luận án tiến sĩ nông nghiệp chọn tạo giống ngô chịu hạn phục vụ chuyển đổi cơ cấu cây trồng cho một số tỉnh miền núi phía bắc

Bùi Mạnh Cường HÀ NỘI, 2020 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM --- --- BÙI VĂN HIỆU CHỌN TẠO GIỐNG NGÔ CHỊU HẠN PHỤC VỤ CHUYỂN ĐỔI CƠ CẤU

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

- -

HÀ TẤN THỤ

NGHIÊN CỨU CHỌN TẠO GIỐNG NGÔ LAI PHÙ HỢP VỚI CHUYỂN ĐỔI CƠ CẤU CÂY TRỒNG VÙNG ĐÔNG BẮC

Chuyên ngành: Di truyền và Chọn giống Cây trồng

Mã số: 9.62.01.11

LUẬN ÁN TIẾN SỸ NÔNG NGHIỆP

Người hướng dẫn khoa học

1 PGS.TS Trịnh Khắc Quang

2 TS Bùi Mạnh Cường

HÀ NỘI, 2020

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

- -

BÙI VĂN HIỆU

CHỌN TẠO GIỐNG NGÔ CHỊU HẠN PHỤC VỤ

CHUYỂN ĐỔI CƠ CẤU CÂY TRỒNG CHO MỘT SỐ TỈNH

MIỀN NÚI PHÍA BẮC

LUẬN ÁN TIẾN SỸ NÔNG NGHIỆP

HÀ NỘI, 2022

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

- -

BÙI VĂN HIỆU

CHỌN TẠO GIỐNG NGÔ CHỊU HẠN PHỤC VỤ CHUYỂN ĐỔI

CƠ CẤU CÂY TRỒNG CHO MỘT SỐ TỈNH MIỀN NÚI

PHÍA BẮC

Chuyên ngành: Di truyền và Chọn giống Cây trồng

Mã số: 9.62.01.11

LUẬN ÁN TIẾN SỸ NÔNG NGHIỆP

Người hướng dẫn khoa học

1 TS Mai Xuân Triệu

2 PGS.TS Đặng Trọng Lương

HÀ NỘI, 2022

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình thực hiện luận án tiến sỹ của mình, tôi luôn nhận được sự ủng hộ và giúp đỡ của các cơ quan, các thầy cô, bạn bè đồng nghiệp và gia đình

Trước tiên, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới TS Mai Xuân Triệu và PGS.TS Đặng Trọng Lương đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn tôi trong quá trình thực hiện và hoàn thành luận án

Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Ban lãnh đạo Viện Nghiên cứu Ngô, tập thể cán bộ Bộ môn Chọn tạo giống ngô đã tạo mọi điều kiện thuận lợi và nhiệt tình giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện luận án

Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban lãnh đạo và tập thể cán bộ Ban Đào tạo Sau đại học, Ban lãnh đạo Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam đã tạo điều kiện thuận lợi và quan tâm giúp đỡ tôi trong quá trình học tập của mình

Nhân dịp này tôi xin cảm ơn bạn bè, đồng nghiệp và đặc biệt là gia đình vợ con đã luôn động viên, khích lệ và tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp tôi hoàn thành luận án

Hà Nội, ngày …… tháng … năm 2022

Tác giả

Bùi Văn Hiệu

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận án này là công trình nghiên cứu của tôi dưới

sự chỉ dẫn của các Thầy hướng dẫn và sự giúp đỡ của đồng nghiệp Các

số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận án là hoàn toàn trung thực, các thông tin trích dẫn đều được ghi rõ nguồn gốc

Tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm về những số liệu đã công bố trong luận án

Tác giả

Bùi Văn Hiệu

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

LỜI CAM ĐOAN ii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT vii

DANH MỤC BẢNG viii

DANH MỤC HÌNH xi

1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 1

2 Mục tiêu của đề tài 3

3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 3

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài 4

5 Những đóng góp mới của đề tài 4

CHƯƠNG I TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC 6

1.1 Tổng quan sản xuất ngô trên thế giới và ở Việt Nam 6

1.1.1 Tình hình sản xuất và sử dụng giống ngô trên thế giới 6

1.1.2 Tình hình sản xuất và sử dụng giống ngô ở Việt Nam 8

1.2 Đặc điểm kinh tế, xã hội và tình hình sản xuất ngô ở các tỉnh miền núi phía Bắc 12

1.2.1 Đặc điểm tự nhiên xã hội vùng miền núi phía Bắc 12

1.2.2 Tình hình sản xuất ngô ở các tỉnh miền núi phía Bắc 17

1.2.3 Mục đích yêu cầu của chuyển đổi cơ cấu cây trồng có ngô ở các tỉnh Miền núi phía Bắc 19

1.3 Tình hình nghiên cứu chọn tạo và sử dụng giống ngô lai chịu hạn 21

1.3.1 Cơ sở sinh lý, di truyền của tính chịu hạn ở cây ngô 21

1.3.2 Ảnh hưởng của hạn tới sinh trưởng phát triển và năng suất của cây ngô 25

1.3.3 Một số quan điểm về chọn tạo giống ngô chịu hạn 28

1.3.4 Nguồn vật liệu và phương pháp đánh giá lựa chọn ngô chịu hạn 31

1.3.5 Một số tính trạng hữu ích trong việc nghiên cứu giống ngô chịu hạn .33

1.3.6 Tình hình nghiên cứu, sử dụng giống ngô lai chịu hạn trên thế giới .35

1.3.7 Tình hình nghiên cứu, sử dụng giống ngô lai chịu hạn ở Việt Nam

37

1.4 Dòng thuần và một số phương pháp chọn tạo dòng thuần 39

1.4.1 Khái niệm dòng thuần 39

1.4.2 Một số phương pháp chọn tạo dòng thuần 40

1.5 Khả năng kết hợp và phương pháp đánh giá khả năng kết hợp ngô 42

1.5.1 Khả năng kết hợp 42

1.5.2 Phương pháp đánh giá khả năng kết hợp 43

1.6 Đa dạng di truyền và ứng dụng trong chọn tạo giống ngô 46

CHƯƠNG 2 VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 49 2.1 Vật liệu nghiên cứu 49

2.2 Nội dung nghiên cứu 51

2.3 Thời gian và địa điểm nghiên cứu 51

2.4 Phương pháp nghiên cứu 52

2.4.1 Phương pháp đánh giá khả năng chịu hạn của các dòng ở giai đoạn cây con trong điều kiện gây hạn nhân tạo 52

2.4.2 Phương pháp đánh giá đặc điểm nông học, năng suất và khả năng chịu hạn của các dòng trong thí nghiệm điều khiển tưới 54

2.4.3 Phương pháp đánh giá đa dạng di truyền của các dòng nghiên cứu bằng chỉ thị SSR 56

2.4.4 Phương pháp đánh giá ưu thế lai và khả năng kết hợp của các dòng

57

2.4.5 Đánh giá khả năng chịu hạn của các tổ hợp lai luân phiên trong nhà lưới có mái che theo phương pháp Pervez H Zaidi năm 2002 58 2.4.6 Phương pháp xây dựng mô hình giống ngô mới có khả năng chịu hạn tại một số vùng chuyển đổi cơ cấu cây trồng ở miền núi phía Bắc 59 2.4.7 Xử lý số liệu 60

CHƯƠNG III KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 61 3.1 Đánh giá khả năng chịu hạn của các dòng ở giai đoạn cây con trong điều kiện gây hạn nhân tạo 61

3.1.1 Đánh giá khả năng giữ nước và khả năng phục hồi của các dòng 61 3.1.2 Đánh giá một số chỉ tiêu liên quan đến khả năng chịu hạn trong chậu của các dòng ngô 63

3.2 Đánh giá đặc điểm nông học, năng suất và khả năng chịu hạn của các dòng trong thí nghiệm điều khiển tưới 67

3.2.1 Thời gian sinh trưởng qua các giai đoạn của các dòng 68 3.2.2 Kết quả theo dõi một số đặc điểm nông học của các dòng ngô 71

3.3 Đánh giá đa dạng di truyền của 30 dòng ngô bằng chỉ thị phân tử SSR 86 3.4 Đánh giá khả năng kết hợp của các dòng 91

3.4.1 Đánh giá KNKH chung của các dòng bằng phương pháp lai đỉnh 91 3.4.2 Đánh giá KNKH riêng của các dòng và ƯTL của các THL bằng phương pháp lai luân phiên 101

3.5 Đánh giá khả năng chịu hạn của các tổ hợp lai và đánh giá khả năng thích ứng, tính ổn định của tổ hợp lai triển vọng 115

3.5.1 Đánh giá khả năng chịu hạn của các tổ hợp trong nhà lưới có mai

che vụ xuân 2016 115

3.5.2 Đánh giá khả năng thích ứng và tính ổn định của tổ hợp lai triển vọng 126

3.6 Trình diễn tổ hợp lai chịu hạn trên đất chuyển đổi cơ cấu cây trồng ở một số vùng miền núi phía Bắc 130

3.6.1 Trình diễn tổ hợp lai chịu hạn trên đất ruộng bậc thang tại Nậm Lành - Văn Chấn - Yên Bái 131

3.6.2 Trình diễn các tổ hợp lai chịu hạn trong trên đất gò đồi (tăng vụ ngô Thu Đông) tại Võ Nhai – Thái Nguyên 135

3.6.3 Trình diễn các tổ hợp lai chịu hạn trên diện tích đất chuyển đổi lúa nương tại Chiềng Sàng, Yên Châu, Sơn La 138

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 141

1 Kết luận: 141

2 Kiến nghị 142

DANH MỤC CÔNG TRÌNH, BÀI BÁO 143

ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 143

TÀI LIỆU THAM KHẢO 144

TIẾNG VIỆT 144

TIẾNG ANH 147

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

AMBIONET Asian Maize Biotechnology Network – Mạng lưới Công

nghệ Sinh học cây ngô châu Á

ASI Anthesis Silking Interval - Khoảng cách tung phấn và

phun râu

CIMMYT Centro Internacional de Mejoramiento de Maiz y Trigo –

Trung tâm cải tiến ngô và lúa mì quốc tế

CV Coefficients of variation – Hệ số biến động

DH Double haploid – Đơn bội kép

GCA General combining ability – Khả năng kết hợp chung

H MP Midparent heterosis – Ưu thế lai trung bình

H BP Heterobeltiosis – Ưu thế lai thực

H S Standard heterosis – Ưu thế lai chuẩn

KNKHC Khả năng kết hợp chung

KNKHR Khả năng kết hợp riêng

LSD Least Signification Difference – Sai khác nhỏ nhất có ý

nghĩa

P1000 Khối lượng 1000 hạt

IRRISTAT International Rice Research Institute statistical research

tool – Phần mềm quản lý nghiên cứu thống kê

QTLs Quanlititative Trait Loci- Locus tính trạng số lượng

SCA

SSI

STI

Specific Combining Ability – Khả năng kết hợp riêng Stress Susceptibility Index – Chỉ số mẫn cảm hạn Stress Tolerance Index – Chỉ số chịu bất thuận

TB Giá trị trung bình

DANH MỤC BẢNG

1.1 Tình hình sản xuất ngô trên thế giới giai đoạn 2009-2020 6 1.2 Diện tích, năng suất và sản lượng ngô của Việt Nam giai đoạn 1990

-2020 9

1.3 Diễn biến các yếu tố khí hậu của vùng Tây Bắc 15 1.4 Diễn biến các yếu tố khí hậu của vùng Đông Bắc 16 1.5 Sản xuất ngô ở các tỉnh miền núi phía Bắc giai đoạn 20015-2020 18 1.6 Giá trị các tính trạng gián tiếp dùng chọn lọc giống ngô chịu hạn

trong thí nghiệm đồng ruộng 24

2.1 Danh sách các dòng ngô tham gia thí nghiệm 49 2.2 Danh sách các mồi SSR sử dụng cho thí nghiệm phân tích đa dạng

di truyền 50

2.3 Nội dung, địa điểm và thời gian nghiên cứu 51 3.1 Khả năng giữ nước và phục hồi của các dòng trong vụ Xuân 2014 62 3.2 Một số chỉ tiêu đánh giá khả năng chịu hạn của các dòng ngô vụ

Xuân 2014 66

3.3 Diễn biến độ ẩm đất tại xã Vân Nam, Đan Phượng, vụ Đông 2014

67

3.4 Diễn biến thời tiết tại Hà Nội năm 2014 68 3.5 Thời gian sinh trưởng của các dòng tại Đan Phượng trong vụ Đông

2014 70

3.6 Chiều cao cây của các dòng tại Đan Phượng trong vụ Đông 2014 72 3.7 Đặc điểm hình thái của các dòng ngô vụ Đông 2014 74 3.8 Độ cuốn lá, độ tàn lá của các dòng ngô tại Đan Phượng vụ Đông

2014 76

3.9a Các yếu tố cấu thành năng suất của các dòng trong thí nghiệm tưới

đủ tại Đan Phượng trong vụ Đông 2014 79

3.9b Các yếu tố cấu thành năng suất của các dòng trong thí nghiệm

không tưới tại Đan Phượng trong vụ Đông 2014 80

3.10 Năng suất của các dòng trong thí nghiệm điều khiển tưới vụ Đông 2014 tại Đan Phương 83

3.11 Số allele thể hiện và hệ số PIC của 30 cặp mồi SSR 86

3.12 Tỷ lệ khuyết số liệu (M) và tỷ lệ dị hợp tử (H) của các dòng 88

3.13 Thời gian sinh trưởng của các tổ hợp lai đỉnh tại Đan Phượng 92

3.14 Đặc điểm hình thái của các tổ hợp lai đỉnh tại Đan Phượng 94

3.15 Khả năng chống chịu của các tổ hợp lai đỉnh tại Đan Phượng 96

3.16 Năng suất thực thu và ưu thế lai của các tổ hợp lai đỉnh tại Đan Phượng 98

3.17 Giá trị khả năng kết hợp chung, riêng ở tính trạng năng suất hạt của 14 dòng và 2 cây thử trong thí nghiệm lai đỉnh 99

3.18 Một số đặc điểm hình thái của các THL tại Đan Phượng 102

3.19 Khả năng chống chịu của các THL tại Đan Phượng 103

3.20 Hình thái bắp và các yếu tố cấu thành năng suất của các THL tại Đan Phượng 106

3.21 Một số yếu tố cấu thành năng suất của các THL tại Đan Phượng 107 3.22 Khả năng chịu hạn của các THL tại Đan Phượng năm 2016 109

3.23 Thời gian sinh trưởng của các THL tại Đan Phượng năm 2016 111

3.24 Giá trị trung bình năng suất thực thu và ưu thế lai ở tính trạng năng suất hạt của các THL có dòng tham gia 113

3.25 Giá trị KNKH chung (ĝi), KNKH riêng (ŝij) và phương sai KNKH riêng (2sij) ở tính trạng năng suất hạt của các dòng tham gia thí nghiệm lai luân phiên 114

3.26 Giai đoạn sinh trưởng của các THL trong thí nghiệm hạn nhân tạo vụ Xuân 2016 116

3.27 Độ cuốn lá, độ tàn lá của các THL trong thí nghiệm hạn nhân tạo vụ

Xuân 2016 118

3.28 Chiều dài bắp và đường kính bắp của các THL vụ Xuân 2016 120

3.29 Số hàng hạt và số hạt/ hàng của các THL vụ Xuân 2016 121

3.30 Tỷ lệ hạt/ bắp và khối lượng 1000 hạt của các THL vụ Xuân 2016 122

3.31 Các chỉ số chịu hạn của các THL trong thí nghiệm vụ Xuân 2016 124

3.32 Đặc điểm nông sinh học và khả năng chống chịu của VN636 128

3.33 Năng suất của VN636 trong thí nghiệm khảo sát cơ sở 129

3.34 Năng suất của VN636 trong thí nghiệm VCU 130

3.35 Một số đặc điểm nông sinh học, khả năng chống chịu và năng suất của các tổ hợp lai tại Văn Chấn - Yên Bái 132

3.36 Hiệu quả kinh tế của VN636 trong mô hình Yên Bái 134

3.37 Một số đặc điểm nông sinh học, khả năng chống chịu và năng suất của các tổ hợp lai tại Võ Nhai – Thái Nguyên 136

3.38 Hiệu quả kinh tế của VN636 trong mô hình Võ Nhai Thái Nguyên 137

3.39 Một số đặc điểm nông sinh học, khả năng chống chịu và năng suất của các tổ hợp lai trong vụ Thu Đông năm 2018 tại Yên Châu, Sơn La 138

PHẦN MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Ngô là cây lương thực có vị trí đặc biệt quan trọng trong cơ cấu sản xuất nông nghiệp toàn cầu và có tốc độ tăng trưởng cao nhất về năng suất cũng như sản lượng Ở Việt Nam, ngô là cây lương thực có vị trí quan trọng thứ 2 sau cây lúa Năm 1980, năng suất ngô nước ta chỉ bằng 34% so với trung bình thế giới, năm 1990 bằng 42%, năm 2000 bằng 59,8%, năm

2005 bằng 74,4% và năm 2010 đạt 80,8% [14] Giai đoạn từ 2005 đến

2015, sản xuất ngô trong nước có xu hướng tăng và từng bước ổn định, hình thành ngành sản xuất lớn với những thành tựu vượt bậc trên cả 3 phương diện: diện tích, năng suất, sản lượng, đưa nước ta đứng vị trí thứ 59/166 về năng suất trong các nước trồng ngô

Năm 2020, nhập khẩu ngô của Việt Nam chính thức vượt qua mốc

12 triệu tấn, đã hoàn toàn vượt qua các mốc nhập khẩu rất quan trọng trong

2 năm về trước là mức 10 triệu tấn năm 2018 và 11 triệu tấn năm 2019 Như vậy, cũng như nhiều nước đang phát triển khác, Việt Nam đang phải nhập khẩu ngô, mặc dù năng suất ngô năm 2020 đã đạt 48,7 tạ/ha, song so với năng suất trung bình của thế giới (5,64 tấn/ha) thì năng suất ngô của Việt Nam còn rất thấp Một trong những nguyên nhân chính làm giảm năng suất ngô ở Việt Nam là do ngô chủ yếu được trồng trên đất dốc (> 60% diện tích) tập trung ở vùng trung du miền núi phía Bắc Sản xuất ở những vùng này phụ thuộc chủ yếu vào nước trời

Năm 2020, diện tích ngô của vùng Trung du miền núi phía Bắc là 426,4 nghìn ha, năng suất ngô của vùng chỉ đạt 40,3 tạ/ha, bằng 83,3% so với trung bình cả nước Ở vùng này cây ngô thường bị hạn ở giai đoạn đầu vụ

Hè Thu và giai đoạn trỗ cờ tung phấn của vụ Thu Đông Do vậy, cần có một bộ

giống ngô lai chịu hạn, ngắn ngày, năng suất cao phục vụ sản xuất ngô của các tỉnh miền núi phía Bắc để giảm thiệt hại do hạn hán gây ra

Trong những năm gần đây các nhà khoa học đã nghiên cứu nhiều về giống có khả năng chịu hạn, những giống ngô lai chịu hạn trong nước hiện nay như LVN99, LVN885, AG59 tuy có khả năng chịu hạn, phù hợp cho việc chuyển đổi nhưng năng suất còn thấp, hiệu quả kinh tế chưa cao nên chưa hấp dẫn người nông dân chuyển đổi cơ cấu cây trồng sang trồng ngô Một số giống cho năng suất cao, chịu hạn tốt như: VN8960, NK67, DK9901 nhưng lại có thời gian sinh trưởng quá dài, khó khăn cho cơ cấu tăng vụ do vậy khó áp dụng cho chuyển đổi cơ cấu cây trồng ở miền núi phía Bắc Vì vậy, để chuyển đổi cơ cấu cây trồng có ngô kém hiệu quả sang cơ cấu cây trồng hiệu quả kinh

tế cao hơn, cần có một bộ giống ngô lai chịu hạn năng suất cao, ngắn ngày phù hợp cho chuyển đổi cơ cấu cây trồng kém hiệu quả sang sản xuất ngô hiệu quả hơn, tăng diện tích và sản lượng ngô, giảm nhập khẩu, tiết kiệm chi phí ngoại tệ cho Nhà nước

Ở các tỉnh miền núi phía Bắc có một diện tích rất lớn đất có thể sử dụng giống ngô chịu hạn để chuyển đổi cơ cấu, tăng vụ như: Đất trồng một

vụ ngô Hè Thu muộn bỏ hóa vụ Thu Đông, gieo vào nửa cuối tháng 4 đầu tháng 5 thu hoạch vào tháng 8 ở hầu hết các huyện Sơn La và một số huyện vùng cao của Thái Nguyên như Đại Từ, Định Hóa, Võ Nhai Cơ cấu vùng này có diện tích lớn, nếu trồng thêm 1 vụ Thu Đông cần có giống ngô chịu hạn vì cuối vụ (cuối tháng 11 đầu tháng 12) gặp hạn và rét; Đất 2 vụ ngô muốn có năng suất cao nên sử dụng giống chịu hạn trồng vụ ngô Xuân Hè gieo đầu tháng 3 tránh hạn và rét đầu năm, thu hoạch vào đầu tháng 7 sau

đó trồng ngô vụ Thu Đông gieo cuối tháng 7 đầu tháng 8 thu hoạch tháng

11, cơ cấu vùng này ở vùng núi thấp, trồng ở các bãi ven sông lớn như dọc sông Đà ở Sơn La và một số suối lớn ở Phù Yên, Mộc Châu, dọc sông Cầu,