Thu thập và đánh giá đa dạng di truyền của các mẫu giống ngô nếp và ngô tẻ địa phương

Thu thập và đánh giá đa dạng di truyền của các mẫu giống ngô nếp và ngô tẻ địa phương

1 MỞ ĐẦU

1.1 Tính cấp thiết của đề tài

Theo dự đoán của Viện Nghiên cứu Chương trình Lương thực Thế giớinhu cầu ngô toàn cầu vào năm 2020 sẽ vượt 50% so với năm 1995, tức sẽtăng từ 558 triệu tấn (1995) lên tới 837 triệu tấn vào năm 2020 Đây thực sự làthách thức lớn đối với sản xuất ngô, đặc biệt đối với các nước đang phát triển,nơi có tỷ lệ nông dân nghèo cao

Ở nước ta, trong các cây ngũ cốc thì cây ngô có vị trí quan trọng thứhai sau cây lúa và là cây màu quan trọng hàng đầu trong sản xuất nông nghiệp.Hạt ngô có hàm lượng dinh dưỡng tương đối cao: hàm lượng tinh bột tronghạt ngô chiếm 68,2/100g, chất lượng protein (% casein) đạt 32,1%, đặc biệt làtrong hạt ngô có nhiều loại amino axit không thay thế quan trọng như leucin,isoleucin, threonin, tyrosin…

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

và đồng bằng Đối với một số vùng miền núi dân tộc người H'mông, Thái,Tày, Lào, Khơ Mú lương thực chính của người dân là hạt ngô nên cây ngôlại càng quan trọng trong sản xuất nông nghiệp

Tuy nhiên, người dân tộc vùng núi cao này trồng ngô trên đất dốc (đấtđồi núi, đất nương rẫy) trong điều kiện canh tác nghèo nàn không bón phân,nước tưới hoàn toàn phụ thuộc vào nước trời nên một năm chỉ trồng được một

vụ vào mùa mưa và năng suất không cao Đây là một trong những nguyênnhân dẫn đến một số giống ngô địa phương đã và đang bị thoái hóa và mất đi

do người dân bắt đầu có xu hướng trồng thay thế bằng các giống mới có năngsuất cao hơn

Để công 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 tácchọn tạo xây dựng vật liệu khởi đầu là rất cần thiết, nó bao gồm công tác điềutra, thu thập, bảo tồn, phân loại Để góp phần vào công tác bảo tồn và chọntạo giống ngô địa phương, chúng tôi tiến hành đề tài nghiên cứu:

“Thu thập và đánh giá đa dạng di truyền của các mẫu giống ngô nếp

và ngô tẻ địa phương”

1.2 Mục đích và yêu cầu

1.2.1 Mục đích

Thu thập và đánh giá đa dạng di truyền nguồn gen ngô địa phươngnhằm xây dựng cơ sở dữ liệu góp phần bảo tồn và sử dụng nguồn gen ngô địaphương trong các chương trình chọn tạo giống ngô

- Đánh giá nguồn gen ngô địa phương về đặc điểm nông sinh học;

- Đánh giá sinh trưởng và phát triển của các mẫu giống ngô địa phương;

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

- Đánh giá khả năng chống chịu đồng ruộng của các mẫu giống ngô địaphương

1.3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

1.3.1 Ý nghĩa khoa học của đề tài

- Thu thập nguồn gen cây ngô và phân loại đánh giá đã cung cấp nguồn

dữ liệu có giá trị và ý nghĩa to lớn cho công tác chọn tạo giống ngô Tập đoànthu thập được và đánh giá chúng, hiểu biết rõ đa 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 liệutham khảo phục vụ giảng dạy.

1.3.2 Ý nghĩa thực tiễn

- Kết quả thu thập được tập đoàn công tác 59 mẫu giống ngô trong đó

có 27 mẫu giống nguồn gen ngô tẻ địa phương và 32 giống ngô nếp ở nhiềuđịa phương khác nhau ở miền Bắc Việt Nam Các mẫu giống đã được mã hóa

và được đưa vào đánh giá sơ bộ trong vụ xuân 2009

- Đã thu thập và đánh giá tập đoàn gồm 59 mẫu giống ngô trong trong

đó có 27 giống ngô tẻ, 32 giống ngô nếp đánh giá các đặc điểm thực vật học

và nông sinh học, giúp các nhà chọn giống có định hướng khi sử dụng chúnglàm vật liệu, rút ngắn được quá trình nghiên cứu tạo giống

- Phân nhóm được 27 mẫu giống ngô tẻ, 32 mẫu giống ngô nếp dựatrên hệ số đa hình, mức độ đa dạng các mẫu ngô nếp địa phương thu thập,đánh giá được ở vụ xuân 2009 này là khá đa dạng về di truyền và phong phúchủng 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 khácnhau của cây trồng và cả cây dại, thông qua các phương pháp chọn giống xác định.Các dạng cây trồng có thể là giống địa phương, giống được tập hợp từ nhiều vùngsinh thái khác nhau, các dạng cây dại cùng chi với cây trồng được thu thập từnhiều nơi trên thế giới

Nguồn gen cây trồng càng đa dạng phong phú và càng đầy đủ thì càng tạođiều 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 được thuận lợi, dễ dàng và chính xácthì công tác quĩ gen phải được xây dựng trên cơ sở lý luận khoa học vững chắc.Theo N I Vavilov, tác giả học thuyết về dãy biến dị tương đồng của thựcvật thì các loại hình thực vật gần nhau như cùng họ, cùng chi, cùng loài có hàngloạt biến dị di truyền giống nhau Người ta có thể nghiên cứu kỹ một số dạngchính của loài trong cùng một chi ở tất cả các loài Mô hình toán học của định luật

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

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

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

a, b, c là dãy biến dị tương đồng

Qui luật về dãy biến dị tương đồng có ý nghĩa đặc biệt để xác định sự đa dạngtrong 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 ởđịa phương này kiểu gen chiếm ưu thế nhưng ở địa phương khác kiểu gen khác lạihoạt động mạnh Kết quả hoạt động của kiểu gen sau khi tương tác với môi trườngxung quanh sẽ cho một loại hình tương ứng Đó là kiểu gen hay loại hình sinh tháitrong giới hạn của một loài Các loại hình sinh thái đặc trưng là các kiểu gen đặc

trưng Khi sưu tập nguồn gen cho chọn giống, cần hết sức chú ý thu thập các loạihình sinh thái địa lý.

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

dị di truyền là động lực của tiến hóa Nhờ có biến dị di truyền mà các loài mới, cácdạng mới được hình thành, thành phần của một loài ngày một đa dạng phong phú.Nhờ có biến dị di truyền mà cây dại qua quá trình chọn lọc đã trở thành cây trồng

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

Theo N.I Vavilov và P.M Zukovxki, trên thế giới có 12 trung tâm phátsinh tất cả các loại cây trồng Các trung tâm là nơi tập trung đầy đủ bộ gen của chihoặc loài trong đó có cây trồng Bên ngoài trung tâm là vùng phát tán của câytrồng, ta chỉ có thể tìm thấy sự tập trung của kiểu gen này hay kiểu gen khácnhưng không thể tìm được đầy đủ bộ gen của cả chi hoặc loài

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

Sử dụng có hiệu quả tài nguyên cây trồng là tiền đề nâng cao sản lượngnông nghiệp một cách bền vững, góp phần xóa đói giảm nghèo, an toàn lươngthực và bảo vệ môi trường trên toàn cầu Chiến lược của viện Tài nguyên ditruyền thực vật thế giới (IPGRI) hiện nay và tương lai là đa dạng sinh học chohạnh phúc loài người Con người sống hạnh phúc hơn khi thu nhập tăng, antoàn lương thực được đảm bảo, dinh dưỡng được cải thiện bền vững, môitrường sống tốt hơn và chỉ có thể bằng con đường đa dạng sinh học nôngnghiệp 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…Trênthế giới và Việt Nam, đã có nhiều nghiên cứu về cây ngô và chọn tạo giốngngô đạt được 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 điều kiện khó khăn như đất đai không màu mỡ, thiếu nước,đất dốc, nông dân nghèo, các nghiên cứu chọn tạo, đặc biệt giống ưu thế laiphù hợp cho điều kiện này còn hạn chế (Banzinger et al, 2000; Ngô Hữu Tình,1997) Tại một số vùng và địa phương có ngô là lương thực chính thì nhữnggiống ngô ưu thế lai năng suất cao phải có chất lượng phù hợp với tập quán ănuống của người dân mới được nông dân chấp nhận áp dụng trong sản xuất.Trong đó, các giống ngô địa phương đáp ứng được đầy đủ các yêu cầu trênnhư thích nghi với điều kiện khó khăn, đầu tư thấp.

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

Thu thập, đánh giá và bảo tồn giống ngô nếp địa phương các tỉnh miềnnúi Tây Bắc đã được các nhà khoa học Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nộithực hiện từ năm 2000 đến T1/2009 Kết quả điều 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 đạt được 276 giống ngô trong đó có 166 mẫu giống ngô là ngô nếp.Các giống thu về một phần bảo tồn, một phần làm thuần và hiện nay cókhoảng 2500 mẫu giống tự phối từ S1– S5[7] Bộ môn cây lương thực khoaNông học đã thu thập được 10 mẫu ngô nếp tại Sơn La và 20 mẫu ngô nếp tạiCộng hòa dân chủ nhân dân Lào Kết quả của hai đợt khảo sát cho thấy nguồngen (giống) cây ngô tại các vùng miền núi huyện Điện Biên nói riêng, vùngmiền núi phía Bắc và miền Trung Việt Nam còn nhiều, đa dạng và phong phú

Vì vậy chúng ta cần thiết phải tiến hành thu thập, bảo tồn, phân loại, đánh giáchúng để phục vụ cho công tác chọn tạo giống mới, đặc biệt là chọn tạo cácgiống ngô nếp lai cho các vùng trồng ngô hàng hoá, vùng đồng bằng và cácgiống 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 địa phương chất lượng cao đượcnhiều cơ quan nghiên cứu trong nước và các nhà khoa học quan tâm PGS.TS.TrầnVăn Minh, 2006 [4] đã phục tráng và bảo tồn thành công giống ngô nếp Cồn Hếncủa 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 đồng nghiệp đã phục tráng được giốngngô nếp Cồn Hến, giữ lại đặc điểm 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 đời nhưng nó đã và đang được ứng dụng ngàycàng nhiều vào các lĩnh vực khác nhau của đời sống xã hội, trong nghiên cứu

cơ bản, trong y tế (xác định toàn bộ trình tự gen người, sinh học phân tử cònhướng đến giải quyết nhiều vấn đề lớn: bệnh ung thư, sự phát triển phôi vàbiệt hóa mô), trong công nghiệp, nông nghiệp và ngày nay sinh học phân tửcòn đóng góp vào một lĩnh vực mới đó là khoa học máy tính

2.1.3.1 Chỉ thị PCR

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

nhiệt được tách từ một loại vi khuẩn suối nước nóng có tên là Thermus aquaticus hoạt động tốt nhất ở nhiệt độ 70-80oC, người ta đã kết hợp đượcnhững tính chất cơ bản của ADN là có khả năng duỗi xoắn ở một nhiệt độthích hợp, có khả năng kết cặp với những đoạn ADN có trình tự nucleotit bổxung với đoạn ADN khuôn mẫu và có khả năng nhân đôi dưới xúc tác củaenzym đặc hiệu để nhân bội những đoạn ADN khuôn mẫu Sau đó phát minh

ra máy PCR để 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 đoạn ADN khuôn mẫu,

ADN mồi, các nucleotit (dNTP) gồm dATP, dCTP, dGTP, dTTP và ion Mghoạt động như một xúc tác Tùy theo bản chất của những đoạn mồi sử dụng

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

2.1.3.2 Chỉ thị RAPD

Loại chỉ thị này được sinh ra bởi phản ứng PCR, do sự nhân bội nhữngđoạn ADN hệ gen, sử dụng những đoạn mồi đơn lẻ, ngẫu nhiên (randomprimer) dài khoảng 10 nucletit dưới nhiệt độ kết cặp thấp (khoảng 37oC)(Williiams và cs., 1990) Sản phẩm của phản ứng được phân tách bằng điện ditrên gel agarose, nhuộm trong ethidium bromide và quan sát dưới đèn tím.RAPD sinh ra những chỉ thị trội bởi sự có mặt hay vắng mặt những băngADN đặc trưng Vì vậy không phân biệt được thể dị hợp tử Đó là hạn chế củaloại chỉ thị này so với chỉ thị đồng trội RFLP Mặc dù vậy, chỉ thị này vẫn làmột công cụ hữu hiệu trong việc lập bản đồ những mẫu giống nhị bội, nhữngmẫu giống cận phối hay các quần thể lai trở lại Lợi thế của loại chỉ thị này làkhông cần biết những thông tin về trình tự (William và cs., 1993) Chỉ thịRAPD còn có thể sử dụng trong việc điền vào những chỗ trống trên bản đồphân tử RFLP (Chang và Meyerwitz, 1991), lập bản đồ kháng đạo ôn ở lúa(Naqvi và cs.,1995) Chỉ thị RAPD còn có một hạn chế nữa là độ nhạy củaRAPD bị phụ thuộc vào điều kiện của phản ứng, đôi khi kết quả không lặp lạiđược, đặc biệt là ở những cơ thể có bộ gen lớn như lúa mì

Để khắc phục những hạn chế này, đôi khi người ta nhân mẫu giốngnhững băng RAPD đặc hiệu, xác định trình tự của chúng rồi thiết kế nhữngđoạn mồi dài khoảng 20bp từ cả hai đầu và gọi là chỉ thị SCARs(Sequence –Characterized Amplified Region)

2.2 PHÂN LOẠI, SỰ PHÂN BỐ VÀ ĐẶC ĐIỂM THỰC VẬT HỌC

2.2.1 Phân loại thực vật

Bộ hoà thảo Graminales

Họ hoà thảo Gramineae

Tộc: maydeae Tộc này khác với các tộc khác là có hoa đơn tính Tộc

maydeae có 8 chi trong đó có chi Zea, một trong 8 chi nữa là chi Coix, trongchi này có 1 loài coix lachryma Jobi (cây ý dĩ, bo bo)

Chi: Zea Chi này có 1 loài duy nhất là Zea mays

Loài: Zea mays

Tên khoa học: Zea mays L

Ngô là cây lương thực (Zea mays ssp mays) được sử dụng nhiều hình

thức với một số nhóm chính quan trọng là [15]

Ngô bột - Zea mays L subsp mays Amylacea Group

Ngô nổ - Zea mays L subsp mays Everta Group

Ngô răng ngựa - Zea mays L subsp mays Indentata Group

Ngô đá - Zea mays L subsp mays Indurata Group

Ngô đường- Zea mays L subsp mays Saccharata Group

Ngô nếp - Zea mays L ceratina Kuleshov

Ngô vỏ - Zea mays L var tunicata Larraxnaga ex A St Hil

2.2.2 Sự phân bố của cây ngô trên thế giới

2.2.2.1 Nguồn gốc địa lý

Ngô là cây trồng lấy hạt quan trọng trong nền nông nghiệp thế giới.Hiện nay ngô được trồng rộng khắp các châu lục Về nguồn gốc đã có nhiềubằng chứng cho rằng ngô có nguồn gốc từ Trung Mỹ Những nghiên cứu vềnguồn gốc cây trồng của Vavilov (1926) đã cho rằng Mexico và Peru lànhững trung tâm phát sinh và đa dạng di truyền của ngô Đặc biệt,Harshberger năm 1893 (theo Wilkes, 1988) đã kết luận ngô bắt nguồn từMexico Hiện nay, nhiều nhà khoa học đã tìm thấy nhiều loại cây họ hànghoang dại của ngô và đã xác định được bằng khảo cổ học

Cho đến ngày nay các nhà khoa học trên thế giới hầu như đã công nhận

và thống nhất Mexico là trung tâm phát sinh cây ngô, thậm chí người ta còncho rằng cái nôi đầu tiên là thung lũng Tehuacan - nằm ở bang Puebla đông

nam Mexico Bằng chứng thuyết phục cho nhận định này là các di tích về ngôđược tìm thấy ở đây là cổ nhất và biểu hiện chuỗi tiến hoá rõ rệt nhất [2].

2.2.2.2 Nguồn gốc di truyền

Nguồn gốc di truyền cây ngô là một đề tài được tranh luận sôi nổi trongsuốt nửa cuối thế kỷ 20, có nhiều giả thuyết về nguồn gốc di truyền cây ngô

và được tóm lược như sau:

1 Là con lai giữa Teosinte và thành viên không rõ thuộc chiAndropogoneae

2 Là con lai nhị bội tự nhiên giữa các loại Á châu thuộc chi Maydeae

và Andropogoneae

3 Là con lai giữa ngô bọc, Teosinte và Tripsacum

4 Là con lai của ngô bọc Mỹ và Tripsacum Trung Mỹ tới Teosinte

5 Ngô, Teosinte và Tripsacum bắt nguồn riêng rẽ từ một dạng tổ tiên chung

6 Teosinte là nguồn gốc của ngô sau một hoặc nhiều đột biến

Ngày nay, từ những luận cứ khoa học nhiều nhà nghiên cứu ủng hộ giả thuyếtthứ 3: Ngô trồng hiện đại có nguồn gốc từ ngô bọc - dạng dại của nó đã phátsinh ở Mehicô (Trung Mỹ) Ngô bọc nguyên thuỷ đã lai tự nhiên với Teosinte

và Tripsacum thành nhiều dạng cây, một trong những dạng đã trở thành ngôtrần ngày nay (Zeamays L)

2.3 NGHIÊN CỨU VỀ NGUỒN GEN CÂY NGÔ TRÊN THẾ GIỚI

VÀ Ở VIỆT NAM

2.3.1 Nghiên cứu đa dạng di truyền nguồn gen ngô địa phương trên thế giới

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

cứu nhiều và hiệu quả Di truyền của một số tính trạng và bộ genome của nóđược biết khá rõ Một số yếu tố cho đặc điểm mấu chốt của ngô trong các loàicây giao phấn là: có giá trị đa dạng di truyền và biến dị đã được nhận biết trên

10 NST của nó, hỗ trợ thụ phấn để nhận được số hạt lớn hơn và hỗ trợ để

nhận được con cái khác nhau Cũng đã nhiều nhà khoa học nổi tiếng đã cốnghiến cả cuộc đời nghiên cứu cơ bản về ngô, cũng như kết quả và hầu hết cácphương pháp chọn giống ở cây giao phấn đều được phát triển trên cơ sởnghiên cứu ở cây ngô Khoảng 300 biến chủng ngô đã được ghi nhận ở vùngTây Bán cầu Brieger và cs (1958) và Paterniani & Goodman (1977) đã mô tả

và đánh giá tiềm năng di truyền của các biến chủng ngô ở Brazil và khu vựcliền 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 độ cao > 2000 m.Xem xét về dạng nội nhũ có 40% là ngô bột, 30% là ngô đá, 20% làngô răng ngựa, 10% là ngô nổ và 3% là ngô đường (Paterniani & Goodman,1977) Ước tính có 100.000 mẫu nguồn gen ngô được duy trì trong các ngânhàng gen trên thế giới (Chang, 1992) Năm 1994 trung tâm Cải lương ngô vàlúa mỳ quốc tế (CIMMYT) đã bảo tồn gần 11.000 mẫu nguồn gen ngô trongngân hàng gen, sau gần hai thập kỷ mẫu nguồn gen ngô đã đạt đến mức30,000 đến 35,000 mẫu nguồn gen (Taba,1994) Mục đích cuối cùng của ngânhàng gen là sử dụng chúng cho cải tiến di truyền của các loài trong tương lai

Đa dạng di truyền và số lượng mẫu nguồn gen trong các loài hiện nay lớnnhất là ngô, nó cũng được sử dụng thành công và đạt được mục tiêu của ngânhàng gen Các hoạt động liên quan đến nguồn tài nguyên di truyền có đặcđiểm chi phí cao và dài hạn, giới thiệu, trao đổi, thu thập, đặc điểm hóa, đánhgiá, tài liệu hóa và bảo tồn nguồn gen là những bước rất cần thiết Đồng thờithực hiện các hoạt động phù hợp khi đó yêu cầu ngân hàng gen duy trì cácbiến dị di truyền và đảm bảo sử dụng nguồn gen hiệu quả Nguồn tài nguyên

di truyền quan trọng là phạm vi rộng Các hoạt động trong ngân hàng gen đảmbảo 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 nguồngen hiện có cho những mục tiêu thực sự quan trọng khác Mặc dù vậy sử dụngnguồn tài nguyên di truyền ở mức thấp hiện nay là một hạn chế ở Brazil và

các nước đang phát triển Các yếu tố ảnh hưởng đến sử dụng nguồn tàinguyên di truyền ở mức thấp là thiếu tài liệu hóa và mô tả mẫu nguồn genkhông đầy đủ, thiếu những thông tin mong muốn của nhà tạo giống, mẫunguồn gen thích ứng ở mức hạn chế và không đủ cho chọn tạo giống câytrồng ở các nước đang phát triển và thiếu đánh giá nguồn gen Số hạt nguồngen không đủ cho chương trình nhân hạt là cản trở cho các nhà chọn giống sửdụng (Dowswell và cs,1996) Nhìn chung các nhà chọn giống hình như thỏamãn 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 được coi là tài nguyên

di truyền tốt nhất, bởi vì mỗi mẫu giống chứa tổ hợp các tính trạng di truyềnthỏa mãn thương trường Mặc dù đa dạng ở ngô rất lớn, các nhà tạo giống tậptrung vào một số biến chủng (Brown, 1975) Sáu mẫu giống thuần và nhữngmẫu giống có liên quan đại diện cho 70% các giống ngô ưu thế lai ở Mỹnhững 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.Điều này giải thích tại sao các nhà tạo giống tập trung vật liệu thích nghi vàcải tiến tránh bố mẹ hoang dại, giống bản địa, nguồn gen ngoài có sẵn trongngân hàng gen có thể mất thời gian dài, chi phí cao, bên cạnh đó rất khó nhậnbiết gen hữu ích chính là lý do sử dụng ngân hàng gen thấp Nhìn chung cácgiống 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 hướngcạnh tranh ngày một tăng, bởi vậy các nhà tạo giống khai thác những mẫugiống tự phối ưu tú, những mẫu giống này hy vọng cho kết quả năng suất ưuthế lai mong muốn trong một thời gian chọn tạo ngắn không đi tạo nhiều vậtliệu, đó 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 giốngngô cần chú trọng tạo ra nguồn vật liệu mới.

Theo F J Betrán*,a, J M Ribautb, D Beckband D Gonzalez de León,năm 2002 [23] đã đánh giá đa dạng và khoảng cách di truyền giữa các mẫu

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

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

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

- Đa dạng di truyền bằng marker phân tử restriction fragment lengthpolymorphisms (RFLPs) của các mẫu giống ngô nhiệt đới

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

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

Nghiên cứu đa dạng di truyền ở mức độ phân tử cho thấy: 17 mẫugiống ngô trắng nhiệt đới thuần có mặt trong lai diallel các mẫu giống và conlai đã được đánh 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 điều kiện đạm thấp Bộmarker ADN nhận biết 81 locus sử dụng làm chỉ thị 17 mẫu giống ngô Mức

độ đa dạng di truyền cao với 4,65 allel/locus và giá trị thông tin đa hình ởphạm vi 0,11 đến 0,82 Vùng genome với các locus tính trạng số lượng (QTL)cho chịu hạn biểu hiện mức độ đa dạng di truyền thấp hơn Khoảng cách ditruyền trên cơ sở số liệu marker RFLP sắp xếp các mẫu giống thuần phù hợpvới thế hệ phả hệ của chúng Tương quan được tìm thấy giữa khoảng các ditruyền và khả năng kết hợp riêng, ưu thế lai trung bình (MPH) và ưu thế laithực (HPH) khả năng phối hợp riêng tương quan chặt với khoảng cách ditruyền và tương quan chặt hơn khi điều 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 vàTrung Quốc cho kết quả đa 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 trìnhtạo 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 đãđược đánh giá bằng phân tích diallel của Griffing về KNKH của năng suấthạt, chống đổ, chiều cao bắp, thời gian ra hoa và chống sâu đục thân ngô

Châu Âu (ECB; Ostrinia nubilalis Hu¨bner) để 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, mộtquần 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 Mo17Syn (H14) C5 đổ thân hơn tổ hợp B73 x Mo17 và đối chứng Pioneer Brand

3394 Bởi vì tiềm năng năng suất cao và đặc tính nông sinh học khác trungbình đến 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 biếntrong các chương trình tạo giống, biểu hiện tiềm năng cải tiến hơn Khôngphát hiện chống chịu ECB ở nguồn gen Trung Quốc (2 môi trường trong 01năm) so với đối chứng Pioneer Brand 3184

Các nhà tạo giống đều nhấn mạnh cần mở rộng nền di truyền nguồngen ngô để đảm bảo nhận được 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 nguồnnhập nội và nguồn gen nhập nội nhiệt đới chỉ là phần rất nhỏ khoảng dưới

1% Đã có rất nhiều nghiên cứu đánh giá và sử dụng nguồn gen nhập nội chochuyển 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 gennhập nội như vậy thường không thích nghi

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

đa dạng di truyền Từ năm 1943, quỹ Rockefeller hợp tác với các nước Mỹ LaTinh đã thu thập nguồn gen ngô từ những trung tâm đa dạng chính, tạo cơ sở chocác tập đoàn ngô ở Mêhicô, Colombia và Braxin Từ đó, với sự nỗ lực của cácViện Hàn lâm khoa học quốc gia, các hội đồng nghiên cứu ngô quốc gia… màcông việc thu thập đã được mở rộng sang các nước Trung, Nam Mỹ và vùng đảoCaribe Một số thành tựu bảo tồn đa dạng nguồn gen ngô như sau:

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

quỹ gen

Số lượng mẫu

Tên ngân hàng quỹ gen Số lượng mẫu

(Nguồn: Anishettty, 1988 [5])

Bên cạnh đó, các trung tâm tài nguyên di truyền của các nước khác ởchâu Phi, châu Á và châu Âu lưu giữ một số lượng nguồn gen ngô khác nhau

2.3.2 Nghiên cứu đa dạng di truyền nguồn gen ngô địa phương ở Việt Nam

Công tác điều tra, thu thập nguồn vật liệu ngô địa phương đã được bắtđầu tiến hành từ những năm 60 Các tác giả chủ yếu thu thập mẫu, phân loạithực vật theo từng vùng lẻ tẻ Vì vậy chưa thể đánh giá một cách tổng quát,khách quan và khoa học về đa dạng di truyền ngô Việt Nam Tuy nhiên có thểthấy sự thống nhất giữa các nhà nghiên cứu là: Ngô địa phương Việt Nam tậptrung chủ yếu ở hai loài phụ chính là đá rắn (Zea mayz L Indurata Sturt.) vàngô nếp (Zea mayz L Ceratina Kulesh) Đáng tiếc là mẫu đó không được bảotồn đến ngày nay

Trong tập đoàn của Viện nghiên cứu ngô ngày nay đang bảo tồn 470mẫu 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 chính là (239), chủ yếu thunhận từ CIMMYT, Thái Lan, Cuba, Nhật Bản…Nguồn vật liệu địa phương là

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

2.3.3 Nghiên cứu chọn tạo các giống ngô

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

- Nhóm nghiên cứu truờng đại học Nông nghiệp trong giai đoạn

2003-2005, được sự hỗ trợ của đề tài chọn tạo các giống ngô đường, ngô nếp phục

vụ sản xuất (Đề tài cấp bộ, mã số B- 2004 - 32 - 89) Nhóm nghiên cứu đã laithử khả năng kết hợp của 50 tổ hợp lai, từ kết quả lai tạo đã chọn được các tổhợp ngô nếp lai ưu tú : N8 x N11, N4 x N8, N11 x N14 và N2 x N12 Các tổhợp lai có các đặc điểm tốt nhất: Thời gian sinh trưởng ngắn, trồng thử lấybắp luộc khoảng 75 - 80 ngày, thu lấy hạt từ 95 - 105 ngày Các tổ hợp ngônếp lai có màu hạt trắng, dẻo, ăn ngon, năng suất hạt đạt 40 - 45 tạ/ha cao hơngiống ngô nếp tổng hợp VN2 một cách chắc chắn

- Tại viện Nghiên cứu ngô các nhà chọn tạo giống đã chọn đuợc một

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

2.3.4 Sử dụng nguồn gen cây ngô

Nguồn gen cây ngô địa phương Việt Nam được sử dụng ít trong côngtác chọn tạo giống, ngoài một số giống tốt, đặc biệt là một số giống ngô nếp,

ở một số địa phương vẫn được nông dân gieo trồng Một số giống thụ phấn tự

do sử dụng một vài vật liệu địa phương, đặc biệt lợi dụng tính ngắn ngày Một

số nhà chọn tạo giống có sử dụng vật liệu địa phương trong việc phát triển cácvốn gen (gene pools) để làm vật liệu rút mẫu giống

Công tác tạo mẫu giống thuần từ các giống ngô địa phương trongchương trình ngô lai còn rất hạn chế do phần lớn các giống địa phương cónăng 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 Theotác giả Phan Xuân Hào (Viện nghiên cứu ngô) hàng năm các công ty sản xuấthạt giống lớn nhất công ty cổ phần giống cây trồng miền Nam, công ty Lươngnông, công ty Nông tín, công ty cổ phần giống cây trồng Trung ương cungcấp cho thị trường khoảng 1500 tấn giống, trong đó chủ yếu là các giống thụphấn 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 tyĐông Tây giá bán tới 140.000 đến 160.000 đ/kg hạt giống Tuy nhiên do hiệuquả kinh tế cao nên vẫn được 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 chọngiống, tập trung vào chọn tạo một số giống ngô thực phẩm như ngô đường,ngô nếp, ngô rau làm đa dạng thị trường giống, điều này giúp tăng hiệu quảsản xuất ngô và đáp ứng được các đòi hỏi của nền kinh tế Bên cạnh việc chọngiống 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 được ưu tiên

2.3.5 Xói mòn nguồn gen

Do ảnh hưởng của chiến tranh, thiên tai như lũ lụt, hạn hán và do khaithác 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 địa phương có nguy cơ cao bị xóimòn nguồn gen, trong đó có nhiều giống địa phương quí hiếm (ví dụ: năm

1996 số loài bị đe doạ mất là 356, năm 2003 đã là 450) Nhiều giống lúa quícủa Việt Nam có giá trị rất cao trong việc lai tạo giống lúa thơm thương mạihiện nay không thể tìm thấy tại Việt Nam mà chúng đã thuộc quyền sở hữu củamột 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 Paphiopedilumhangianum thuộc chi lan hài, đến năm 2001, sau 2 năm thu mua bùng nổ tất cảcác quần thể được biết hầu như bị tuyệt diệt ngoài thiên nhiên

Từ những thông tin phân tích cho thấy tài nguyên di truyền thực vật ởViệt Nam đã và đang bị suy giảm nghiêm trọng do tác động của các yếu tốkinh 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 đói;

- Tàn phá hệ sinh thái bao gồm nạn phá rừng và khai thác rừng khônghợp lý dẫn đến thoái hoá đất, mất hệ thống canh tác truyền thống dẫn đến mấtdần cây trồng bản địa;

- Sử dụng giống mới năng suất cao làm thay đổi cơ cấu giống cây trồng,

du nhập các loài ngoại lai

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

- Môi trường thay đổi dưới áp lực của công nghiệp hoá, đô thị hoá, tăngmạnh 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 đề nêu trên cho thấy biện pháp tổ chức và quản lýhợp lý nhiệm vụ bảo tồn để phục vụ cho khai thác, sử dụng có hiệu quả tàinguyên 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 đốc khu vực và là nghiên cứuviên của Viện tài nguyên di truyền thực vật quốc tế, 1996 cho rằng: để nângcao năng suất nông nghiệp là nhiệm vụ quan trọng của nhiều quốc gia, cácchương trình chọn tạo giống quốc gia thường thắng lợi trong cải tiến sản xuấtthông qua việc lựa chọn và đưa ra nhiều giống nhập nội năng suất cao (HYV)

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

Theo GS.PTS Nguyễn Đăng Khôi, Viện khoa học kỹ thuật nôngnghiệp Việt Nam, 1996 các tiến bộ trong nền nông nghiệp hiện đại thâm canhtăng năng suất Sự đa dạng di truyền trong các loài, được thể hiện ở vô số cácgiống cây trồng từ bao đời nay, đã và đang bị mai một một cách hết sức quantrọng Hàng loạt các giống cổ truyền thích nghi với điều kiện khí hậu và đấtđai địa phương đã bị thay thế nhường chỗ cho các giống mới năng suất cao,

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

kế hoạch cho công tác bảo tồn các giống bản địa vốn đã được gieo trồng từlâu đời

Mặc dầu, nguồn gen ngô đã được thu thập, bảo tồn khá phong phú và

an toàn Tuy nhiên, sự xói mòn nguồn gen cũng đang diễn ra từng ngày đặcbiệt là từ khi các giống ngô lai năng suất cao xuất hiện Để phục vụ tốt hơnnữa nguồn vật liệu cho công tác chọn tạo giống ngô mới và đảm bảo đa dạng

di truyền thì việc điều tra, thu thập, đánh giá, bảo tồn các giống ngô địaphương hiện nay là rất cần thiết Đặc biệt là các giống ngô nhiều bắp, bắp to,chống chịu với sâu, bệnh, và điều kiện bất thuận của môi trường…Việc bảo

tồn nguồn gen phải được thực hiện bằng nhiều phương thức như “in situ”, “exsitu”, và bảo tồn trên đồng ruộng (On farm cosevation).[5]

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

Ở VIỆT NAM

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

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

(1000ha)

Năng suất (tấn/ha)

Sản lượng (1000ha)

(Nguồn: FAOSTAT, USDA)

Theo dự báo của Viện Nghiên cứu Chương trình Lương thực thế giớivào năm 2020 tổng nhu cầu ngô thế giới là 852 triệu tấn trong đó 15% dùnglàm lương thực, 69% dùng làm thức ăn chăn nuôi, 16% dùng làm nguyên liệucho công nghiệp Ở các nước phát triển dùng 5% làm lương thực, các nướcđang phát triển 22% làm lương thực (IFPRI, 2003)

- Sản lượng ngô của Braxin năm 2008/09 dự báo đạt 49,50 triệu tấn,

điều chỉnh giảm 2,0 triệu tấn (3,88%) so với dự báo hồi tháng 1/2009 và giảm9,10 triệu tấn (15,53%) so với sản lượng 58,60 triệu tấn của năm 2007/08 doảnh hưởng của hạn hán Diện tích thu hoạch ngô năm 2008/09 dự báo đạt14,20 triệu ha, giảm 500 ngàn ha so với năm 2007/08 với năng suất sẽ đạt3,49 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 đạt 13,5 triệu tấn,điều chỉnh giảm 3,0 triệu tấn (18,18%) so với dự báo hồi tháng 1/2009 và giảm7,35 triệu tấn (35,25%) so với sản lượng 20,85 triệu tấn của năm 2007/08 dohạn hán Diện tích thu hoạch ngô dự báo đạt 2,25 triệu ha trong năm 2008/09,giảm mạnh so với 3,26 triệu ha của năm 2007/08; năng suất ngô sẽ đạt 6,00tấn/ha, giảm so với 6,40 tấn/ha của năm 2007/08 Khô hạn và nhiệt độ caovẫn tiếp tục diễn ra ở các giai đoạn sinh trưởng chủ yếu khiến dự báo năng

suất và sản lượng giảm (WAP, Feb 2009) Mỹ đã giảm từ mức 359 triệu tấn

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

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

Cây ngô được đưa vào Việt Nam từ cuối thế kỷ 17 (Nguyễn Hữu Tình và

cs, 1999) và đã 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 địa phương, năng suấtthấp nên đến những năm 1980 vẫn chỉ đạt 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 đã được trồng ở nước ta như VM1, HSB1, TH2A …đãđưa năng suất trung bình của nước ta lên 1,5 tạ/ha vào đầu nhưng năm 1990.Ngành sản xuất ngô nước ta thực sự có những bước đột phá khi chương trình pháttriển giống lai thành công Sau những thành công trong việc chọn tạo các giống laikhông quy ước như LS-3, LS-5, LS-6, LS-7…Các giống này có năng suất 3-7tấn/ha đã được mở rộng nhanh chóng trên phạm vi toàn quốc

Tiếp đến 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 đã tạo ra hàng loạt cácgiống 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 đoạn 1961 – 2008

Diện tích

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

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

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

Nguồn: Tổng cục thống kê (đến 2005), Bộ NN&PTNT (2008)[17]

Theo ước tính năm 1991 diện tích trồng giống ngô lai chưa đến 1% trênhơn 400 nghìn ha trồng ngô, đến năm 2007 giống lai đã 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 lượngcao nhất từ trước tới nay: diện tích 1.072.800, năng suất 39.6 tạ/ha, sản lượng vượtngưỡng 4 triệu tấn Đây là một tốc độ nhanh trong lịch sử phát triển ngô lai vàChâu Á góp phần đưa nghề trồng ngô của nước ta đứng trong hàng ngũ nhữngnước tiên tiến về sản suất ngô lai ở Châu Á Năm 1961, năng suất ngô nước tabằng 58% trung bình thế giới (11,2/19,4 tạ/ha) Nhưng 20 năm sau đó,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 (9,9/33,9tạ/ha).Tuy nhiên, từ năm 1980 đến nay, năng suất ngô nước ta tăng nhanhliên tục với tốc độ cao hơn trung bình thế giới, nhờ có chính sách khuyến

khích và nhiều tiến bộ kỹ thuật, cây ngô đã 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 đã đạt81,0% (39,6/49 tạ/ha) Năm 2008 diện tích ngô cả nước là 1139,8 nghìn hatăng 4,5 lần so với năm 1961, sản lượng ngô đạt 4530,9 nghìn tấn và năngsuất đạt trung bình 39,8 tạ/ha tăng 3,5 lần so với năm 1961 Hiện nay thị phầngiống ngô lai của Việt Nam chiếm khoảng 60%, chủ yếu là giống ngô lai đơn, ápdụng vào sản xuất ở tất cả các vùng sinh thái trong cả nước Các giống dài ngàynhư: 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, địa điểm và thời gian nghiên cứu

3.1.1 Vật liệu nghiên cứu

Nguồn vật liệu nghiên cứu trong các thí nghiệm là 59 mẫu giống ngô,trong đó có 27 mẫu giống ngô tẻ và 32 mẫu giống ngô nếp có nguồn gốc địaphương từ các tỉnh miền núi phía Bắc

Vật liệu được sử dụng trong thí nghiệm là nguồn gen được thu thập từmột số tỉnh miền núi phía Bắc: Bắc Kạn, Hà Giang, Điện Biên, Cao Bằng,Tuyên Quang và Hòa Bình

Các mẫu giống thu thập được là các bắp ngô được bảo quản và đánh sốthứ tự theo ký hiệu giống và được bảo quản tại Trường Đại học Nông nghiệp

Hà Nội

Các mẫu giống tham gia thí nghiệm đánh giá sự đa dạng di truyền củamột số mẫu giống ngô điển hình bằng phân tích ADN qua nhân bản ngẫunhiên PCR - RAPD bao gồm 20 mẫu giống ngô tẻ và 32 mẫu giống ngô nếpđược chọn từ tập đoàn nghiên cứu

3.1.2 Địa điểm nghiên cứu

Địa điểm thu thập nguồn gen ở một số tỉnh miền núi phía Bắc: Bắc Kạn,

Hà Giang, Điện Biên, Cao Bằng và Hòa Bình

Thí nghiệm đánh giá sự đa dạng di truyền của các mẫu giống được tiếnhành tại Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội

3.1.3 Thời gian nghiên cứu

Đề tài thực hiện thu thập từ tháng 8/2008 – 1/2009

Đánh giá nguồn gen từ tháng 1 năm 2009 đến tháng 6 năm 2009

Phân tích, phân loại tháng 7 - 8 năm 2009

3.2 Nội dung nghiên cứu

3.2.1 Thu thập, đánh giá tập đoàn mẫu giống từ nguồn địa phương

- Thu thập nguồn gen ngô địa phương;

- Thu thập tập đoàn công tác mẫu giống ngô từ nguồn địa phương miền BắcViệt Nam

- Đánh giá nguồn gen ngô địa phương;

- Đánh giá đặc điểm thực vật học của các mẫu giống;

- Đánh giá đặc điểm 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 độ đa dạng di truyền của tập đoàn nghiên cứu

- Phân nhóm theo hướng sử dụng;

- Phân tích đánh giá đa dạng di truyền dựa trên đặc điểm kiểu hình củacác mẫu giống ngô nếp và ngô tẻ địa phương trong tập đoàn;

- Khảo sát sự đa dạng di truyền của các mẫu giống điển hình bằng phântích ADN qua nhân bản ngẫu nhiên PCR - RAPD

3.3 Phương pháp nghiên cứu

3.3.1 Phương pháp thu thập và đánh giá nguồn gen

- Thu thập và đánh giá nguồn gen ngô thực hiện theo IPGRI (2001) [27],[28], [29], và theo Giáo trình chọn giống cây trồng (2005)

- Thí nghiệm tập đoàn bố trí tuần tự trên đất phù sa cổ sông Hồng khôngđược bồi hàng năm , diện tích ô thí nghiệm 10m2

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

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

3.3.2 Phương pháp đánh giá mức độ đa dạng di truyền của tập đoàn

- Phân tích mức độ đa dạng di truyền dựa trên khoảng cách ơ clit giữa

hai cá thể i và j, có giá trị quan sát trên các đặc điểm 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 đa dạng di truyền dựa trên đặc điểm kiểu hình với 16 tínhtrạng, phân nhóm nguồn vật liệu theo mô hình thống kê sinh học dựa trên kiểuhình của Mahananobis (1928) [32], bằng chương trình NTSYS pc 2.1 [31 ]

3.3.3 Phương pháp đánh giá đa dạng di truyền bằng marker phân tử

3.3.3.1 Các mồi RAPD sử dụng trong nghiên cứu

Mồi bao gồm 10 mồi RAPD đã được các tác giả trên thế giới nghiêncứu và sử dụng để phân loại cũng như xác định đa dạng di truyền của ngô.Danh sách và trình tự các mồi được trình bày ở bảng 3.1

Bảng 3.1 Các mồi RAPD dùng để đánh giá đa dạng di truyền

TT Tên mồi Trình tự mồi từ 5’ đến 3’

3.3.3.2 Chiết tách ADN ngô

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

Lá của các giống ngô nghiên cứu được lấy vào sáng sớm là lúc nồng độ

đường và tinh bột trong lá thấp, các enzyme hoạt động ít là điều kiện tốt đểtách chiết ADN.

Taq ADN polymerse 0,1l

ADN khuân mẫu 1l

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

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

Bảng 3.2 Chu trình nhiệt cho từng mồi phản ứng

Giai đoạn Nhiệt độ ( O C) Thời gian Tác dụng Số chu kỳ

3.3.3.4 Phương pháp điện di trên gel agarose

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

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

- Đun trên lò vi sóng cho đến khi tạo thành 1 dung dịch đồng nhất

- Để nguội đến khi 60OC, chuẩn bị khay và lược Đổ agarose vào khaysao cho không có bọt khí Chờ gel đông lại trong khoảng 30-40 phút Sau đó

chuyển khuôn agarose vào bể điện di cho đệm chạy TAE 1X vào bể điện disao cho đệm ngập khuông agarose khoảng 2mm, rút lược ra.

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

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

- Sau khi chạy xong mẫu được đem đi nhuộm với Ethidium Bromide trênmáy lắc

- Sau đó đem đi chụp ảnh, quan sát, phân tích

3.3.4 Các chỉ tiêu theo dõi

Các chỉ tiêu được đánh giá theo sự hướng dẫn, đánh giá và thu thập sốliệu ở các thí nghiệm so sánh giống ngô của CIMMYT

3.3.4.1 Thời gian sinh trưởng

- Ngày mọc: từ khi gieo đến khi nhú lên khỏi mặt đất (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 chín sinh lý: Là ngày khi toàn bộ bắp của công thức xuất hiệnđiểm đen ở chân hạt

3.3.4.2 Các chỉ tiêu về hình thái cây

- Chiều cao cây được đo từ mặt đất đến phân nhánh cờ đầu tiên (cm)theo dõi một tuần một lần

- Số lá được tính từ lá mầm cho đến lá dưới cờ, để đếm chính xác các láthứ 5 và lá thứ 10 được đánh dấu theo dõi một tuần một lần

- Chiều cao đóng bắp được đo từ mặt đất đến đốt lóng bắp trên cùng (cm)

- Chiều dài bông cờ được đo từ đốt có nhánh cờ đầu tiên đến điểm mútcủa nhánh cờ (cm), khả năng cho phấn của mẫu giống

- Trạng thái cây: Đánh giá sự sinh trưởng, mức độ đồng đều về chiềucao cây, chiều cao đóng bắp, kích thước bắp, sâu bệnh các cây trong ô vào

giai đoạn chín sáp đánh giá theo thang điểm 1 - 5 (1: tốt; 2: khá; 3: trung bình;4: kém; 5: rất kém).

- Độ che phủ lá bi quan sát các cây trong ô ở giai đoạn chín sáp chotheo thang điểm 1 – 5

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

+ 2: Kín ( lá bi bao kín đầu bắp)

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

+ 4: Hở ( Lá bi không che kín bắp để hở đầu bắp)

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

- Chiều dài bắp được đo từ đáy bắp đến mút bắp (cm)

- Đường kính bắp (không kể lá bi) được đo ở giữa bắp (cm)

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

3.3.4.3 Các yếu tố cấu thành năng suất

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

- Số hạt/hàng: được đếm theo hàng hạt có chiều dài trung bình trên bắp

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

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

- Khối lượng 1000 hạt (g) ở độ ẩm 14% được tính bằng cách: cân haimẫu, mỗi mẫu 500 hạt nếu độ chênh lệch giữa các mẫu nhỏ hơn 5% là chấpnhận được

- Số bắp/cây được tính bằng cách đếm số bắp và số cây thu hoạch trong

ô thí nghiệm rồi sau đó tính số bắp/cây

- Độ ẩm lúc thu hoạch được đo lúc thu hoạch = máy đo độ ẩm: KETTGrainer PM.300 (%)

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

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

Trong đó:

P(A): Số kg bắp tươi/ô

A: Độ ẩm hạt lúc thu hoạch (%)

So Diện tích ô thí nghiệm (m2)

Tỷ lệ hạt/ bắp tươi được tính trên 10 bắp

- Năng suất lý thuyết (tạ/ha) tính 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 đánh giá khả năng chống chịu được thực hiện trong điều kiện tựnhiên và chỉ những sâu bệnh quan trọng gây ảnh hưởng lớn đến năng suấtđược theo dõi:

- Sâu đục thân (Ostrinia furnacalis) (điểm) được tính theo thang điểm+ 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, đông đặc, lá và cờ kín rệp)

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

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

- Bệnh đốm lá lớn và đốm lá nhỏ (điểm) 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 được phân tích theo phương pháp thống kê sinh học, sửdụng các phần mềm xử lý thống kê nông nghiệp:

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

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

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

4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

4.1 THU THẬP VÀ PHÂN LOẠI TẬP ĐOÀN MẪU NGÔ

4.1.1 Kết quả thu thập các mẫu giống ngô từ các địa phương phía Bắc Việt Nam

Công tác thu thập được tiến hành trong hai đợt, đợt 1 cuối năm 2008 và đợt 2đầu năm 2009 Kết quả cho thấy mẫu giống cây trồng địa phương nói chung vàmẫu giống ngô nói riêng vô cùng đa dạng về đặc điểm, phân bố Phân bố theo địadanh, phân bố theo dân tộc cho thấy do đa dạng về điều kiện các tiểu vùng sinh thái

đã hình thành các mẫu giống ngô khác nhau Bên cạnh đó do tập quán canh tác,truyền thống và ăn uống của các dân tộc khác nhau đã chọn lọc các giống ngô phùhợp với đời sống kinh tế xã hội của họ Hai nguyên nhân chủ yếu này đã đem lạimức độ đa dạng di truyền nguồn gen giống ngô địa phương Những giống ngôtrong số mẫu thu thập là nhóm giống được gieo trồng trên nương và nhóm giốngtrồng trên ruộng nhưng chủ yếu là canh tác nhờ nước trời do không có nguồn nướcthuận lợi

Quá trình thu thập nguồn gen ngô nếp địa phương được tại hộ nông dân Sốlượng mẫu 3 bắp/1 mẫu giống

Bảng 4.1 Kết quả thu thập các mẫu giống ngô

TT Tên gọi địa phương Kí

hiệu mẫugi

ống

Dân tộc Nơi thu thập

Ngô tẻ

19 Hù chả Khảo Lrưng Rán GT84 H'Mông Thèn Phàng, Xí Mần, Hà Giang

23 Ngô Đú 1 GT88 Lôlô Hồng Trị, Bảo Lạc, Cao Bằng

24 Ca Đú Xí GT89 Lôlô Hồng Tri, Bảo Lạc, Cao Bằng

31 Mẹ Pụt GN118 Dao Nam Cường, Chợ đồn, Bắc Kạn

CB

46 Hù Mũ Khảo GN135 Nùng Xín Mầm Hà Giang

47 Khâu Hù Đĩ Bam GN136 Thái Pố Lỗ Hoàng Su Phì Hà Giang

57 Ngô nếp xín chải II GN147 Thái Xín Chải, Vị Xuyên, Hà Giang

KR: không rõ nguồn gốc

4.1.2 Kết quả phân loại mẫu giống ngô địa phương

Chúng tôi đã tiến hành phân loại và phân nhóm các mẫu giống ngô thuthập theo các tiêu chí khác nhau để đánh giá mức độ đa dạng, nguồn gốc củacác mẫu giống làm cơ sở cho sử dụng chọn lọc và tạo giống ngô cho vùng

canh tác nhờ nước trời Bao gồm phân bố theo địa danh của các mẫu giống,phân bố theo dân tộc và phân loại theo hệ thống phân loại thực vật.

4.1.2.1 Phân loại các mẫu giống ngô theo địa danh

Hiện nay, các tỉnh miền núi phía Bắc còn rất nhiều các giống ngô địaphương lưu giữ nhưng vì điều kiện kinh phí đề tài có hạn nên chúng tôi thuthập được 27 giống ngô tẻ và 32 giống ngô nếp theo địa danh khác nhau như:Điện Biên, Lai Châu, Hà Giang, Cao Bằng, Tuyên Quang, Bắc Kạn với sốlượng mẫu được thể hiện ở bảng 4.2 và bảng 4.3

Bảng 4.2 Phân bố các mẫu giống ngô tẻ theo địa danh

Bảng 4.3 Phân bố các mẫu giống ngô nếp theo địa danh

4.1.2.2 Phân loại các mẫu giống ngô theo dân tộc

Mỗi dân tộc thường lưu giữ những giống ngô nếp đặc trưng phù hợpvới điều kiện canh tác và mục đích sử dụng Mặt khác, đối với nhiều dân tộcvùng núi phía Bắc Việt Nam do cuộc sống còn nhiều khó khăn nên cây ngô cóvai trò quan trọng trong nông nghiệp, đặc biệt là ngô với vấn đề lương thực

Do vậy, mỗi dân tộc lưu giữ số lượng giống khác nhau

Bảng 4.4 Phân bố các mẫu giống ngô tẻ theo dân tộc

Bảng 4.5 Phân bố các mẫu giống ngô nếp theo dân tộc

Qua bảng 4.5: Giống ngô nếp với 6 mẫu chiếm tỷ lệ 19,35 % trong tổng

số mẫu đã gieo trồng, thấp nhất là ở dân tộc Thái và Dao với 3 mẫu chiếm 9,68% Trong quá trình thu thập, chúng tôi được sự giúp đỡ của trạm khuyếnnông Vị Xuyên, Hà Giang thu được thêm 10 mẫu ngô nếp chiếm 32,26%trong tổng số mẫu gieo trồng Đây là hình thức thu thập gián tiếp nên chúngtôi không xác định được dân tộc lưu giữ các giống này

4.1.2.3 Phân loại các mẫu giống ngô theo hệ thống phân loại thực vật

Bảng 4.6 Phân loại các mẫu giống tẻ theo hệ thống phân loại thực vật Các loài phụ (subspecies) Các thứ ngô (Varietas)

Theo bảng 4.6 cho thấy hầu hết các mẫu giống ngô thu được chiếm đại

đa số là thuộc nhóm ngô đá (chiếm 55,56 %), trong các mẫu giống ngô đá thì

đá vàng lại chiếm đa số Bên cạnh đó thì dạng bán răng ngựa và răng ngựa lạichỉ có hai loại màu sắc hạt là trắng và vàng

Tất cả các giống ngô nếp địa phương gieo trồng ở vụ xuân 2009 tại Gia

Lâm – Hà Nội đều thuộc loài phụ Zea mays ceratina Kulesh, chúng tôi thấy các giống nếp nằm trong 3 thứ là Var alboceratina Kulesh (26 mẫu giống), Var multicolor AL (3 mẫu giống), Var luteoceritina Kulesh (3 mẫu giống).

Như vậy, nếu xét theo hệ thống phân loại thực vật này thì các giống nếp địaphương này có quan hệ họ hàng khá gần gũi

Bảng 4.7 Phân loại các mẫu giống nếp theo hệ thống phân loại thực vật Các loài phụ (subspecies) Các thứ ngô (Varietas)

lượng % Hạt Mày hạt

4.2 ĐÁNH GIÁ CÁC MẪU GIỐNG NGÔ ĐỊA PHƯƠNG THU THẬP

4.2.1 Giai đoạn sinh trưởng và phát triển của các mẫu giống ngô

Các mẫu giống ngô địa phương tuy số mẫu ít nhưng lại rất đa dạng vềmàu sắc hạt, do vậy để tìm hiểu những đặc điểm hình thái, năng suất của sốmẫu giống này chúng tôi đã tiến hành thí nghiệm đánh giá trên đồng ruộngvào vụ Xuân năm 2009

Trong thực tiễn sản xuất và nghiên cứu khoa học việc phân loại cácgiống ngô theo thời gian sinh trưởng có ý nghĩa rất quan trọng và cần thiết.Dựa vào kết quả phân loại theo thời gian sinh trưởng có thể xác định đượcnhững vật liệu thích hợp cho việc chọn tạo giống mới, đề xuất được các giống,các bộ giống thích hợp, tạo điều kiện cho việc bố trí chế độ canh tác, xâydựng kế hoạch gieo trồng hợp lý

Bảng 4.8 Thời gian sinh trưởng của các mẫu giống ngô tẻ vụ Xuân 2009

ĐVT: Ngày

giống

Chỉ tiêu Gieo-

mọc

Gieo – trổ cờ

phun râu

Gieo-Chênh lệch TP- PR TGST