp Trong những ñiều kiện như vậy ngô nhiều bắp có khả năng giảm ñược cây vô hiệu nên ñảm bảo ñược năng suất ổn ñịnh (Hallauer and Troyer, 1972; Hallauer and Arnel, 1973[39], [38]

Vốn gen ñược tái hợp và cải tạo liên tục, ñược mở rộng nền di truyền bằng việc ñưa thêm những vật liệu mới từ ngân hàng gen hoặc từ các chương trình quốc gia Hiện nay CIMMYT ñang bảo tồn và cải tạo 29 vốn gen, trong ñó 9 vốn gen vùng nhiệt ñới cao, 12 - nhiệt ñới thấp, 8 - cận nhiệt ñới và 4 vốn gen mới cho vùng ôn ñới và một số vốn gen ngô có chất lượng protein cao (Ngô Hữu Tình, 2009)[14]

Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nơng nghiệp 10

Tiềm năng nguồn gen cho tạo dịng khơng phải là vơ hạn, do vậy người ta đã tạo và cải tạo các nguồn gen bằng các phương pháp chọn lọc chu kỳ, vì phương pháp chọn lọc này làm tăng tần suất các alen cĩ lợi đối với các tính trạng quan trọng trong ngơ Vì vậy, chọn lọc chu kỳ là một phần khơng thể thiếu trong chương trình tạo dịng và tạo giống ngơ lai

1.2.2 Khả năng kết hợp và đánh giá khả năng kết hợp

sử dụng làm chỉ tiêu dự đốn KNKH Ngơ Hữu Tình, (1997)[12] đã tiến hành nghiên cứu hệ số tương quan giữa các đặc điểm nơng học của dịng bố, mẹ với KNKH về năng suất của chúng và đã thu được kết quả cao hơn, đặc biệt giữa KNKH năng suất với chiều dài bắp dịng (r= 0,47) và tỷ lệ hạt/bắp (r = 0,63) Song cho đến nay, con đường chắc chắn nhất để đánh giá KNKH của các dịng thuần vẫn là lai thử và thử nghiệm các thế hệ con lai (Jenkin, 1935; Sprague, 1946)[40], [48], và thử sớm được đề xuất nhằm giảm bớt số cặp lai cần thử và

số dịng cần được tiếp tục trong tập đồn chọn lọc

Khả năng kết hợp là phản ứng của dịng thuần trong tổ hợp lai Khả năng kết hợp ở các tính trạng của các dịng được chia làm hai loại: KNKH chung và

Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ nông nghiệp 11

KNKH riêng: KNKH chung ựược biểu thị bằng giá trị ưu thế lai trung bình của

bố mẹ ở tất cả các tổ hợp lai, còn KNKH riêng là ựộ lệch của tổ hợp lai cụ thể nào ựó với giá trị ưu thế lai trung bình của nó (Sprague and Russell, 1957)[49] Kết quả ựánh giá KNKH của các dòng bố mẹ, thông qua các tắnh trạng trên tổ hợp lai của chúng, giúp chúng ta quyết ựịnh chắnh xác về việc giữ lại dòng có KNKH cao, loại bỏ các dòng có KNKH kém, không có tác dụng khi lai, cũng như sử dụng các dòng có KNKH chung và KNKH riêng cao vào các mục tiêu tạo giống khác nhau (Mai Xuân Triệu, 1998)[15]

Lai ựỉnh (Top cross) ựã trở thành kỹ thuật chuẩn trong tất cả các chương trình cải tạo (Hallauer, 1990)[37] Hai phương pháp ựánh giá KNKH của dòng thuần ựược áp dụng rộng khắp ựến nay là lai ựỉnh và lai luân phiên

* đánh giá khả năng kết hợp bằng phương pháp lai ựỉnh

Lai ựỉnh ựược sử dụng rộng rãi ựể ựánh giá KNKH chung của vật liệu tạo giống, ựặc biệt có hiệu quả với cây ngô, vì trong quá trình tạo dòng do số lượng dòng phát sinh nhiều cần phải ựánh giá sớm ựể chọn các dòng tốt, loại bỏ các dòng xấu nhằm tiết kiệm thời gian, nhân lực và phương tiện thắ nghiệm Devis (1927) ựã ựề xướng phương pháp này, Jenkin và Bruson, (1932)[41] sử dụng và phát triển vào năm 1932 Các dòng hoặc giống cần xác ựịnh KNKH ựược lai với cùng một dạng chung gọi là cây thử (Tester) Ngoài ra, Hinkelman (1966)

ựề nghị sử dụng phương pháp lai ựỉnh từng phần nhằm tăng số cây thử mà không làm tăng số tổ hợp lai Vì vậy lai ựỉnh ựã trở thành kỹ thuật chuẩn trong tất cả các chương trình cải tạo giống ngô (Hallauer, 1990)[37]

Trong nghiên cứu KNKH bằng lai ựỉnh thấy rằng, chọn các dạng khởi thuỷ có KNKH chung cao ựể tạo dòng tự phối có ý nghĩa rất lớn ựối với quá trình tạo giống ngô (Trương đắch, 1980)[4]

Giai ựoạn thử KNKH của các dòng phụ thuộc nhiều vào kinh nghiệm của các nhà cải tạo, liên quan ựến nghệ thuật người chọn trong quá trình tạo dòng Nếu

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp 12

nhà chọn tạo giống ngô cho rằng chọn lọc là hiệu quả ñối với ñặc tính mong muốn thì có thể thử muộn Còn những người ñề xuất thử sớm muốn loại bỏ các dòng kém về KNKH ñể tập trung việc chọn lọc ở các thế hệ sau, chỉ tiếp tục làm việc với các dòng có KNKH trên trung bình (Ngô Hữu Tình, 1997)[12] Do

ñó nghệ thuật của nhà cải tạo ñược coi là thành phần có ý nghĩa trong tạo dòng Theo Bauman Loyal (1981)[19] thì có 60% các nhà cải tạo ñánh giá dòng bằng lai thử ở S3 (33%), S4 (27%) và 22% ñánh giá ở S5 hoặc muộn hơn Tuy nhiên theo Hallauer (1990)[37] giai ñoạn thử không phải là yếu tố quyết ñịnh trong tạo dòng ưu tú

Việc chọn ñược những cây thử thích hợp trong tạo giống lai là rất quan trọng,

có ảnh hưởng lớn ñến kết quả ñánh giá KNKH của các vật liệu trong lai ñỉnh Theo Hallauer (1990)[37] cây thử nên có sự khác biệt về di truyền và ở các nhóm ưu thế lai ñối lập với dòng ñịnh thử Các nhà khoa học CIMMYT (Vasal

và De Leon, 1999)[51] ñịnh nghĩa cây thử là một kiểu gen (giống thụ phấn tự

do, giống tổng hợp, dòng thuần hay giống lai):

1) Giúp dễ dàng phân biệt các dòng về giá trị di truyền và KNKH;

2) Giảm ñược các giai ñoạn thử trong quá trình chọn tạo giống lai;

3) Giúp nhận biết các cặp lai triển vọng có thể sử dụng ngay

CIMMYT ñã cố gắng xác ñịnh cây thử ñối với các nguồn nguyên liệu khác nhau Những dòng này ñã ñược sử dụng thành công ñể tạo tổ hợp lai và phân nhóm ưu thế lai ñối với các dòng Các nhà khoa học CIMMYT ñã giới thiệu một số cây thử cho vùng nhiệt ñới thấp (trong ñó có Việt Nam), ñó là:

+ ðối với ngô hạt trắng: dòng CML247 và CML254;

+ ðối với ngô hạt vàng: dòng CML287 và CL00331

Trong ñiều kiện Việt Nam theo Ngô Hữu Tình nên sử dụng hai cây thử - một

có nền di truyền rộng, cụ thể là giống thụ phấn tự do trong sản xuất và một số dòng thuần tốt ñể vừa xác ñịnh ñược KNKH giữa các dòng thuần nghiên cứu

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp 13

vừa có khả năng ra giống nhanh phục vụ cho yêu cầu sản xuất (Ngô Hữu Tình, 2009)[14]

Sự phân nhóm ưu thế lai (ƯTL) của ngô ở vùng nhiệt ñới là rất ña dạng, không phải chỉ có 2 nhóm chính (ISSS và Lancaster) như ở vành ñai ngô của Hoa Kỳ Hơn nữa, ở Việt Nam các nguồn ñược dùng ñể rút dòng thường không biết rõ nguồn gốc Cho nên cây thử có nguồn gốc di truyền khác với các nguồn ñem thử hay không cũng không rõ Do vậy, nên chọn cây thử theo nguyên tắc: Nên chọn nhiều cây thử; việc chọn cây thử không phụ thuộc vào nền di truyền rộng hay hẹp mà phụ thuộc vào nhóm ƯTL; Mỗi nhóm ưu thế lai chọn ít nhất một cây thử, và tuỳ vào giai ñoạn của chương trình tạo giống mà chọn các cây thử có nền di truyền rộng hay hẹp Khi ñã có các giống lai ñơn tốt, thì nên chọn cây thử là các bố mẹ của các giống lai này Như vậy, vừa ñánh giá ñược KNKH của các dòng khá chuẩn xác, ñồng thời có thể xác ñịnh ñược một số tổ hợp lai triển vọng cho sản xuất (Phan Xuân Hào và Nguyễn Văn Cương, 1997)[3] Nghiên cứu về quan hệ cây thử với dòng thuần, một số tác giả ñã 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 ñộ biểu hiện có thể khác nhau Ngoài ra còn thấy sử dụng cây thử có cơ sở di truyền rộng hoặc có một khả năng mạnh trong việc truyền một số ñặc ñiểm nào ñó là không nên vì nó không cho phép biểu hiện một cách rõ ràng sự khác nhau của các dòng ñược thử (Trần Hồng Uy, 1985)[17]

Trong ñiều kiện nước ta nên sử dụng hai loại cây thử: Một là cây thử có nền

di truyền rộng (một quần thể cải tiến hay một giống thụ phấn tự do), hai là cây thử có nền di truyền hẹp (một dòng thuần) ñể vừa xác ñịnh KNKH của dòng nghiên cứu vừa tìm ra một giống lai ưu tú phục vụ sản xuất Tác giả cho rằng việc chọn cây thử là dòng thuần, giống thụ phấn tự do hay giống lai kép không

Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ nông nghiệp 14

ảnh hưởng ựến biểu thị KNKH của các dòng ựịnh thử (Mai Xuân Triệu, 1998)[15]

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

Yijk = ộ + di + cj + sij + eijk

Trong ựó

Yijk - độ lớn tắnh trạng con lai của cặp lai (i x j) ở lần lặp k

ộ - Tắnh trạng trung bình trong thắ nghiệm

di - Khả năng kết hợp chung của dòng i

cj - Khả năng kết hợp chung của cây thử j

sij - Khả năng kết hợp riêng giữa dòng i và cây thử j

eijk - Sai số ngẫu nhiên

* đánh giá khả năng kết hợp bằng phương pháp lai luân phiên

Lai luân phiên (diallel cross) là hệ thống lai thử mà các dòng hoặc giống ựược lai với nhau theo tất cả các tổ hợp lai (Griffing, 1956)[33] có thể và việc phân tắch các tổ hợp lai ựược gọi là phân tắch lai luân phiên (diallel analysis) Các dòng này vừa là cây thử của các dòng khác vừa là cây thử của chắnh mình Qua việc phân tắch lai luân phiên sẽ cho ta một số thông tin về:

1) Bản chất và giá trị thực của tham số di truyền;

2) Khả năng kết hợp chung và riêng của các bố mẹ biểu hiện ở các con lai

Có 2 phương pháp phân tắch quan trọng là phương pháp Hayman và phương pháp Griffing

+ Phương pháp Hayman: Giúp chúng ta xác ựịnh một số tham số di truyền

của vật liệu bố mẹ cũng như ước ựoán giá trị các tham số này ở các tổ hợp lai

+ Phương pháp Griffing (1956): Ở phương pháp này các thành phần phương

sai sinh ra do KNKH chung và riêng ựược ước lượng, sau ựó trên cơ sở một số thừa nhận nào ựó các phương sai ựó tương ứng với các thành phần di truyền

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp 15

Griffing (1956) ñã ñề xuất 4 phương pháp phân tích luân phiên và tuỳ theo từng phương pháp cụ thể mà các nguyên liệu (bố mẹ con lai thuận và con lai nghịch) ñược ñưa vào phân tích Qua phân tích sẽ giúp chúng ta biết ñược thành phần biến ñộng do KNKH (chung và riêng) ñược qui ñổi sang thành phần biến ñộng

do hiệu quả cộng tính, hiệu quả trội và siêu trội của các gen

Phương pháp 1: Tất cả các dòng ñịnh thử ñem lai luân phiên với nhau theo mọi tổ hợp lai có thể theo cả hai hướng thuận và nghịch Số tổ hợp lai cần phải tiến hành phân tích là: P2

Phương pháp 2: Tất cả các dòng ñịnh thử ñược ñem lai với nhau theo mọi tổ hợp lai có thể theo hướng thuận và bao gồm cả bố mẹ trong phân tích phương sai khả năng kết hợp Số tổ hợp lai cần tiến hành là: P(P + 1)/2

Phương pháp 3: Các dòng khác nhau ñược lai luân phiên với nhau theo cả 2 hướng thuận và nghịch Số tổ hợp lai cần phân tích phương sai khả năng kết hợp là: P(P – 1)

Phương pháp 4: Các dòng khác nhau ñược lai luân phiên với nhau nhưng chỉ theo hướng thuận Số tổ hợp lai cần phân tích khả năng kết hợp là: P(P - 1)/2 Tùy theo mục ñích nghiên cứu và ñiều kiện cụ thể mà lựa chọn một trong các phương pháp trên cho phù hợp Nghiên cứu toàn diện ta sử dụng phương pháp

1 So sánh tổ hợp lai với bố mẹ ta sử dụng phương pháp 2 Muốn nghiên cứu tác ñộng mẹ với tổ hợp lai ta sử dụng phương pháp 3 Khi áp dụng phương pháp 1

và phương pháp 2 sẽ nhận ñược những kết quả chính xác hơn song ñòi hỏi nhiều công sức và thời gian hơn Trong thực tế chọn giống thường người ta sử dụng phương pháp 4 Vì với phương pháp 4 khối lượng công việc phải làm là ít nhất mà vẫn ñạt ñược yêu cầu tối thiểu cần thiết về khả năng kết hợp

Các bước tính toán phương pháp 4 cụ thể như sau:

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

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp 16

Nguồn biến ñộng

(Source of variation)

ðộ tự do (df)

Tổng bình phương (ss)

Khả năng kết hợp chung P-1 [1/(P-2)]∑X2i – [4/P(P-2)]*X2

Khả năng kết hợp riêng P(P-3)/2 ∑X2i j - 1/(P-2)*∑X2i + 2/(P-1)(P-2)*X2

Nếu các nguồn biến ñộng về khả năng kết hợp khác biệt một cách tin cậy, ta xác ñịnh khả năng kết hợp chung và riêng theo công thức sau:

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp 17

1.3.1 Tình hình nghiên cứu, chọn tạo giống ngô chịu hạn trên thế giới

Ngô (Zea mays L.), cùng với lúa mì và lúa gạo là ba cây lương thực hàng ñầu

trên toàn thế giới và là cây thức ăn chăn nuôi quan trọng nhất hiện nay Ngành sản xuất ngô thế giới tăng liên tục từ ñầu thế kỷ 20 ñến nay, nhất là trong gần

50 năm qua, ngô là cây trồng có mức ñộ tăng trưởng cao nhất trong các cây lương thực chủ yếu về cả ba chỉ tiêu chính là năng suất, diện tích và sản lượng Vào năm 1961, diện tích ngô toàn thế giới là 105,5 triệu ha, năng xuất trung bình 19,4 tạ/ha và sản lượng là 205 triệu tấn Năm 2009, theo số liệu của tổ chức Nông nghiệp và lương thực Liên Hợp Quốc (FAO) sản xuất ngô thế giới ñạt kỷ lục cả về diện tích, năng xuất cũng như sản lượng cụ thể: diện tích ngô toàn thế giới là 159,53 triệu ha, năng suất trung bình ñạt 5,18 tấn/ha và tổng sản lượng ñạt 817,1 triệu tấn (FAOSTAT, 2009)[30]

Tuy nhiên, hiện nay việc phát triển ngô trên thế giới ñang gặp phải khó khăn

do sự biến ñổi khí hậu, trái ñất nóng lên làm thay ñổi các vùng ñất trồng trọt ðất ñai bị hạn hán, chua phèn, nhiễm mặn, ảnh hưởng nghiêm trọng ñến sản xuất nông nghiệp nói chung và sản xuất ngô nói riêng Thực tế, hầu hết ngô ñược trồng trên các vùng ñất khó khăn (không chủ ñộng tưới ) Do vậy, các nhà khoa học trên thế giới ñã tập chung nghiên cứu chọn tạo các giống mới và các biện pháp kỹ thuật nhằm tăng cường hiệu quả của sản xuất ngô trên các vùng khó khăn

Khả năng chống chịu của giống bao gồm khả năng chống chịu các tác nhân sinh học và phi sinh học Trong các tác nhân phi sinh học thì hạn là một trong những nhân tố có ảnh hưởng lớn nhất tới năng suất trên phạm vi rộng lớn, có tính toàn cầu, cây ngô cũng không nằm ngoài tác ñộng của hạn, nhất là những vùng trồng ngô nhờ nước trời Trên thế giới có tới 47% diện tích canh tác bị khô hạn Theo báo cáo của Bộ Nông nghiệp Mỹ USDA (2007) và Monsanto (2007)[43] cho thấy, năng suất ngô liên vụ 2006- 2007 giảm 23% so với liên vụ

Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nơng nghiệp 18

2005- 2006 là do hạn hán gây ra Trong đĩ, một số quốc gia như Mỹ giảm 14,7 triệu tấn; Pháp giảm 1,36 triệu tấn; Rumani giảm 1,8 triệu tấn Theo đánh giá của FAO (2007), thì hạn là một trong những thách thức lớn nhất đối với cây trồng nĩi chung và cây ngơ nĩi riêng

Các nhà chọn giống ngơ tại CIMMYT (Edmeades, 1997; Vasal, S.K, 1999)[29],[51]) tổng kết rằng nếu bất thuận phi sinh học là phổ biến trong vùng thì các nhà chọn giống nên thanh lọc các vật liệu trong điều kiện bất thuận phi sinh học Vì nếu chọn lọc trong điều kiện thuận lợi thì độ di truyền và biến động

di truyền về năng suất thường bị giảm nhiều trong điều kiện bất thuận phi sinh học

Các lĩnh vực sinh lý thực vật, di truyền chọn giống cây trồng và di truyền phân tử đều đã cĩ những kết luận là cĩ thể khai thác sự khác nhau về sinh trưởng- phát triển, khống chế điều kiện thí nghiệm chọn lọc theo yêu cầu và khai thác độ biến động di truyền trong các nguồn vật liệu tạo giống ngơ để tạo

ra các giống ngơ lai cho năng suất cao, ổn định trong điều kiện thiếu nước Thách thức lớn nhất đối với tạo giống ngơ chịu hạn, nhờ nước trời ở các nước đang phát triển là khĩ dự đốn được thời điểm xảy ra hạn và khoảng thời gian hạn Mặt khác mức độ hạn biến động khác nhau qua các năm Thêm vào đĩ tại vùng nhiệt đới hạn thường xảy ra ở các vùng khĩ dự đốn mưa, nhiệt độ biến động thất thường, đất đai kém màu mỡ

Năng suất ngơ khơng ngừng tăng trong những năm từ 1987 – 2004, tăng từ 14,2 đến 34,9 tạ/ha (tăng 2,5 lần) trong khi ưu thế lai về ngơ gần như khơng tăng (Bùi Mạnh Cường, 2007[2]; Wesley và Gregory, 2002[53]; Tuberosa, Silvio, 2002[50]) Năng suất ngơ tăng lên nhờ 3 yếu tố: Tăng năng suất dịng, tăng khả năng chống chịu với điều kiện bất thuận và tăng mật độ (Duvick, 2001[28])

Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nơng nghiệp 19

ðể chọn tạo được vật liệu cĩ khả năng chịu hạn, việc sử dụng mơi trường bất thuận (ít mưa) để đánh giá khả năng chống chịu của vật liệu thơng qua một số đặc điểm hình thái được Ceccarelli, 1987[25] cho là hiệu quả hơn chọn lọc trong điều kiện thuận lợi Một số nhà khoa học CIMMYT đã áp dụng chọn lọc tập đồn vật liệu ngay từ giai đoạn đầu trong điều kiện hạn, vì chọn lọc ở giai đoạn đầu sẽ cĩ nhiều cơ hội chọn được đúng vật liệu mong muốn (Banziger và Lafitte, 1997)[22]; (Banziger và Edmeades, 2000)[21] Ví dụ như sử dụng hai quần thể ngơ trắng “Tuxpeno Sequisa C6” (TS6) và “La Posta Sequisa” (LPS) thử khả năng chịu hạn ngay ở đời S1 ở ba mức độ khác nhau là tưới đầy đủ, hạn trung bình và hạn nặng, đã làm giảm năng suất và tăng chênh lệch thời gian tung phấn - phun râu (ASI) (Betran, 1997[24] ; Banziger và Betran, 1997[20]; Beck và Betran, 1997[23]) Thí nghiệm này được lặp lại ở thế hệ S3 và khi sử dụng làm cây thử (Tester) cũng cho kết quả tương tự Bulkan (1996) cũng cho rằng tính chịu hạn được đĩng gĩp một phần của ưu thế lai Căn cứ vào đĩ các tác giả nhận định rằng việc chọn lọc tính chịu hạn thơng qua sự chênh lệch thời gian tung phấn – phun râu (ASI) và suy giảm năng suất của các dịng trong điều kiện hạn Chương trình ngơ của Thailand đã chọn lọc được các quần thể chịu hạn như Suwan 1 và Suwan 5 Tùy thuộc vào sơ đồ chọn lọc và cường độ chọn lọc áp dụng, năng suất đã tăng từ 59 - 233kg/ha/chu kỳ chọn lọc fullsib hay chọn lọc S1 (Pingali và Pandey, 2001[46]) Chọn lọc chịu hạn cịn cĩ thể tiến hành được ở dịng thuần và từ các dịng này đã phát hiện được một số tổ hợp lai chịu hạn Các tổ hợp lai giữa các dịng thuần được tạo ra từ các quần thể chịu hạn cho năng suất cao hơn 20% so với các tổ hợp lai giữa các dịng được tạo ra

từ các nguồn vật liệu mẫn cảm với điều kiện hạn, với mức năng suất bình quân 1,6 tấn/ha trong điều kiện hạn Xác suất thu được các giống ngơ lai giữa các dịng tạo ra từ nguồn vật liệu chịu hạn (cho năng suất vượt trội 30- 50% so với trung bình năng suất trên) cao gấp 3-5 lần so với các tổ hợp lai giữa các dịng

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp 20

tạo ra theo phương pháp truyền thống Như vậy các nhà khoa học tạo giống ngô trên thế giới và ở CIMMYT ñã ñạt ñược một số thành tựu chọn tạo giống chống chịu hạn ðiều này cho thấy các nhà chọn tạo giống cây trồng trên thế giới ñã theo kịp với những thay ñổi của môi trường như hạn Chúng ta có thể nhập nội nguồn nguyên liệu, kế thừa thành tựu, tiếp tục nghiên cứu trong ñiều kiện của Việt Nam ñể nhanh chóng tạo ra ñược một số giống ngô lai chịu hạn phục vụ sản xuất các vùng không có ñiều kiện tưới

Hầu hết các nghiên cứu về marker phân tử ñều quan tâm ñến các thành phần rất ñặc biệt trong sự kiện chống chịu khô hạn ñó là:

- Khả năng của rễ cây phát triển sâu xuống dưới tầng ñất bên dưới;

- Tình trạng tung phấn và phun râu với thời gian cách quãng ñược xác ñịnh (ASI- anthesis to skilking interval);

- Sự ñiều tiết áp suất thẩm thấu (OA- osmotic adjustment);

- Hiện tượng biến dưỡng ABA (abscisic acid);

- Hiện tượng nông học WUE (waiter use effciency - hiệu quả sử dụng nước)

Lê Quý Kha, 2005.[7]

Bên cạnh ñó, chọn giống thích nghi theo từng vùng sinh thái không những cải thiện ổn ñịnh hơn về năng suất mà còn hạn chế rủi ro (Lê Quý Kha, 2005[7]; Lin và Bins, 1988[42]; Zaidi, 2000[56])

Hiện nay công tác nghiên cứu khoa học và ứng dụng sản xuất ngô ñang bước sang giai ñoạn mới, ñó là ứng dụng công nghệ sinh học trong chọn tạo giống ngô lai chịu hạn và ñã có những thành công nhất ñịnh Năm 2004, các nhà khoa học CIMMYT ñã xác ñịnh thêm một số chỉ thị liên quan ñến tính trạng chịu hạn của ngô, ñồng thời cũng xác ñịnh ñược một số chỉ thị SSR liên kết với các gen chịu hạn trên cơ sở ñó xác ñịnh ñược chính xác các vật liệu chịu hạn (Xie Chuan – Xiao, 2004[54]; Bùi Mạnh Cường, 2007[2]; George Luz, 2004[34]; Pichet Grudloyma và Surapong Prasitwattanaseree, 2004[35])

Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ nông nghiệp 21

Năm 2003 có khoảng hơn 17 quốc gia sử dụng ngô chuyển gen (Clive James, 2003[26]), ựến năm 2006 tăng 13% (12 triệu ha) và nhận ựịnh trong 10 năm (2006 Ờ 2015) sẽ tăng từ 20 nước lên 40 nước trồng cây chuyển gen và ắt nhất

có hơn 20 triệu ha ngô chuyển gen ựược trồng, nhưng giai ựoạn (2010 Ờ 2015) tập trung nghiên cứu chuyển gen chịu hạn cho ngô (Clive James Ờ ISAAA, 2007[27]) và có nhiều tập ựoàn dành nhiều nỗ lực cho mục tiêu này như Syngenta, Mosanto nhằm ựưa sản lượng ngô chuyển gen chiếm 85% (333 triệu tấn) vào năm 2020

1.3.2 Tình hình nghiên cứu chọn tạo giống ngô chịu hạn trong nước

Ngô ựược ựưa vào Việt Nam từ cuối thế kỷ 17 (Ngô Hữu Tình, 1997[12]) Từ những năm 1987 các nhà khoa học ựã chọn tạo ra nhiều giống ngô chịu hạn tốt như MSB-49, TSB-2, Q-2 (Trần Hồng Uy, 2001[16]; Mai Xuân Triệu, 1998[15]).đến những thập niên 1990 tình hình nghiên cứu ở Việt Nam có những chuyển biến thực sự có hiệu quả Thời gian ựầu, một số tác giả (đào Việt Bắc, 1996[1]; Lê thị muội 1998[9]; Dương Văn Sơn, 1996[10]), tập trung nghiên cứu tắnh chịu hạn và một số khắa cạnh của các vật liệu giống ngô thụ phấn tự do và nhận ựịnh: có sự biến ựộng về tắnh chịu hạn giữa các vật liệu giống thụ phấn tự do Một số phương pháp xác ựịnh tắnh chịu hạn ựược tiến hành trong phòng thắ nghiệm (nồng ựộ diệp lục, hàm lượng nước trong lá, khả năng phục hồi thân lá và bộ rễ); chỉ số tương ựối về chịu hạn ựã ựược trình bày trên ựồ thị hình lá

Một số nghiên cứu về tắnh chịu hạn ựược nghiên cứu toàn diện hơn trong suốt quá trình sinh trưởng phát triển của ngô từ giai ựoạn cây con cho ựến sau trỗ, ựã

ựánh giá tình hình diễn biến hạn từ năm 1988 -1998, ựánh giá dòng ở mật ựộ

cao, chênh lệch thời gian tung phấn Ờ phun râu (ASI), số lá xanh còn tồn tại trên cây (Lê Quý Kha, 2005[7]; Phan Thị Vân, 2006[18])

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp 22

Những kết quả ñạt ñược trong 20 năm qua của Việt Nam là rất quan trọng, tuy nhiên những giống ngô mới chủ yếu ñược tạo ra ñể phục vụ cho các vùng thâm canh hoặc có ñiều kiện canh tác chủ ñộng; các giống cho vùng khó khăn (hạn, chua, úng…) chưa ñược ñầu tư nghiên cứu và các sản phẩm cũng chưa có nhiều

ñể người sản xuất lựa chọn Với sự biến ñổi khí hậu toàn cầu mà Việt Nam không nằm ngoài sự ảnh hưởng cùng sự phát triển công nghiệp và ñô thị hóa, các vùng ñất tốt, có ñiều kiện sản xuất thuận lợi ñang ngày càng ít ñi; sản xuất nông nghiệp ngày càng khó khăn ðể ñảm bảo lương thực cho nhu cầu của con người thì việc khai thác các vùng ñất có ñiều kiện canh tác khó khăn là rất cần thiết Sản xuất nông nghiệp tại các vùng khó khăn ngoài việc tổ chức quy hoạch, ñầu tư thiết kế hợp lý, một ñiều quan trọng là phải có các giống mới thích nghi với các ñiều kiện khó khăn

Một số giống ngô lai mới qua sản xuất ñã thể hiện có khả năng chịu hạn khá

là LCH-9, LVN-99, VN-8960 Hầu hết các giống ngô có một số ñặc tính chống chịu tốt của Việt Nam ñều ñược tạo ra nhờ vật liệu tốt và xác ñịnh khả năng chống chịu của chúng thông qua thử nghiệm ñồng ruộng và thực tế sản xuất Hiện nay, công tác chọn tạo giống ñược trợ giúp hiệu quả của công nghệ sinh học, ñã ứng dụng thành công xác ñịnh ñược một số chỉ thị di truyền ñặc trưng cho tính chịu hạn, trên cơ sở ñó xác ñịnh chính xác nguồn nguyên liệu chịu hạn

Ví dụ ở ñiều kiện hạn toàn phần bằng phương pháp RFLP xác ñịnh tính trạng chênh lệch thời gian TP - PR, trên nhiễm sắc thể 1 ñược chỉ thị bằng marker Csu20, trên nhiễm sắc thể 2 ñược chỉ thị bằng marker Bnl 6,29c, hoặc tính trạng chiều dài bắp, trên nhiễm sắc thể 1 ñược chỉ thị bằng marker M16, trên nhiễm sắc thể 2 ñược chỉ thị bằng marker M28 phương pháp chỉ thị SSR liên kết với các gen chịu hạn Ở Việt Nam ñã có một số công trình nghiên cứu gen dehydrin

(Dhn) ở ngô, bước ñầu phân lập, xác ñịnh trình tự phân lập của gen Dhn (Bùi

Mạnh Cường, 2007[2])

Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ nông nghiệp 23

1.3.3 Nhu cầu sản xuất ngô trong nước

Năm 1990, khi ngô lai vào Việt Nam với diện tắch khoảng 05 ha, tổng diện tắch ngô toàn quốc ựạt 431,8 ngàn ha, năng suất bình quân ựạt 15,5 tạ/ha và sản lượng 671 ngàn tấn Theo tổng cục thống kê: đến năm 2008, diện tắch ựạt 1.125,9 ngàn ha (so với 1990 vượt 2,6 lần), năng suất 40,2 tạ/ha (vượt 2,59 lần), sản lượng 4.531,2 ngàn tấn (vượt 6,7 lần) Năm 2009 diện tắch ngô nước ta ựạt 1086,8 nghìn ha, năng suất 40,8 tạ/ha, sản lượng 4.431,8 nghìn tấn; ựây là năm

có năng suất cao nhất từ trước tới nay (Bảng 1.1) Diện tắch trồng bằng giống ngô lai chiếm khoảng 95% so với năm 1990 khi chưa trồng ngô lai thì sản lượng tăng gần 7 lần còn diện tắch và năng suất tăng gần 2.7 lần Nhưng 9 tháng ựầu năm 2009, Việt Nam ựã nhập hơn 0,8 triệu tấn ngô (FAO, 2009)[30] do nhu cầu dùng ngô làm thức ăn chăn nuôi tăng mạnh Hiện nay thị phần giống ngô lai của Việt Nam chiếm khoảng 60%, chủ yếu là giống lai ựơn ựược áp dụng vào sản xuất ở tất cả các vùng sinh thái trong cả nước

Trong những năm gần ựây Viện Nghiên cứu Ngô ựã lai tạo hàng chục nghìn tổ hợp lai, có hàng chục tổ hợp lai có triển vọng, trong ựó một số tổ hợp lai ựược phát triển thành giống đã có 12 giống quốc gia LVN-9, LVN-99, LVN-22, LVN-24, VN-8960, HQ-2000, LVN-45, LVN-145, LVN-98, LCH-9, LVN-61, LVN-14 và nhiều giống công nhận tạm thời (LVN-66, LVN-37, LVN-146) Nhiều tổ hợp lai có triển vọng qua khảo nghiệm ựã ựược sản xuất thử và sẽ mở rộng trong thời gian tới do có ưu thế hơn các giống trước ựây về khả năng chịu hạn, chống ựổ, sạch sâu bệnh, thắch ứng rộng

Bảng 1.1: Diện tắch, năng suất, sản lượng ngô ở Việt Nam (2000 Ờ 2009)

(1000ha)

Năng suất (tạ/ha)

Sản lượng (1000tấn)

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp 24

+ 1980 bằng 34,0% trung bình Thế giới (11/32 tạ/ha);

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp 25

+ Thời tiết nhiệt ñới gây quá nhiều biến ñộng về nhiệt ñộ, lượng mưa, gió bão

Vì vậy ñể ñạt ñược những mục tiêu trên, việc quan trọng nhất là chọn tạo các giống chống chịu phục vụ cho các vùng khó khăn, chọn tạo các giống ngô thực phẩm có năng suất và chất lượng cao, kết hợp chọn tạo bằng các phương pháp hiện ñại và truyền thống, ñẩy mạnh việc nghiên cứu các biện pháp kỹ thuật canh tác ñể phát huy tối ña tiềm năng của giống và bảo vệ môi trường sinh thái

1.3.4 Dự kiến và kế hoạch sản xuất ngô của Việt Nam ñến năm 2020

Chiến lược nghiên cứu và phát triển cây ngô của Việt Nam ñến năm 2020 (Bảng 1.2), (Viện Nghiên cứu Ngô, 2009)[8] ñã xác ñịnh:

ðẩy mạnh nghiên cứu về cây ngô góp phần ñưa diện tích ngô của cả nước ñến năm 2020 ñạt 1.500.000 ha với năng suất bình quân 60 tạ/ha và sản lượng 7,8 triệu tấn (Bảng 1.2), nhằm ñảm bảo cung cấp ñủ nguyên liệu cho chế biến thức

ăn chăn nuôi và các nhu cầu khác trong nước, từng bước tham gia xuất khẩu Cải thiện thu nhập và ñời sống cho người sản xuất ngô, nâng cao hiệu quả sử dụng ñất, lao ñộng và vốn ñầu tư

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp 26

ðẩy mạnh nghiên cứu chọn tạo giống ngô lai ñảm bảo ñủ sức cạnh tranh trên thị trường trong nước và xuất khẩu giống cho một số nước trong khu vực

ðảm bảo cung cấp giống ngô lai Việt Nam chiếm 51-55% thị phần ngô lai của

cả nước nhằm chủ ñộng hạt giống với giá bán phù hợp với khả năng ñầu tư giống của nông dân

Nghiên cứu các giải pháp về khoa học kỹ thuật nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất ngô, tăng thu nhập cho người trồng ngô, bảo vệ môi trường sinh thái, góp phần xây dựng nền nông nghiệp bền vững

Bảng 1.2: Dự kiến diện tích, năng suất và sản lượng ngô cả nước ñến 2020

(ha)

Năng suất (tạ/ha)

Sản lượng (triệu tấn)

Nguồn: Chiến lược phát triển cây ngô ñến năm 2020[8]

Ở Việt Nam một số giống ngô lai như LCH-9, VN-8960, LVN-99 ñược ra ñời

từ ñầu những năm 2000; Bên cạnh những ưu ñiểm: Có khả năng chống chịu hạn, năng suất khá thì vẫn còn tồn tại một số tính trạng như: Sản phẩm sau thu hoạch bảo quản khó khăn do lõi xốp, dễ nhiễm sâu mọt (giống LCH-9) Tỷ lệ nhiễm bệnh lá trên ngô mẹ nhiều, năng suất sản xuất hạt giống còn chưa cao (giống VN-8960) Thời gian chênh lệch tung phấn ở ngô bố và phun râu ở ngô

mẹ còn cách xa làm trở ngại cho việc sản xuất hạt giống (giống LVN-99) Công việc chọn tạo ra những giống ngô lai có năng suất cao, chống chịu tốt, thích ứng

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp 27

rộng góp phần hạn chế những tính trạng trên ñang là yêu cầu cấp thiết của sản xuất nông nghiệp nói chung và ngành Ngô nói riêng

Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ nông nghiệp 28

CHƯƠNG II VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Vật liệu nghiên cứu

Gồm 12 dòng ngô thuần ựã ựược chọn lọc, phân ra thành 2 nhóm dựa trên

+ Nhóm - chắn trung bình có ký hiệu là từ: VHB1, VHB2 VHB6 ựược tạo ra bằng phương pháp tự phối từ nguồn nguyên liệu nhập nội ở ựời tự phối S9 ựến S15 có nguồn gốc khác nhau với 2 ựối chứng là dòng D6, IL6 (dòng bố và dòng

mẹ của giống ngô lai ựơn chắn trung bình VN-8960, có khả năng chịu hạn rất tốt, ựang ựược sử dụng rộng rãi trong sản xuất tại các tỉnh Trung du, Miền núi phắa Bắc)

+ Nguồn gốc các dòng và các tổ hợp lai của chúng (kết quả lai luân phiên theo phương pháp 4 của Griffing -1956) ựược trình bày ở Bảng 2.1 và 2.2

2.2 Nội dung nghiên cứu

+ đánh giá ựặc ựiểm nông sinh học, khả năng chống chịu và năng suất của các dòng tham gia nghiên cứu ngoài ựồng ruộng

+ đánh giá khả năng chịu hạn của các dòng và các tổ hợp lai ưu tú ở các giai ựoạn cây con bằng cách gây hạn nhân tạo trong nhà lưới có mái che và giai ựoạn 7 Ờ 9 lá ựến giai ựoạn chắn sữa ngoài ựồng ruộng có ựiều khiển tưới

+ Lai luân phiên xác ựịnh KNKH về năng suất của các dòng ngô

+ đánh giá tắnh ổn ựịnh năng suất của một số tổ hợp lai triển vọng trong mạng lưới so sánh giống của Viện nghiên cứu Ngô và một số ựịa ựiểm khác