luận án tiến sĩ nghiên cứu tạo dòng ngô đơn bội kép chịu hạn bằng công nghệ kích tạo đơn bội phục vụ chọn tạo giống ngô lai

dāng các ph°¡ng pháp hián đ¿i trong chán t¿o giống nh° công nghá gen, āng dāng chỉ thß phân tử, công nghá kích t¿o đ¡n bái nhằm t¿o ra dòng/giống mãi có năng suÃt cao, chÃt l°ÿng tốt, có

VIâN KHOA HâC NÔNG NGHIâP VIâT NAM

-ö÷ -

NGUYàN ĐĆC THÀNH

NGHIÊN CĆU T¾O DÒNG NGÔ Đ¡N BàI KÉP CHàU H¾N BÄNG CÔNG NGHâ KÍCH T¾O Đ¡N BàI

PHĂC VĂ CHâN T¾O GIÞNG NGÔ LAI

LUÀN ÁN TIÀN S) NÔNG NGHIâP

HÀ NàI - 2023

VIâN KHOA HâC NÔNG NGHIâP VIâT NAM

-ö÷ -

NGUYàN ĐĆC THÀNH

NGHIÊN CĆU T¾O DÒNG NGÔ Đ¡N BàI KÉP CHàU H¾N BÄNG CÔNG NGHâ KÍCH T¾O Đ¡N BàI

PHĂC VĂ CHâN T¾O GIÞNG NGÔ LAI

Chuyên ngành: Di truyÃn và Chãn gißng cây trßng Mã sß: 9620111

LUÀN ÁN TIÀN S) NÔNG NGHIâP

NG¯äI H¯âNG DÂN KHOA HàC:

1 TS Đặng Ngãc H¿

2 PGS TS Nguyán ThÁ Hùng

HÀ NàI - 2023

LàI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận án này là công trình nghiên cāu cÿa tôi d°ãi sự chỉ dÃn cÿa các th¿y h°ãng dÃn và sự giúp đỡ cÿa đồng nghiáp Các số liáu và kết quÁ nghiên cāu trong luận án là hoàn toàn trung thực, các thông tin trích dÃn đều đ°ÿc ghi rõ nguồn gốc

Tôi hoàn toàn chßu trách nhiám về những số liáu đã công bố trong luận án

Tác giÁ

Nguyán Đćc Thành

Tôi xin trân tráng cÁm ¡n Ban lãnh đ¿o Vián Nghiên cāu Ngô, cán bá Bá môn Nông hác, Bá môn Chán t¿o giống ngô, Bá môn Công nghá sinh hác đã hß trÿ, t¿o điều kián thuận lÿi cho Tôi trong suốt quá trình thực hián luận án

Đặc biát, tôi xin tỏ lòng biết ¡n sâu sắc tãi hai th¿y h°ãng dÃn khoa hác

TS Đặng Ngãc H¿ - Phó Vián tr°çng Vián Nghiên cāu Ngô PGS.TS Nguyán ThÁ Hùng - Hác vián Nông nghiáp Viát Nam

Hai Th¿y đã giành thåi gian, tận tình h°ãng dÃn tôi thực hián đề tài và hoàn thành luận án

Tôi xin cÁm ¡n Ban quÁn lý Dự án cÃp nhà n°ãc <Nghiên cāu āng dāng công nghá kích t¿o đ¡n bái trong chán t¿o giống ngô lai=, Ban quÁn lý Đề tài cÃp bá <Nghiên cāu chán t¿o giống ngô lai ngắn ngày, chßu h¿n năng suÃt cao phāc vā chuyển đổi cây trồng cho vùng Trung du miền núi phía Bắc=, tập thể cán bá Công ty cổ ph¿n Giống cây trồng Nha Hố, Trung tâm SÁn xuÃt giống cây trồng Nha Hố đã t¿o điều kián thuận lÿi và nhiát tình giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hián đề tài nghiên cāu

Nhân dßp này, tôi xin gửi låi cÁm ¡n đặc biát đến gia đình và những ng°åi thân đã đáng viên giúp đỡ cÁ về vật chÃt và tinh th¿n để tôi hoàn thành luận án

Hà Nội, ngày tháng năm 2023

Nghiên cću sinh

Nguyán Đćc Thành

MĂC LĂC

Trang

Lái cam đoan i

Lái cÁm ¢n ii

Măc lăc iii

Danh măc chā viÁt tÃt iv

1.1 Tình hình sÁn xu¿t ngô trên thÁ gißi và ã Viãt Nam 4

1.1.1 Tình hình sÁn xuÃt ngô trên thế giãi 4

1.1.2 Tình hình sÁn xuÃt ngô ç Viát Nam 5

1.2 Nhāng nghiên cću t¿o dòng ngô đ¢n bái kép bÅng cây kích t¿o đ¢n bái 7

1.2.1 C¡ sç di truyền cÿa cây kích t¿o đ¡n bái 7

1.2.2 Quá trình hình thành và phát triển cÿa cây kích t¿o đ¡n bái 8

1.2.3 C¡ chế t¿o đ¡n bái 10

1.2.4 Nghiên cāu duy trì, phát triển và cÁi tiến cây kích t¿o đ¡n bái 11

1.2.5 Nghiên cāu về các b°ãc t¿o dòng ngô đ¡n bái kép bằng công nghá kích t¿o đ¡n bái 13

1.2.6 Nghiên cāu āng dāng công nghá kích t¿o đ¡n bái t¿i Viát Nam 24

1.2.7 Đánh giá tiềm năng cÿa các dòng ngô đ¡n bái kép đ°ÿc t¿o ra bằng công nghá kích t¿o đ¡n bái 26

1.3 Khái niãm và c¢ sã khoa hãc và khÁ năng cháu h¿n ã ngô 27

1.3.1 Khái niám và phân lo¿i h¿n 27

1.3.2 C¡ chế chống chßu h¿n cÿa cây trồng 29

1.3.3 Ành h°çng cÿa h¿n đến sÁn xuÃt ngô trên thế giãi và Viát Nam 30 1.3.4 Mát số tính tr¿ng sử dāng trong nghiên cāu khÁ năng chßu h¿n

1.5.2 Đánh giá khÁ năng kết hÿp bằng ph°¡ng pháp lai đỉnh 39

1.5.3 Đánh giá khÁ năng kết hÿp bằng ph°¡ng pháp luân giao 40

1.5.4 Đánh giá t°¡ng tác kiểu gen vãi môi tr°ång, tính ổn đßnh giống và khÁ năng kết hÿp bằng GGE Biplot 40

CH¯¡NG 2: VÀT LIâU, NàI DUNG VÀ PH¯¡NG PHÁP NGHIÊN CĆU 43 2.1 VÁt liãu nghiên cću 43

2.2 Nái dung nghiên cću 44

2.4 Quy trình chăm sóc và quÁn lý thí nghiãm đßng ruáng 51

2.5 Ph°¢ng pháp thu thÁp và xÿ lý sß liãu thí nghiãm 52

2.5.1 Thu thÁp sß liãu 52

2.5.2 Xÿ lý sß liãu thí nghiãm 53 2.6 S¢ đß nghiên cću thăc hiãn đà tài luÁn án& &&&&&&&&54

CH¯¡NG 3: KÀT QUÀ NGHIÊN CĆU 54

3.1 KÁt quÁ t¿o dòng ngô đ¢n bái kép bÅng công nghã kích t¿o đ¢n bái 54 3.1.1 Kết quÁ t¿o h¿t đ¡n bái và xử lý l°ỡng bái hóa NST 54

3.1.2 Ành h°çng cÿa nguồn vật liáu, khung thåi vā đến tỷ lá t¿o h¿t đ¡n bái 55

3.2 Đặc đißm nông sinh hãc và khÁ năng cháu h¿n và cąa các dòng ngô đ¢n bái kép 59

3.2.1 KhÁ năng chßu h¿n cÿa các dòng ngô đ¡n bái kép 59

3.2.2 Đặc điểm nông sinh hác và khÁ năng chống chßu cÿa các dòng ngô đ¡n bái kép 81

3.3 KÁt quÁ nghiên cću đa d¿ng di truyÃn và khÁ năng kÁt hāp cąa các dòng ngô đ¢n bái kép vă Xuân năm 2017 t¿i Viãn Nghiên cću Ngô 94

3.3.1 Kết quÁ nghiên cāu đa d¿ng di truyền và phân nhóm °u thế lai cho các dòng ngô đ¡n bái kép bằng chỉ thß phân tử SSR 94

3.3.2 KhÁ năng kết hÿp về năng suÃt cÿa các dòng ngô đ¡n bái kép 103

3.4 T¿o các tổ hÿp lai từ các dòng ngô đ¡n bái kép triển váng, khÁo nghiám tác giÁ 130

KÀT LUÀN VÀ ĐÂ NGHà 134

CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BÞ LIÊN QUAN ĐÀN LUÀN ÁN 136

TÀI LIâU THAM KHÀO 137

DANH MĂC CHĀ VIÀT TÂT

AFLP Amplified Fragment Length Polymorphism - Đa hình chiều dài đo¿n nhân bÁn

ASI Chênh lách thåi gian tung phÃn và phun râu Bá NN & PTNT Bá Nông nghiáp và Phát triển nông thôn

CIMMYT Centro Internacional de Mejoramiento de Maiz y Trigo - Trung tâm cÁi l°¡ng giống ngô và lúa mì quốc tế

CV(%) CS

Coefficients of variation - Há số biến đáng Cáng sự

ViÁt tÃt ViÁt đÁy đą

NSTB Năng suÃt trung bình

TAIL Tropical adapted kích t¿o đ¡n bái line - Dòng kích t¿o đ¡n bái thích āng vùng nhiát đãi

TĐ Trong điều kián t°ãi đÿ

TGST Thåi gian sinh tr°çng

DANH MĂC CÁC BÀNG

BÁng 1.1 Các phÁn āng cÿa cây trồng trong điều kián h¿n 30

BÁng 1.2 Tác đáng cÿa thåi tiết bÃt thuận tãi 8 vùng ç Viát Nam 32

BÁng 1.3 Các vùng sinh thái th°ång xÁy ra h¿n ç Viát Nam 33

BÁng 2.1 Nguồn gốc, đặc điểm vật liáu làm mẹ để t¿o h¿t đ¡n bái 43

BÁng 2.2 Thåi điểm t°ãi n°ãc cho thí nghiám t°ãi đÿ và gây h¿n 47

BÁng 2.3 Quy trình chăm sóc và quÁn lý thí nghiám 52

BÁng 3.1 Kết quÁ t¿o dòng ngô đ¡n bái kép trong vā Thu Đông và Đông năm 2017 t¿i Đan Ph°ÿng - Hà Nái 54

BÁng 3.2 Tổng bình ph°¡ng (SS) và bình ph°¡ng trung bình (MS) tỷ lá h¿t đ¡n bái trong vā Hè Thu và Thu Đông năm 2016 t¿i khu ruáng thí nghiám Vián Nghiên cāu Ngô 55

BÁng 3.3 Giá trß trung bình tỷ lá h¿t đ¡n bái thu đ°ÿc từ các nguồn vật liáu trong 2 vā Hè Thu và Thu Đông năm 2016 t¿i khu ruáng thí nghiám Vián Nghiên cāu Ngô 57

BÁng 3.4 Tỷ lá cây bß héo và cây phāc hồi cÿa các dòng ngô đ¡n bái kép vā Hè Thu năm 2017 t¿i khu nhà l°ãi Vián Nghiên cāu Ngô 59

BÁng 3.5 Ành h°çng cÿa h¿n đến chỉ tiêu chiều dài thân lá, chiều dài rß cÿa các dòng ngô đ¡n bái kép vā Hè Thu năm 2017 t¿i khu nhà l°ãi Vián Nghiên cāu Ngô 61

BÁng 3.6 Ành h°çng cÿa h¿n đến chỉ tiêu khối l°ÿng thân khô và rß khô (gram) cÿa các dòng trong điều kián t°ãi đÿ và gây h¿n trong nhà l°ãi vā Hè Thu 2017 64

BÁng 3.7 Thåi gian sinh tr°çng cÿa các dòng ngô đ¡n bái kép trong điều kián t°ãi đÿ và h¿n t¿i Ninh Thuận vā Đông Xuân 2017 - 2018 67 BÁng 3.8 Đặc điểm hình thái cÿa các dòng ngô đ¡n bái kép trong điều kián t°ãi đÿ và h¿n t¿i Ninh Thuận vā Đông Xuân 2017 - 2018 68 BÁng 3.9 Đá già hóa lá, đá cuốn lá cÿa các dòng ngô đ¡n bái kép trong điều

kián t°ãi đÿ và h¿n t¿i Ninh Thuận vā Đông Xuân 2017 - 2018 71

BÁng 3.10 Các yếu tố cÃu thành năng suÃt cÿa 24 dòng ngô đ¡n bái kép trong điều kián t°ãi đÿ và h¿n t¿i Ninh Thuận vā Đông Xuân 2017 - 2018 75 BÁng 3.11 Các yếu tố cÃu thành năng suÃt cÿa các dòng ngô đ¡n bái kép

trong điều kián t°ãi đÿ và h¿n t¿i Ninh Thuận vā Đông Xuân 2017 - 2018 77 BÁng 3.12 Năng suÃt và chỉ số chßu h¿n cÿa các dòng ngô đ¡n bái kép trong

điều kián t°ãi đÿ và gây h¿n t¿i Ninh Thuận vā ĐX 2017 - 2018 79 BÁng 3.13 Thåi gian sinh tr°çng cÿa các dòng ngô vā Đông năm 2017 và

Xuân năm 2018 t¿i Đan Ph°ÿng - Hà Nái 82 BÁng 3.14 Đặc điểm hình thái cÿa 24 dòng ngô đ¡n bái kép Vā Đông năm

2017 và Xuân năm 2018 t¿i Đan Ph°ÿng - Hà Nái 83 BÁng 3.15 Māc đá nhißm sâu bánh h¿i cÿa 24 dòng ngô đ¡n bái kép trong

vā Đông năm 2017 và Xuân 2018 t¿i Đan Ph°ÿng - Hà Nái 85 BÁng 3.16 Māc đá nhißm sâu bánh h¿i cÿa 24 dòng ngô đ¡n bái kép trong

vā Đông 2017 và Xuân 2018 t¿i Đan Ph°ÿng - Hà Nái 87 BÁng 3.17 KhÁ năng chống đổ rß, tr¿ng thái bắp, đá che kín bắp cÿa 24 dòng

ngô đ¡n bái kép trong vā Đông năm 2017 và Xuân 2018 88 BÁng 3.18 Các yếu tố cÃu thành năng suÃt và năng suÃt cÿa 24 dòng ngô

đ¡n bái kép trong vā Đông năm 2017 t¿i Vián Nghiên cāu Ngô 90 BÁng 3.19 Các yếu tố cÃu thành năng suÃt và năng suÃt cÿa 24 dòng ngô

đ¡n bái kép trong vā Xuân 2018 t¿i Vián Nghiên cāu Ngô 92 BÁng 3.20 Số allen, há số PIC và tỷ lá khuyết số liáu cÿa 23 mồi SSR 94 BÁng 3.21 Tỷ lá khuyết số liáu (%M) và tỷ lá dß hÿp tử (%H) 24 dòng ngô

ngô đ¡n bái kép 98 BÁng 3.22 Ma trận há số t°¡ng đồng (Jacard) cÿa 24 dòng ngô DH nghiên

cāu dựa trên 23 chỉ thß SSR 102 BÁng 3.23 BÁng phân tích ph°¡ng sai gáp và riêng cho 4 điểm Hòa Bình,

Đồng Nai, Thái Nguyên và Hà Nái vā Xuân 2018 1045

BÁng 3.24 Năng suÃt trung bình, giá trß khÁ năng kết hÿp chung (KNKHC) cÿa 24 dòng ngô đ¡n bái kép vãi 2 cây thử t¿i 4 điểm vā Xuân năm 2018 1056 BÁng 3.25 Năng suÃt trung bình (t¿/ha), giá trß khÁ năng kết hÿp chung

(KNKHC) và giá trß khÁ năng kết hÿp riêng (KNKHR) cÿa 24 dòng ngô đ¡n bái kép vãi 2 cây thử t¿i 4 đßa điểm vā Xuân năm 2018 108 BÁng 3.26 BÁng phân tích ph°¡ng sai tổng hÿp và 2 điều kián t°ãi đÿ, gây

h¿n t¿i Ninh Thuận vā Đông Xuân năm 2017-2018 1101 BÁng 3.27 Năng suÃt trung bình, khÁ năng kết hÿp chung (KNKHC) cÿa 24

dòng ngô đ¡n bái kép về tính tr¿ng năng suÃt trong điều kián t°ãi đÿ và gây h¿n t¿i Ninh Thuận vā Đông Xuân năm 2017 - 2018 1112 BÁng 3.28 KhÁ năng kết hÿp riêng cÿa 24 dòng ngô đ¡n bái kép vãi 2 cây

thử trong 2 điều kián t°ãi đÿ và h¿n t¿i Ninh Thuận vā ĐX năm 2017-2018 1145 BÁng 3.29 Năng suÃt h¿t trung bình cÿa 9 dòng ngô đ¡n bái kép trong điều

kián t°ãi đÿ (CT1) và gây h¿n (CT2) t¿i Ninh Thuận vā ĐX 2018 - 2019 116 BÁng 3.30 Năng suÃt trung bình cÿa 36 tổ hÿp luân giao giữa 9 dòng trong

điều kián t°ãi đÿ và h¿n t¿i Ninh Thuận vā ĐX.2018-2019 117 BÁng 3.31 KhÁ năng kết hÿp chung và riêng cÿa 9 dòng ngô đ¡n bái kép trong

2 điều kián t°ãi đÿ và h¿n t¿i Ninh Thuận vā ĐX.2018-2019 119 BÁng 3.32 Đánh giá °u thế lai trung bình (HMP) và °u thế lai thực HBP về

năng suÃt cÿa 36 tổ hÿp luân giao trong điều kián t°ãi đÿ và h¿n vā Đông Xuân năm 2018 - 2019 t¿i Ninh Thuận 124 BÁng 3.33 Kết quÁ đánh giá đặc điểm nông sinh hác và khÁ năng chống

chßu cÿa tổ hÿp ngô lai TH32 vā Xuân Hè và Thu Đông 2019 t¿i Phú Thá 131

BÁng 3.34 Kết quÁ đánh giá đặc điểm nông sinh hác và khÁ năng chống chßu cÿa tổ hÿp ngô lai TH2 vā Xuân Hè và Thu Đông 2019 t¿i Phú Thá 132 BÁng 3.35 Năng suÃt cÿa 2 tổ hÿp ngô lai TH2 và TH32 t¿i các điểm khÁo

nghiám vā Hè Thu và Thu Đông 2019 133

DANH MĂC HÌNH

Hình 1.1 Dián tích, năng suÃt, sÁn l°ÿng ngô thế giãi giai đo¿n 2014 - 2021 5 Hình 1.2 Dián tích năng suÃt sÁn l°ÿng ngô Viát Nam giai đo¿n 1990 - 2021 6 Hình 1.3 Hình Ánh bắp cây kích t¿o đ¡n bái (kích t¿o đ¡n bái) và phân lo¿i

h¿t đ¡n bái 14 Hình 1.4 Các b°ãc xử lý l°ỡng bái hóa bằng colchicine cÿa CIMMYT 19 Hình 1.5 Các b°ãc t¿o dòng ngô đ¡n bái kép t¿i Vián Nghiên cāu Ngô 25 Hình 3.1 T°¡ng quan khÁ năng kết hÿp riêng vãi tỷ lá h¿t đ¡n bái cÿa 10

nguồn vật liáu vãi 3 nguồn kích t¿o đ¡n bái trong vā Thu Đông và Vā Đông năm 2016 58 Hình 3.2 Biểu đồ thể hián sự suy giÁm chiều dài thân lá, chiều dài rß cÿa 24

dòng ngô đ¡n bái kép trong điều kián gây h¿n vā Hè Thu 2017 t¿i khu nhà l°ãi Vián Nghiên cāu Ngô 63 Hình 3.3 Biểu đồ thể hián sự suy giÁm khối l°ÿng thân khô, rß khô cÿa 24

dòng ngô đ¡n bái kép trong điều kián gây h¿n vā Hè Thu 2017 t¿i khu nhà l°ãi Vián Nghiên cāu Ngô 65 Hình 3.4 Biểu đồ thể hián sự suy giÁm chiều cao cây, cao đóng bắp cÿa 24

dòng ngô đ¡n bái kép trong điều kián gây h¿n t¿i Ninh Thuận vā ĐX 2017-2018 70 Hình 3.5 Biểu đồ thể hián sự suy giÁm chiều dài bắp (DB), đ°ång kính bắp

(ĐKB) và số hàng h¿t (SHH) cÿa các dòng ngô đ¡n bái kép trong điều kián h¿n t¿i Ninh Thuận vā Đông Xuân 2017 - 2018 74 Hình 3.6 Biểu đồ thể hián sự suy giÁm h¿t/hàng (H/H) và P.1000 h¿t cÿa

các dòng ngô đ¡n bái kép trong điều kián gây h¿n t¿i Ninh Thuận vā Đông Xuân 2017-2018 76 Hình 3.7 Mối t°¡ng quan giữa năng suÃt h¿t cÿa 24 dòng ngô đ¡n bái kép trong

điều kián t°ãi đÿ và gây h¿n nhân t¿o vãi chỉ số chßu h¿n DI 80

Hình 3.8 Kết quÁ đián di sÁn phÁm PCR mồi phi101049 cÿa 24 dòng ngô trên gel polyacrylamide 4,5% 95 Hình 3.9 Kết quÁ đián di sÁn phÁm PCR mồi nc133 cÿa 24 dòng ngô trên

gel polyacrylamide 4,5% 96 Hình 3.10 Kết quÁ đián di sÁn phÁm PCR mồi umc1862 cÿa 24 dòng ngô

trên gel polyacrylamide 4,5% 97 Hình 3.11 S¡ đồ phân nhóm đa d¿ng di truyền cÿa 24 dòng ngô đ¡n bái kép

dựa trên 23 mồi SSR theo ph°¡ng pháp phân nhóm UPGMA 101 Hình 3.12 Giá trß khÁ năng kết hÿp chung cÿa các dòng t¿i 4 điểm Hòa

Bình, Đồng Nai, Thái Nguyên và Hà Nái, vā Xuân 2018 106 Hình 3.13 Giá trß khÁ năng kết hÿp chung gáp t¿i 4 điểm Hòa Bình, Đồng

Nai, Thái Nguyên và Hà Nái vā, Xuân 2018 106 Hình 3.14 Giá trß khÁ năng kết hÿp riêng cÿa 24 dòng đ¡n bái kép t¿i Hòa

Bình, Đồng Nai, Thái Nguyên và Hà Nái vā Xuân 2018 108 Hình 3.15 Tổng hÿp giá trß khÁ năng kết hÿp riêng cÿa 24 dòng t¿i Hòa

Bình, Đồng Nai, Thái Nguyên và Hà Nái vā Xuân 2018 108 Hình 3.16 KhÁ năng kết hÿp chung cÿa 24 dòng trong điều kián t°ãi đÿ và

h¿n t¿i Ninh Thuận vā Đông Xuân năm 2017 - 2018 111 Hình 3.17 Biểu đồ sắp xếp thā tự KNKHC cÿa 24 dòng đ¡n bái kép trong

điều kián t°ãi đÿ (site 1) và h¿n (site 2) t¿i Ninh Thuận vā Đông Xuân năm 2017 - 2018 112 Hình 3.18 KhÁ năng kết hÿp riêng (KNKHR) cÿa 24 dòng trong điều t°ãi

đÿ và h¿n t¿i Ninh Thuận vā Đông Xuân năm 2017 - 2018 113 Hình 3.19 KhÁ năng kết hÿp chung cÿa 9 dòng đ¡n bái kép trong điều kián

h¿n và t°ãi đÿ t¿i Ninh Thuận 120 Hình 3.20 T°¡ng quan khÁ năng kết hÿp chung (KNKHC) và năng suÃt

h¿t (t¿/ha) cÿa 9 dòng ngô đ¡n bái kép trong thí nghiám luân giao trong 2 điều kián t°ãi đÿ và gây h¿n vā ĐX.2018-2019 t¿i Ninh Thuận 121

Hình 3.21 T°¡ng quan năng suÃt h¿t (t¿/ha) và khÁ năng kết hÿp riêng (KNKHR) cÿa 36 THL ç thí nghiám luân giao trong 2 điều kián gây h¿n và t°ãi đÿ vā ĐX.2018-2019 t¿i Ninh Thuận 122 Hình 3.22 T°¡ng quan giữa năng suÃt h¿t và °u thế lai trung bình cÿa 9

dòng đ¡n bái kép trong điều kián gây h¿n và t°ãi đÿ vā ĐX.2018-2019 126 Hình 3.23 T°¡ng quan giữa năng suÃt h¿t và °u thế lai thực cÿa 9 dòng

đ¡n bái kép trong điều kián h¿n và t°ãi đÿ vā ĐX.2018-2019 126 Hình 3.24 T°¡ng quan KNKHR và °u thế lai trung bình 9 dòng ngô đ¡n

bái kép trong điều kián t°ãi đÿ và h¿n vā ĐX.2018-2019 127 Hình 3.25 T°¡ng quan KNKHR và °u thế lai thực 9 dòng ngô đ¡n bái kép

trong điều kián t°ãi đÿ và h¿n vā ĐX.2018-2019 128 Hình 3.26 T°¡ng tác kiểu gen vãi môi tr°ång (GGEbiplot), xếp h¿ng kiểu

gen tốt nhÃt trong 2 điều kián t°ãi đÿ và gây h¿n, vā ĐX.2018 - 2019 t¿i Ninh Thuận 129

Mâ ĐÀU 1 Tính c¿p thiÁt cąa đà tài

Ngô (Zea mays L.), là cây trồng có sÁn l°ÿng h¿t đ¿t cao nhÃt thế giãi

đồng thåi đóng vai trò đặc biát quan tráng trong viác đÁm bÁo an ninh l°¡ng thực, làm nguyên liáu cho chăn nuôi, chế biến, nhiên liáu sinh hác tr°ãc những thách thāc về sự gia tăng dân số thế giãi Trong thế kỷ qua, năng suÃt ngô trên mát đ¡n vß dián tích tăng h¡n 7 l¿n nhå những nß lực kết hÿp giữa chán t¿o giống và cÁi tiến quy trình kỹ thuật canh tác SÁn xuÃt ngô ç Viát Nam từ cuối những năm cÿa thế kỷ 20 cũng không ngừng tăng liên tāc về dián tích, năng suÃt, sÁn l°ÿng: năm 2001 tổng dián tích ngô là 730.000 ha, đến năm 2005 đã tăng trên 1 triáu ha; năm 2018, dián tích ngô cÁ n°ãc 900,673 nghìn ha, năng suÃt 49,37 t¿/ha, sÁn l°ÿng g¿n 4,45 triáu tÃn Tuy vậy, sÁn xuÃt ngô ç n°ãc ta phát triển ch°a t°¡ng xāng vãi tiềm năng, sÁn l°ÿng ch°a đÿ cho nhu c¿u tiêu thā ngô trong n°ãc Năm 2022, Viát Nam nhập khÁu ngô vãi số l°ÿng là 9,57 triáu tÃn, giá trß t°¡ng āng 3,33 tỷ USD, giÁm 4,5% về l°ÿng, nh°ng tăng 15,6% kim ng¿ch và tăng 21% về giá so vãi năm 2021

Cũng nh° nhiều n°ãc trên thế giãi, ç Viát Nam, h¿n hán trong những năm qua đang là thách thāc lãn, làm Ánh h°çng nghiêm tráng đến năng suÃt ngô, đặc biát là ç những vùng trồng ngô chỉ nhå n°ãc tråi, đÃt đồi dốc, hoàn toàn không có khÁ năng t°ãi Do vậy, ch°¡ng trình ngô toàn c¿u, các quốc gia trong đó có Viát Nam đã và đang nß lực trong nghiên cāu chán t¿o giống ngô có năng suÃt cao, chßu h¿n tốt thích āng vãi biến đổi khí hậu ngày mát gia tăng Sự thành công trong công tác chán t¿o giống ngô lai phā thuác nhiều vào viác nghiên cāu chán t¿o các dòng thu¿n bố mẹ °u tú Ph°¡ng pháp chán t¿o dòng truyền thống c¿n 6 - 8 vā để t¿o ra dòng thu¿n, trong quá trình tự phối và tái hÿp đã gây ra sự phân ly các tính tr¿ng mà các nhà chán t¿o giống khó có thể kiểm soát, các tính tr¿ng th°ång chßu Ánh h°çng cÿa hiáu āng liên kết chéo Những thập niên cuối thế kỷ 20, công nghá t¿o dòng ngô đ¡n bái kép đã đ°ÿc

nghiên cāu, āng dāng thành công ç trung tâm cÁi t¿o Ngô và lúa mỳ quốc tế - CIMMYT và mát số quốc gia phát triển Trong số đó có thể kể đến công nghá t¿o dòng ngô đ¡n bái kép bằng công nghá kích t¿o đ¡n bái Công nghá này có thể h¿n chế đ°ÿc những nh°ÿc điểm cÿa ph°¡ng pháp chán t¿o giống truyền thống, có những °u điểm nh°: 1) Thåi gian t¿o ra dòng thu¿n nhanh (chỉ mÃt 2 vā), tiết kiám đ°ÿc 2/3 thåi gian t¿o dòng so vãi ph°¡ng pháp truyền thống, rút ngắn thåi gian để t¿o ra mát giống ngô lai th°¡ng m¿i; 2) Các dòng đ°ÿc t¿o ra là dòng DH, có đá đồng hÿp tử 100%; 3) Từ mát nguồn vật liáu ban đ¿u có thể t¿o ra nhiều dòng khác nhau; 4) Quy trình thực hián đ¡n giÁn

Vãi những điều kián về nguồn nhân lực và c¡ sç vật chÃt, Viát Nam hoàn toàn có thể tiếp tiếp thu và āng dāng công nghá này trong các ch°¡ng trình chán t¿o giống ngô lai Từ những lý do trên chúng tôi lựa chán đề tài: <Nghiên cću t¿o dòng ngô đ¢n bái kép cháu h¿n bÅng công nghã kích t¿o đ¢n bái phăc vă chãn t¿o gißng ngô lai=

Chán t¿o đ°ÿc các dòng và tổ hÿp lai ngô đ¡n bái kép chßu h¿n bằng công nghá kích t¿o đ¡n bái

3 Ý NGH)A KHOA HâC VÀ THĂC TIàN CĄA Đ TÀI 3.1 Ý ngh*a khoa hãc cąa đà tài

- Cung cÃp thêm số liáu, kết quÁ nghiên cāu thực nghiám về viác t¿o dòng ngô đ¡n bái kép chßu h¿n bằng ph°¡ng pháp sử dāng cây kích t¿o đ¡n bái

- Bổ sung thêm dữ liáu khoa hác cho các nhà nghiên cāu chán t¿o giống nhằm khai thác hiáu quÁ ph°¡ng pháp t¿o dòng bằng cây kích t¿o đ¡n bái

3.2 Ý ngh*a thăc tián cąa đà tài

- Đã t¿o ra đ°ÿc 24 dòng đ¡n bái kép từ 10 nguồn vật liáu °u tú khác nhau và 3 cây kích t¿o đ¡n bái

- Đã đánh giá đa d¿ng di truyền, phân nhóm °u thế lai cho 24 dòng ngô đ¡n bái kép; Xác đßnh đ°ÿc 9 dòng có khÁ năng chßu h¿n tốt: D4, D6, D7, D8, D10, D14, D20, D22 và D23

- Đã chán đ°ÿc hai tổ hÿp ngô lai triển váng D4xD7 và D14 x D22 có nhiều tính tr¿ng nông hác tốt, khÁ năng chßu h¿n, năng suÃt cao, tiềm năng phát triển thành giống ngô lai chßu h¿n, phāc vā cho nhu c¿u cÿa sÁn xuÃt

3.3 Nhāng đóng góp mßi cąa đà tài luÁn án

- Chán t¿o đ°ÿc 9 dòng ngô đ¡n bái kép chßu h¿n, sinh tr°çng phát triển và khÁ năng kết hÿp tốt;

- Từ 9 dòng triển váng đã t¿o đ°ÿc 2 tổ hÿp ngô lai mãi có khÁ năng chßu h¿n, năng suÃt trung bình cÿa tổ hÿp lai TH32 từ 76,7 3 84,4 t¿/ha cao h¡n giống đối chāng DK9901 từ 8,68 đến 14,22%, TH2 năng suÃt trung bình từ 74,6 t¿/ha đến 81,5 t¿/ha cao h¡n giống đối chāng DK9901 từ 6,1 đến 11,17% có tiềm năng phát triển, phāc vā sÁn xuÃt

4 ĐÞI T¯ĀNG VÀ PH¾M VI NGHIÊN CĆU

4.1 Đßi t°āng nghiên cću

Các giống ngô lai th°¡ng m¿i NK67, NK4300, NK7328, DK8868, DK9901, CP333, 30Y87, VN8960, LCH9 sinh tr°çng phát triển tốt, thích āng ráng, có khÁ năng chßu h¿n ngoài sÁn xuÃt đ°ÿc sử dāng làm vật liáu t¿o dòng đ¡n bái kép Ba cây kích t¿o đ¡n bái TAILP1, TAILP2 và TAILP1xTAILP2 đ°ÿc sử dāng làm cây kích t¿o đ¡n bái để t¿o h¿t đ¡n bái Dòng 21CM (mẹ giống ngô lai VN8960), CH1 (mẹ giống ngô lai LCH9) đ°ÿc sử dāng làm dòng đối chāng cho thí nghiám đánh giá khÁ năng chßu h¿n cÿa các dòng ngô đ¡n bái kép Dòng bố, mẹ giống ngô lai LVN61 Giống ngô NK7328 và DK6919 đ°ÿc sử dāng làm đối chāng trong thí nghiám khÁo sát tổ hÿp lai đỉnh và luân giao

4.2 Ph¿m vi nghiên cću

Trong khuôn khổ đề tài luận án, ph¿m vi nghiên cāu đ°ÿc tập trung vào các vÃn đề: 1) Sử dāng 10 nguồn vật liáu có khÁ năng chßu h¿n và 3 cây kích t¿o đ¡n bái nhập từ CIMMYT để t¿o dòng ngô đ¡n bái kép chßu h¿n; 2) Đánh giá đặc điểm nông sinh hác, khÁ năng chßu h¿n cÿa các dòng ngô đ¡n bái kép; 3) Đánh giá đa d¿ng di truyền, khÁ năng kết hÿp cÿa các dòng ngô đ¡n bái kép; 4) T¿o, đánh giá tổ hÿp lai từ các dòng ngô đ¡n bái kép

CH¯¡NG 1

TàNG QUAN TÀI LIâU VÀ C¡ Sâ KHOA HâC CĄA ĐÂ TÀI 1.1 Tình hình sÁn xu¿t ngô trên thÁ gißi và ã Viãt Nam

1.1.1 Tình hình sÁn xu¿t ngô trên thÁ gißi

Ngô cùng vãi lúa mỳ và lúa n°ãc là 3 cây l°¡ng thực quan tráng nhÃt trên thế giãi Năm 1961, dián tích ngô toàn thế giãi đ¿t 105,5 triáu ha, năng suÃt 19,4 t¿/ha, sÁn l°ÿng 205 triáu tÃn Năm 2011, dián tích trồng ngô thế giãi đ¿t khoÁng 172,7 triáu ha, năng suÃt bình quân 51,4 t¿/ha, sÁn l°ÿng 887,8 triáu tÃn. Năm 2016, dián tích trồng ngô thế giãi đ¿t khoÁng 194,3 triáu ha (tăng 12,5% so vãi năm 2011), năng suÃt bình quân 57,8 t¿/ha (tăng 12,5% so vãi năm 2011), sÁn l°ÿng 1.123,7 triáu tÃn (tăng 26,6% so vãi năm 2011) Năm 2021 dián tích trồng ngô là 205,9 triáu ha (tăng 6% so vãi năm 2016), năng suÃt đ¿t 58,8 t¿/ha (tăng 1,7% so vãi năm 2016), sÁn l°ÿng 1.210,4 triáu tÃn (tăng 7,7% so vãi năm 2016) Nh° vậy, so sánh 5 năm g¿n đây vãi 5 năm tr°ãc (giai đo¿n 2011 - 2016) dián tích, năng suÃt và sÁn l°ÿng ngô thế giãi tăng tr°çng chậm l¿i [168] Trong đó, Mỹ, Trung Quốc, Brazin là những n°ãc đāng đ¿u về dián tích và sÁn l°ÿng

Dân số thế giãi ngày mát tăng, năm 2011 là 7.013,4 triáu ng°åi, năm 2016 là 7432,7 triáu ng°åi (tăng khoÁng 6% so vãi năm 2011) và đến năm 2021, tăng 12,5% so vãi năm 2016, ch¿m ng°ỡng 8 tỷ ng°åi Nh° vậy, sự gia tăng dân số thế giãi giai đo¿n 2016 - 2021 tăng h¡n 2 l¿n so vãi giai đo¿n 2011 - 2016 [167] Để đáp āng an ninh l°¡ng thực, thực phÁm và làm nguyên liáu cho thāc ăn chăn nuôi, nhu c¿u về ngô tiếp tāc gia tăng trong những năm tiếp theo

Trên thế giãi, cây ngô có vai trò quan tráng trong sÁn xuÃt nông nghiáp cÿa nhiều n°ãc, góp ph¿n đÁm bÁo an ninh l°¡ng thực cho ng°åi, thāc ăn chăn nuôi và chế biến thực phÁm Tr°ãc những thách thāc về biến đổi khí hậu toàn c¿u, thiên tai gây ra, nhu c¿u con ng°åi ngày mát tăng viác nghiên cāu, āng

dāng các ph°¡ng pháp hián đ¿i trong chán t¿o giống nh° công nghá gen, āng dāng chỉ thß phân tử, công nghá kích t¿o đ¡n bái nhằm t¿o ra dòng/giống mãi có năng suÃt cao, chÃt l°ÿng tốt, có khÁ năng chống vãi những yếu tố bÃt lÿi sinh hác, phi sinh hác đang đ°ÿc nghiên cāu thực hián trong những năm g¿n đây [77]

Hình 1.1 Diãn tích, năng su¿t, sÁn l°āng ngô thÁ gißi giai đo¿n 2014 - 2021

Nguồn: (FAOSTAT, 2023)[168]

1.1.2 Tình hình sÁn xu¿t ngô ã Viãt Nam

T¿i Viát Nam ngô là cây l°¡ng thực quan tráng thā hai sau cây lúa n°ãc và là cây màu quan tráng nhÃt Ngô không những cung cÃp l°¡ng thực cho ng°åi, làm thāc ăn cho chăn nuôi mà còn cung cÃp nguyên liáu cho các ngành công nghiáp chế biến nhiên liáu sinh hác, làm bánh kẹo, đóng đồ háp, làm d°ÿc phÁm Ngành sÁn xuÃt ngô cÿa Viát Nam tăng tr°çng liên tāc trong 25 năm qua Thành công đó có ph¿n đóng góp quan tráng cÿa ch°¡ng trình phát triển giống ngô lai Viát Nam và các công ty giống đa quốc gia đ°a vào trồng trên ph¿m vi cÁ n°ãc

.0200.0400.0600.0800.01000.01200.01400.0

Năm 1991, dián tích trồng giống lai chiếm ch°a đến 1% cÿa h¡n 447 nghìn ha trồng ngô, năng suÃt đ¿t 15,0 t¿/ha và sÁn l°ÿng đ¿t 672 nghìn tÃn Đến năm 2011, dián tích trồng ngô đ¿t 1.121,3 nghìn ha, năng suÃt đ¿t 43,13 t¿/ha, vãi sÁn l°ÿng 4.835,7 nghìn tÃn Năm 2016, dián tích trồng ngô Viát Nam đ¿t 1.151,8 nghìn ha (tăng 2,7% so vãi năm 2011), năng suÃt đ¿t 45,53 t¿/ha (tăng 5,6% so vãi năm 2011), sÁn l°ÿng đ¿t 5.244,1 nghìn tÃn (tăng 8,4% so vãi năm 2011)

Hình 1.2 Diãn tích năng su¿t sÁn l°āng ngô Viãt Nam giai đo¿n 1990 - 2021

(Nguồn: FAOSTAT, 2023)[168] So vãi năm 2016, năm 2021 dián tích trồng ngô Viát Nam là 900,7 nghìn ha (giÁm 21,8%), năng suÃt đ¿t 49,37 t¿/ha (tăng 7,8%), vãi sÁn l°ÿng 4.446,4 nghìn tÃn (giÁm 15,2%) So vãi năm 1990 khi ch°a trồng giống lai thì năm 2021 dián tích tăng 2,0 l¿n, năng suÃt tăng 3,3 l¿n và sÁn l°ÿng tăng 6,6 l¿n Tuy nhiên năng suÃt ngô Viát Nam chỉ bằng 83% so vãi năng suÃt ngô trung bình cÿa thế giãi [168]

0100020003000400050006000

Nh° vậy, nhu c¿u về ngô vÃn tiếp tāc tăng trong những thập niên tiếp theo, không những trên ph¿m vi toàn c¿u nói chung mà còn ç Viát Nam nói riêng Trong khi đó, viác tăng dián tích sÁn xuÃt ngô là có giãi h¿n, ch°¡ng trình ngô toàn c¿u và các ch°¡ng trình quốc gia đang nß lực tập trung vào tăng năng suÃt, sÁn l°ÿng Viát Nam, không nằm ngoài xu h°ãng chung đó, mát trong những đßnh h°ãng trong ch°¡ng trình phát triển ngô ç Viát Nam là phát triển những giống ngô lai có khÁ năng chßu h¿n, năng suÃt cao, ổn đßnh phāc vā cho nhu c¿u cÿa sÁn xuÃt [4], [8], [17] Để chán t¿o giống ngô lai chßu h¿n, có nhiều h°ãng nghiên cāu khác nhau nh°: Công nghá chuyển gen chßu h¿n, āng dāng công nghá sinh hác, công nghá đ¡n bái [166] Trong ph¿m vi nghiên cāu cÿa đề tài luận án này, tác giÁ đã lựa chán āng dāng công nghá kích t¿o đ¡n bái để t¿o dòng ngô đ¡n bái kép chßu h¿n Các ph¿n sau sẽ giãi thiáu chi tiết về công nghá và những āng dāng trong chán t¿o và phát triển giống ngô lai

1.2 Nhāng nghiên cću t¿o dòng ngô đ¢n bái kép bÅng cây kích t¿o đ¢n bái 1.2.1 C¢ sã di truyÃn cąa cây kích t¿o đ¢n bái

KhÁ năng kích t¿o đ¡n bái đ°ÿc kiểm soát bçi đa gen [86] Để tìm hiểu c¡ sç di truyền cÿa viác t¿o ra thể đ¡n bái, mát số nghiên cāu về lập bÁn đồ QTL giữa cây kích t¿o đ¡n bái và cây ngô thông th°ång đã đ°ÿc thực hián, các nhà nghiên cāu đã xác đßnh đ°ÿc 8 QTL khác biát cÿa cây kích t¿o đ¡n bái so vãi cây ngô thông th°ång [118] Deimling và cáng sự năm 1997 đã tiến hành lập bÁn đồ di truyền đ¿u tiên cho cây kích t¿o đ¡n bái [62] Kết quÁ lập bÁn đồ di truyền đã xác đßnh đ°ÿc 2 QTLs trên nhißm sắc thể (NST) số 1 và số 2 giÁi thích 17,9% sự khác biát cÿa ph°¡ng sai kiểu hình và 1 QTL chính nằm trên NST số 1 đ°ÿc cho là Ánh h°çng lãn đến viác t¿o ra thể đ¡n bái [31]

20%[117] Nghiên cāu kết hÿp trên toàn bá há gen (GWAS) đã sử dāng 53 dòng ngô kích t¿o đ¡n bái và 1.482 nguồn ngô không phÁi là kích t¿o đ¡n bái,

kết quÁ đã chia qhir1 thành 2 vùng, vùng qhir11 và qhir12, đánh giá tỉ lá đ¡n bái cÿa các kiểu gen cÿa 2 vùng kết quÁ cho thÃy chỉ có vùng qhir11 mãi có

liên quan đáng kể đến viác gây ra kích t¿o đ¡n bái [78], [110]

Trong vùng qhir11, mát gen mã hóa phospholipase A đ°ÿc ba nhóm nghiên

cāu đác lập xác đßnh là nguyên nhân gây ra đ¡n bái và đ°ÿc đặt tên là MTL [84], NLD [75] và ZmPLA1 [91] Những nghiên cāu g¿n đây đã xác đßnh, gen ZmDMP

mã hóa protein DUF679 nằm trong QTL qhir8 là nguyên nhân làm thay đổi trình

tự nucleotide để t¿o đ¡n bái [164] Nghiên cāu cÿa Yuan Li năm 2021 đã xác đßnh alen mÃt chāc năng (ZmPLD3) cũng là mát trong những nguyên nhân gây ra đ¡n bái [89] Đến nay, c¡ sç di truyền để kích ho¿t, t¿o ra thể đ¡n bái tiếp tāc đ°ÿc nhiều nhà khoa hác trên thế giãi nghiên cāu và làm rõ

1.2.2 Quá trình hình thành và phát trißn cąa cây kích t¿o đ¢n bái

Stadler và Randolph là những ng°åi đ¿u tiên mô tÁ, phát hián ra tỷ lá đ¡n bái trong qu¿n thể ngô tự nhiên [109] KhoÁng hai thập kỷ sau, Chase đã tìm ra h¿t đ¡n bái ç t¿n suÃt thÃp khoÁng 1/1.000 ç các nguồn vật liáu ngô khác nhau ç Mỹ [58] Các nhà nghiên cāu chán t¿o giống đã nhận thÃy tiềm năng lãn cÿa t¿o đ¡n bái trong nghiên cāu di truyền và chán t¿o giống ngô Do vậy, có nhiều công trình nghiên cāu tiếp theo đ°ÿc thực hián vãi māc tiêu t¿o ra cây kích t¿o đ¡n bái mãi (kích t¿o đ¡n bái)[74]

Trong ph°¡ng pháp t¿o dòng bằng cây kích t¿o đ¡n bái, các nguồn vật liáu °u tú đ°ÿc sử dāng làm mẹ, dòng bố là cây kích t¿o đ¡n bái đ°ÿc lÃy phÃn để lai sang nguồn mẹ, thể đ¡n bái đ°ÿc t¿o ra sẽ thừa h°çng toàn bá nền di truyền từ tế bào chÃt và di truyền từ nhân cÿa nguồn mẹ [56] Do vậy, sự đa d¿ng về di truyền cÿa các dòng ngô đ¡n bái kép đ°ÿc t¿o ra phā thuác vào nguồn mẹ, nguồn vật liáu khçi đ¿u t¿o ra nguồn mẹ, ph°¡ng pháp này có tiềm năng di truyền trong t¿o dòng ngô đ¡n bái kép phāc vā cho ch°¡ng trình chán

t¿o giống ngô lai Nguồn kích t¿o đ¡n bái đ¿u tiên đ°ÿc t¿o ra vãi tên gái là Stock6 có thể gây kích t¿o đ¡n bái vãi tỷ lá trung bình đ¿t từ 1 - 3 % [43]

Những nghiên cāu tiếp theo vãi māc tiêu cÁi thián tính thích āng cÿa cây kích t¿o đ¡n bái trong các điều kián khí hậu và nâng cao tỷ lá t¿o đ¡n bái (HIR) dựa trên nguồn kích t¿o ban đ¿u Stock6 đã đ°ÿc thực hián [133] Trong suốt hai thập kỷ, cây kích t¿o stock 6 đã đ°ÿc sử dāng để phát triển ra cây kích t¿o đ¡n bái mãi vãi đặc tính nông hác tốt và cho tỷ lá h¿t đ¡n bái cao, nh° hai nguồn kích t¿o UH400, RWS đ°ÿc Röber và cáng sự năm 2005 t¿o ra [125], MHI đ°ÿc Chalyk năm 1999 chán t¿o [53] và PHI đã đ°ÿc Rotarenco và cáng sự năm 2010 nghiên cāu chán t¿o [127] Các nguồn kích t¿o đ¡n bái mãi này đều thích āng tốt vãi nhiều điều kián môi tr°ång ôn đãi khác nhau, tỷ lá từ HIR trong khoÁng 6-15%, từ đó các nhà nghiên cāu đã đ°a ra đßnh h°ãng t¿o dòng đ¡n bái kép (DH) vãi quy mô lãn phāc vā cho các ch°¡ng trình chán t¿o giống ngô lai th°¡ng m¿i

Tr°ãc năm 2012, cây kích t¿o đ¡n bái có tỷ lá đ¡n bái cao chỉ thích āng tốt trong điều kián ôn đãi và ch°a thích āng và phổ biến vãi điều kián nhiát đãi CIMMYT và tr°ång Đ¿i hác Hohenheim cÿa Đāc đã cùng nhau phát triển thành công cây kích t¿o đ¡n bái thích āng vùng nhiát đãi vãi tên gái (Tropically Adapted Kích t¿o đ¡n bái Lines - TAIL) Thế há dòng kích t¿o đ¡n bái thích āng vùng nhiát đãi đ¿u tiên có đặc tính nông hác tốt, cây khỏe h¡n so vãi dòng kích t¿o ôn đãi và cho tỷ lá t¿o h¿t đ¡n bái từ 6-9% [48] Nhận thÃy tiềm năng có thể cÁi t¿o và phát triển tính thích āng, khÁ năng chống chßu và nâng cao HIR, CIMMYT đã phát triển TAIL thế há thā hai có tỷ lá HIR từ 9 đến 14% và có đặc điểm nông hác tốt h¡n so vãi TAIL thế há thā nhÃt [51] Cây kích t¿o đ¡n bái mang gen chỉ thß Anthocyanin có tính trái khi lai vãi các nguồn vật liáu sẽ biểu hián màu ç thế há con lai, giúp phân biát đ°ÿc thể đ¡n bái và thể lai ç các giai đo¿n khác nhau nh° ç h¿t khô, h¿t m¿m, cây tr°çng thành [49]

1.2.3 C¢ chÁ t¿o đ¢n bái

Có rÃt nhiều công trình nghiên cāu về c¡ chế t¿o thể đ¡n bái và những giÁi thích quá trình hình thành thể đ¡n bái Tuy nhiên, đến nay c¡ chế t¿o ra thể đ¡n bái vÃn ch°a đ°ÿc làm sáng tỏ [49] Khi lai cây kích t¿o đ¡n bái vào nguồn mẹ (vật liáu) phÃn cÿa cây kích t¿o đ¡n bái là yếu tố để t¿o ra h¿t đ¡n bái, nghiên cāu hàng ngàn h¿t phÃn cÿa cây kích t¿o đ¡n bái nhiều nghiên cāu đã xác đßnh là phÃn hoa từ cây kích t¿o Stock 6 đều bình th°ång vãi 3 nhân [129]

Trong nái nhũ cÿa h¿t đ¡n bái đ°ÿc xác đßnh là tam bái mà không phÁi là tā bái, đã lo¿i trừ khÁ năng có hai tế bào tinh trùng đ¡n bái hoặc mát tế bào l°ỡng bái duy nhÃt thā tinh cho tế bào trung tâm [129] Nghiên cāu h¿t phÃn trong phòng thí nghiám, các h¿t phÃn cÿa cây kích t¿o đ°ÿc kích thích nÁy m¿m trong ống nghiám đã t¿o ra hai ống phÃn thay vì mát vãi t¿n suÃt cao h¡n so vãi các nguồn không phÁi kích t¿o đ¡n bái [114] Nghiên cāu về thåi gian nÁy m¿m cÿa h¿t phÃn đã xác đßnh h¿t phÃn cÿa cây kích t¿o đ¡n bái nÁy m¿m chậm h¡n so vãi h¿t phÃn ngô th°ång [149] Các vi bào tử dß bái đ°ÿc tìm thÃy trong tinh trùng h¿t phÃn kích t¿o đ¡n bái và xuÃt hián vãi t¿n suÃt cao có thể do phân chia nhißm sắc thể bÃt th°ång dÃn đến sự phát triển không bình th°ång cÿa tinh trùng dß bái, điều này đ°ÿc dự đoán có thể do sự phân chia nhißm sắc thể bÃt th°ång dÃn đến sự hình thành, phát triển cÿa tinh trùng dß bái [88]

Có hai giÁ thuyết trái ng°ÿc nhau kèm theo thực nghiám đ°ÿc đ°a ra để giÁi thích hián t°ÿng đ¡n bái: (i) thā tinh đ¡n thay vì thā tinh kép bình th°ång; (ii) lo¿i bỏ nhißm sắc thể cÿa bố (kích t¿o đ¡n bái) sau quá trình thā tinh bình th°ång Kết quÁ đã chỉ ra t¿n suÃt cao cÿa hián t°ÿng dß hÿp tử và đào thÁi phôi khi trong quá trình t¿o thể đ¡n bái, điều này cho thÃy hián t°ÿng thā tinh đ¡n đã xÁy ra mà không phÁi quá trình thā tinh kép Quan sát bằng kính hiển vi về quá trình t¿o phôi sau khi h¿t phÃn cây kích t¿o đ°ÿc thā phÃn đã xác đßnh các noãn đ°ÿc thā tinh là đ¡n lẻ [138] Điều này đã đ°a ra căn cā trực tiếp để chāng minh cho quá trình thā tinh đ¡n lẻ mà không phÁi là thā tinh kép Những nghiên

cāu này chỉ ra hián t°ÿng đ¡n bái cÿa mẹ là kết quÁ cÿa quá trình thā tinh bÃt th°ång trong đó mát tinh trùng thā kết hÿp vãi nhân trung tâm hình thành nái nhũ, tinh trùng khác không kết hÿp đ°ÿc vãi tế bào trāng để hình thành noãn Trái ng°ÿc vãi những nghiên cāu ç trên, có những nghiên cāu đã chāng minh về quá trình thā tinh kép bình th°ång khi cây mẹ sử dāng h¿t phÃn cÿa cây kích t¿o đ¡n bái Mát số nghiên cāu đã khẳng đßnh sự có mặt cÿa các đo¿n nhißm sắc thể cây kích t¿o đ¡n bái trong các thể đ¡n bái cÿa mẹ, điều đó đã chāng minh cho quá trình thā tinh kép sÁy ra, sau đó nhißm sắc thể cÿa cây kích t¿o đ¡n bái bß lo¿i bỏ trong quá trình phát triển cÿa phôi [120], [163] Khi sử dāng cây kích t¿o đ¡n bái mang gen chỉ thß R1-nj (chỉ thß màu tím trên nái nhũ cÿa h¿t) kết hÿp vãi chÃt đánh dÃu d¿u cao trong phôi thì phát hián h¿t đ¡n bái t¿o ra có sắc tố màu trên nái nhũ sẽ må và phôi h¿t đ¡n bái sẽ có nhiều d¿u, điều đó đ°a ra giÁ thuyết các đo¿n nhißm sắc thể đã đ°ÿc tích hÿp vào h¿t đ¡n bái [87] Khi cây kích t¿o đ¡n bái có mang những dÃu hiáu đã đ°ÿc đánh dÃu lai vãi vật liáu mẹ thu đ°ÿc h¿t đ¡n bái mang đi phân tích thì thÃy các nhißm sắc thể đã đ°ÿc đánh dÃu xuÃt hián vãi t¿n số thÃp trong các h¿t đ¡n bái, điều này đã minh chāng cho viác lo¿i bỏ các nhißm sắc thể cây kích t¿o đ¡n bái khi hình thành h¿t đ¡n bái [163] Nhiều nghiên cāu khác đã khẳng đßnh quá trình thā tinh kép đã xÁy ra, nhißm sắc thể bß lo¿i bỏ trong tu¿n đ¿u tiên sau quá trình thā tinh và đ°ÿc tìm thÃy trong thể dß bái, nhißm sắc thể bß lßi trong trong phôi và nái nhũ khi hình thành thể đ¡n bái, những nghiên cāu này đã chāng minh cho viác lo¿i bỏ các nhißm sắc thể cây kích t¿o đ¡n bái trong quá trình hình thành thể đ¡n bái [88], [120]

1.2.4 Nghiên cću duy trì, phát trißn và cÁi tiÁn cây kích t¿o đ¢n bái

Mát trong những māc tiêu chính trong t¿o dòng đ¡n bái kép bằng cây kích t¿o đ¡n bái là cÁi thián tỷ lá h¿t đ¡n bái (HIR), tích hÿp các dÃu hiáu mãi để thuận lÿi cho viác xác đßnh thể đ¡n bái và cÁi thián đặc tính nông sinh hác, khÁ năng chống chßu cÿa cây kích t¿o đ¡n bái Các nghiên cāu đã khẳng đßnh

HIR có thể đ°ÿc cÁi thián thông qua viác lựa chán các qu¿n thể cây kích t¿o đ¡n bái đã phân ly, lựa chán các cá thể/cây kích t¿o đ¡n bái có HIR cao h¡n so vãi bố mẹ [51] Để phát triển các cây kích t¿o đ¡n bái mãi có thể āng dāng ph°¡ng pháp chán lác phÁ há, bao gồm viác lựa chán các cây riêng lẻ dựa trên các đặc điểm có khÁ năng di truyền cao ç thế há phân ly F2, sau đó là lựa chán giữa các gia đình F2 cho HIR cao [85] Dùng ph°¡ng pháp lai trç l¿i cũng có thể đ°ÿc sử dāng nếu māc tiêu là cÁi thián các đặc tính thích nghi, đặc tính nông hác mà không nhÃt thiết quan tâm tãi HIR [51]

Mát nhiám vā quan tráng trong chán t¿o cây kích t¿o đ¡n bái ngoài viác duy trì tỷ lá HIR thì c¿n duy trì chỉ thß đánh dÃu gen R1-nj (mang sắc tố tím trên nái nhũ cÿa h¿t) trên cây kích t¿o đ¡n bái, không để cây kích t¿o đ¡n bái bß phân ly, sắc tố màu tím bß nh¿t hoặc mÃt màu trong quá trình duy trì dòng kích t¿o G¿n đây, các nhà khoa hác sử dāng cây ngô không có tai lá (lg2, liguleless; gl gloss) mang gen lặn lai vãi cây kích t¿o đ¡n bái để đánh giá tỷ lá HIR cÿa các nguồn vật liáu kích t¿o đ¡n bái mãi và cũ [101] Trong các phép lai thể đ¡n bái biểu hián kiểu hình lặn, cây thử không tai lá mang kiểu hình lặn lai vãi nhau cho ra kiểu hình lặn (con lai không tai lá) từ đó sẽ dß dàng tính tỷ lá đ¡n bái cho từng nguồn kích t¿o Cây ngô không tai lá (lg) đã đ°ÿc sử dāng ráng rãi trong viác đánh giá cây kích t¿o đ¡n bái mãi [101]

Āng dāng chỉ thß phân tử để đánh dÃu vß trí gen qhir1, gen gây ra hián t°ÿng đ¡n bái để phát triển ra các dòng kích t¿o đ¡n bái mãi cho vùng nhiát đãi đang đ°ÿc nghiên cāu [51] Chỉ thß phân tử đánh dÃu gen qhir1 rÃt hữu ích cho viác lo¿i bỏ những cây hay gia đình không có chāa gen qhir1, hoặc có tỷ lá h¿t đ¡n bái thÃp, chỉ những gia đình, cây kích t¿o mãi có mang gen qhir1 đ°ÿc giữ l¿i, tránh hián t°ÿng phân ly do quá trình lai t¿o [51]

Viác duy trì tỷ lá h¿t đ¡n bái cÿa các dòng kích t¿o c¿n đ°ÿc kiểm tra th°ång xuyên qua từng vā vì quá trình chán lác tự nhiên luôn tác đáng và Ánh h°çng đến HIR [101] Nhiều nghiên cāu cho thÃy quá trình chán lác tự nhiên

làm Ánh h°çng đến HIR dÃn đến các biến d¿ng và phân ly nguồn kích t¿o đ¡n bái [110] Quá trình duy trì và chán lựa các cây kích t¿o đ¡n bái ngoài viác lựa chán các chỉ tiêu chống chßu, chỉ tiêu nông sinh hác thì c¿n lo¿i bỏ các cây lÃn khác d¿ng bçi vì phÃn cÿa các cây lÃn có thể canh tranh và thā phÃn tốt h¡n so vãi phÃn cÿa cây kích t¿o đ¡n bái và sẽ làm giÁm HIR [52]

1.2.5 Nghiên cću và các b°ßc t¿o dòng ngô đ¢n bái kép bÅng công nghã kích t¿o đ¢n bái

Thể đ¡n bái đ°ÿc phân biát vãi thể l°ỡng bái ç giai đo¿n h¿t, cây con hoặc cây tr°çng thành Vì các thể đ¡n bái th°ång xÁy ra vãi t¿n suÃt thÃp < 10%, nên h¿u hết các h¿t thu đ°ÿc từ lai giữa cây kích t¿o đ¡n bái vãi nguồn vật liáu °u tú là h¿t l°ỡng bái và không đ°ÿc sử dāng để t¿o dòng đ¡n bái kép (DH) Do đó, viác phát hián h¿t đ¡n bái lo¿i bỏ h¿t l°ỡng bái ç giai đo¿n h¿t sẽ giÁm rÃt nhiều công sāc, chi phí cho các giai đo¿n sau [49] Phân biát đ¡n bái/l°ỡng bái dựa trên các dÃu hiáu kiểu hình đ°ÿc tích hÿp trong cây kích t¿o đ¡n bái, chỉ thß sắc tố tím cÿa h¿t kích t¿o đ¡n bái do gen R1-nj (Navajo), đ°ÿc sử dāng ráng rãi để nhận d¿ng đ¡n bái TÃt cÁ các các cây kích t¿o đ¡n bái hián nay đang đ°ÿc sử dāng trên toàn thế giãi đều mang gen chỉ thß R1-nj [46], [104] R1-nj kết hÿp vãi các gen khác, chẳng h¿n nh° A1, A2, C2, Bz1, Bz2 và C1 t¿o ra màu tím trong lãp aleurone cÿa nái nhũ và lãp vỏ cÿa phôi ç thể l°ỡng bái, th°ång đ°ÿc gái là kiểu hình Navajo [111] H¿t đ¡n bái t¿o ra chỉ biểu hián sắc tố (anthocyanin) trên nái nhũ, không có trên phôi, điều này thuận lÿi cho sự phân biát giữa h¿t đ¡n bái và l°ỡng bái bằng mắt th°ång [111]

Hình 1.3 Hình Ánh bÃp cây kích t¿o đ¢n bái (kích t¿o đ¢n bái) và phân lo¿i h¿t đ¢n bái

Ghi chú: A: Bắp cây kích tạo đơn bội TAILP được phát triển từ UH400 và RWS; B: Phân biệt hạt đơn bội, hạt lai và hạt lẫn tạp dựa theo chỉ thị R1-nj trên hạt

G¿n đây, viác phân lo¿i h¿t đ¡n bái đã đ°ÿc tối °u hóa dựa trên ph°¡ng pháp đánh dÃu R1-nj bằng cách sử dāng kỹ thuật đa phổ [61], siêu phổ [145] và kỹ thuật chāp Ánh huỳnh quang [36], vãi māc tiêu giÁm thåi gian và công lao đáng liên quan đến viác phân lo¿i h¿t đ¡n bái thông th°ång dựa trên chỉ thß màu tím trên nái nhũ, nh°ng sai số trong phân lo¿i bằng ph°¡ng pháp này hián t¿i là không có ý nghĩa Mặc dù chỉ thß R1-nj đ°ÿc sử dāng phổ biến nhÃt, tuy nhiên thực tế viác sử dāng chỉ thß này trong nhận d¿ng đ¡n bái gặp phÁi mát số h¿n chế H¿n chế quan tráng nhÃt là sự biểu hián cÿa R1-nj có thể bß āc chế do các gen āc chế anthocyanin lÃn át khi nguồn vật liáu mẹ mang gen C1-I Nhiều nghiên cāu đã chāng minh sự biểu hián cÿa gen đánh dÃu R1-nj bß āc chế ç mát tỷ lá đáng kể (~ 30%) ç các nguồn vật liáu °u tú vùng nhiát đãi [50]

Trong các qu¿n thể có nguồn gốc t¿o ra bằng ph°¡ng pháp lai trç l¿i vãi các vật liáu °u tú, khó xác đßnh các thể đ¡n bái dựa trên biểu hián cÿa sắc tố Các thí nghiám đánh dÃu phân tử đã đ°ÿc phát triển bằng cách sử dāng sự biến đổi trình tự trong gen C1-I, cho phép dự đoán sự āc chế hoặc biểu hián cÿa gen chỉ thß R1-nj[50] Các thử nghiám đánh dÃu này giúp khoanh vùng các nguồn

Gen ćc chÁ hoặc h¿t l¿n t¿p

H¿t lai

H¿t đ¢n bái

vật liáu có mang gen āc chế sắc tố anthocyanin có khÁ năng làm nh¿m lÃn h¿t đ¡n bái, l°ÿng bái làm mÃt công và chi phí khi thực hián [48]

Dựa trên hàm l°ÿng d¿u trên h¿t đ¡n bái và l°ỡng bái để phân biát là mát ph°¡ng pháp đang đ°ÿc nghiên cāu và thử nghiám Mát số nghiên cāu đã chāng minh, hàm l°ÿng d¿u trung bình cÿa h¿t l°ỡng bái nằm trong khoÁng 3-4%, vãi > 85% l°ÿng d¿u nằm trong phôi, trong khi h¿t đ¡n bái có hàm l°ÿng d¿u trung bình trong h¿t khoÁng 0,6-0,8%, vãi dÃu hiáu này có thể dùng máy tự đáng phân tích hàm l°ÿng d¿u trong h¿t để phân lo¿i h¿t đ¡n bái [103]

Tuy nhiên, các nhà khoa hác đã chāng minh rằng hàm l°ÿng d¿u cÿa đ¡n bái và l°ỡng bái phân bổ không đều, chồng chéo, phā thuác vào nguồn vật liáu khác nhau và sự khác biát nhỏ về hàm l°ÿng d¿u trung bình cÿa đ¡n bái và l°ỡng bái làm khó khăn cho viác phân lo¿i [103] Các nguồn kích t¿o đ¡n bái có hàm l°ÿng d¿u cao nh° CAUHOI (7,8% Hàm l°ÿng d¿u OC), CHOIL (~ 8,5% OC) (Dong et al 2014) và UH600 (10,8% OC) và UH601 (11,7% OC) đã đ°ÿc phát triển dựa trên nền tÁng di truyền từ con lai cÿa các cây kích t¿o đ¡n bái ôn đãi có hàm l°ÿng d¿u cao [104]

Khi sử dāng cây kích t¿o đ¡n bái có hàm l°ÿng d¿u cao, h¿t đ¡n bái có hàm l°ÿng d¿u trung bình thÃp h¡n so vãi h¿t l°ỡng bái Hàm l°ÿng d¿u cÿa cây kích t¿o đ¡n bái ít nhÃt là 10% để đÁm bÁo phân tách rõ ràng cÁ hai phân số để phân biát rõ ràng, không bß nh¿m lÃn [103] Bằng ph°¡ng pháp chāp cáng h°çng từ h¿t nhân, dựa trên khối l°ÿng d¿u hoặc hàm l°ÿng d¿u có thể phân lo¿i h¿t đ¡n bái và h¿t h¿t l°ỡng bái [99],[102]

Phát triển cây kích t¿o đ¡n bái có mang chỉ thß đánh dÃu màu đỏ/tím ç rß và chỉ thß R1-nj (màu tím ç h¿t) cÿa cây kích t¿o đ¡n bái đã đ°ÿc nghiên cāu [48] Khi sử dāng cây kích t¿o đ¡n bái mang các chỉ thß này này lai vãi các nguồn vật liáu, rß cây con l°ỡng bái biểu hián màu đỏ/tím trong khi rß cây con đ¡n bái không biểu hián sắc tố màu anthocyanin ChÃt chỉ thß màu đỏ/tím ç rß là kiểu hình rÃt hiếm gặp ç nguồn gen ngô và biểu hián đác lập vãi chÃt đánh

dÃu R1-nj [48] Tuy nhiên, do áp dāng ph°¡ng pháp này ç giai đo¿n cây con nên tốn chi phí, dián tích đÃt, công sāc để xử lý l°ỡng bái cũng nh° chăm sóc cây con ngoài v°ån °¡m Do vậy, chỉ áp dāng ph°¡ng pháp này khi chỉ thß R1-nj không đ°ÿc biểu hián khi các nguồn vật liáu mẹ mang gen āc chế màu sắc anthocyanin [49]

Dựa vào ph°¡ng pháp chuyển gen để chuyển các gen tích hÿp các chỉ thß đánh dÃu protein huỳnh quang màu xanh lá cây (EGFP) đ°ÿc điều khiển bçi chÃt kích thích 35S vào các nguồn kích t¿o ôn đãi, EGFP đ°ÿc ghi nhận là đã biểu hián trong nái nhũ, phôi, rß và bao m¿m cÿa cây con l°ỡng bái [155] Do đó, EGFP có thể đ°ÿc sử dāng ç cÁ giai đo¿n tr°ãc và sau khi nÁy m¿m nh°ng không phÁi ç giai đo¿n h¿t khô

Mặc dù các thể đ¡n bái đ°ÿc phân lo¿i dựa trên biểu hián cÿa chỉ thß đánh dÃu, nh°ng viác áp dāng các cây kích t¿o đ¡n bái chuyển gen khó thực hián ç nhiều quốc gia do những h¿n chế trong viác sử dāng các sÁn phÁm từ chuyển gen Các đặc điểm cÿa cây con nh° chiều dài bao m¿m, chiều dài rß và số l°ÿng rß cÿa cây l°ỡng bái th°ång cao h¡n so vãi cây đ¡n bái do đó có thể áp dāng ph°¡ng pháp này, tuy nhiên chi phí đ¿u t° lãn và chỉ áp dāng cho những nguồn vật liáu khi không biểu hián chỉ thß sắc tố antocyanin[47]

Kích th°ãc lß khí trung bình giữa cây con đ¡n bái và cây l°ỡng bái có sự khác nhau đáng kể và đ°ÿc đề xuÃt nh° mát ph°¡ng pháp để phân biát cây đ¡n bái và cây l°ỡng bái [59] Tuy nhiên, ph°¡ng sai về đá dài khí khổng trung bình cÿa từng cây riêng lẻ lãn, điều này gây khó khăn cho viác phân lo¿i và chỉ đ°ÿc khuyến nghß khi không thể dùng ph°¡ng pháp khác và viác phân tích hình Ánh để đo khí khổng ít nhÃt đ°ÿc tự đáng hóa mát ph¿n [105] Trong các giai đo¿n sinh tr°çng sinh d°ỡng và sinh sÁn, cây ngô đ¡n bái và cây l°ỡng bái thể hián sự khác biát rÃt rõ về nhiều mặt Cây đ¡n bái thể hián sāc sống kém, lá mác thẳng và xanh nh¿t vãi chiều ráng lá nhỏ h¡n, đồng thåi không có hoặc bông cå bß teo, hoặc không có bao/h¿t phÃn [90], [91], [147]

Tuy nhiên, viác xác đßnh các thể đ¡n bái ç giai đo¿n sinh d°ỡng hoặc sinh sÁn vãi những đặc điểm này là rÃt kém hiáu quÁ và tốn kém

Sử dāng hình Ánh quang phổ (NIR) và chāp Ánh siêu phổ/cận hồng ngo¿i (HSI) kết hÿp vãi ph°¡ng pháp đa biến để xác đßnh h¿t đ¡n bái và l°ỡng bái đ°ÿc đ°a ra vãi đá chính xác khoÁng 90% Quang phổ NIR rÃt phù hÿp để phát hián đßnh l°ÿng chÃt lỏng và bát đ°ÿc đặc tr°ng bçi thành ph¿n chÃt đồng nhÃt, chẳng h¿n nh° protein, d¿u, đ°ång và sắc tố [162].So vãi quang phổ NIR thông th°ång, công nghá chāp Ánh siêu phổ (HSI) có thể thu đ°ÿc màu sắc, kích th°ãc, kết cÃu và các đặc điểm bên ngoài khác cÿa h¿t, cũng nh° các thành ph¿n hóa hác trong h¿t vãi thông tin quang phổ và thông tin hình Ánh [73] Nhiều nghiên cāu đã sử dāng công nghá NIR-HSI trong lĩnh vực này, ví dā: để xác đßnh tình tr¿ng nÃm mốc trong h¿t ngô bÁo quÁn [152]; để theo dõi sự nhißm nÃm cÿa h¿t ngô [137]; để điều tra đá cāng cÿa h¿t ngô [119]

Tỷ lá h¿t đ¡n bái thu đ°ÿc phā thuác vào từng nguồn vật liáu kích t¿o, nguồn vật liáu làm mẹ và mùa vā Đã có những công trình nghiên cāu đ°a ra kết quÁ, khi sử dāng cùng mát nguồn vật liáu kích t¿o đ¡n bái có nguồn gốc ôn đãi lai vãi cùng mát nguồn mẹ ç vā Đông cho tỷ lá h¿t đ¡n bái cao h¡n và h¿t lÃn t¿p thÃp h¡n so vãi các thåi vā khác [82]

Lưỡng bội NST bằng phương pháp nhân tạo

Cây đ¡n bái có nhißm sắc thể (1n) do không có sự phân chia giÁm phân nên không hình thành hÿp tử và không có khÁ năng sinh sÁn [52] Do đó, các nhißm sắc thể c¿n đ°ÿc nhân đôi để các nhißm sắc thể t°¡ng đồng có thể bắt cặp và quá trình giÁm phân dißn ra bình th°ång, dÃn đến khÁ năng sinh sÁn đ°ÿc phāc hồi Tuy nhiên, mát tỷ lá cao các cây đ¡n bái (từ 97-100%) có thể t¿o ra h¿t khi đ°ÿc thā phÃn bằng phÃn hoa từ các cây l°ỡng bái bình th°ång, trong khi h¿u hết các cây đ¡n bái là bÃt dāc đực Do đó, viác khôi phāc khÁ năng sinh sÁn cÿa c¡ quan đực đ¡n bái (HMF) th°ång đ°ÿc coi là mát yếu tố h¿n chế trong t¿o các dòng đ¡n

bái kép (DH) [123], [147] Khôi phāc khÁ năng sinh sÁn ç cây đ¡n bái có thể đ¿t đ°ÿc bằng ph°¡ng pháp nhân đôi nhißm sắc thể nhân t¿o dựa vào mát số hóa chÃt hoặc nhân đôi nhißm sắc thể tự phát dựa vào khÁ năng tự phāc hồi c¡ quan sinh sÁn cÿa cây ngô đ¡n bái để có khÁ năng sinh sÁn mát cách tự nhiên

Colchicine đ°ÿc sử dāng ráng rãi để nhân đôi nhißm sắc thể bằng ph°¡ng pháp nhân t¿o trong quy trình t¿o dòng DH [100] Colchicine liên kết vãi β-tubulin và ngăn chặn sự hình thành các chÃt làm må tubulin, do đó ngăn ngừa sự hình thành các vi ống Thiếu vi ống trong quá trình nguyên phân ç các tế bào phân sinh cÿa đỉnh chồi ngăn cÁn sự phân tách cÿa các nhißm sắc thể sao chép, sự di chuyển về cực và phân chia tế bào, dÃn đến tế bào có số l°ÿng nhißm sắc thể tăng gÃp đôi Quy trình tiêu chuÁn bằng cách ngâm m¿m con có lá m¿m dài khoÁng 2 cm trong dung dßch colchicine (0,04-0,06%) vãi 0,5% Dimethyl Sulfoxide (DMSO) trong 8-12 giå [116]

Các quy trình này đ°ÿc gái là ph°¡ng pháp ngâm m¿m và đ°ÿc mô tÁ vào những năm 1990 Trong quy trình này, h¿t đ¡n bái đ°ÿc xếp đặt trên khăn giÃy, cuán thành ống, t°ãi đÿ Ám đÁm bÁo đÿ điều kián cho h¿t nÁy m¿m, trong 96-120 giå cho đến khi lá m¿m dài khoÁng 2 cm Đ¿u lá m¿m đ°ÿc cắt bỏ tr°ãc khi ngâm trong dung dßch xử lý để t¿o điều kián hÃp thu các hóa chÃt để nhân đôi nhißm sắc thể (NST) Sau đó, cây con đ°ÿc rửa s¿ch d°ãi vòi n°ãc, trồng trong khay để trong điều kián nhà kính để cây phāc hồi cho đến giai đo¿n ba lá sau đó đ°ÿc chuyển trồng trong v°ån °¡m DH [115] Ph°¡ng pháp này cho tỷ lá thành công có thể đ¿t đ°ÿc là 10-30% tùy thuác vào từng nguồn vật liáu Tuy nhiên, colchicine đác h¿i và c¿n đ°ÿc xử lý và tiêu hÿy theo đúng quy trình [100]

Do đó, viác thay thế colchicine bằng các chÃt hóa hác ít đác h¿i h¡n để l°ỡng bái, nhân đôi nhißm sắc thể là điều nên làm G¿n đây, quá trình nhân đôi nhißm sắc thể dựa trên thuốc diát cỏ chống phân bào và khí nit¡ oxit (N2O) đã đ°ÿc tối °u hóa Mát số thuốc diát cỏ āc chế quá trình hình thành, kéo dài, hoặc ngăn cÁn quá trình lắp ráp vi ống và có thể chống phân bào [169]

Hình 1.4 Các b°ßc xÿ lý l°ÿng bái hóa bÅng colchicine cąa CIMMYT

Ghi chú: A: Ngâm ủ hạt trên giấy ẩm; B, cắt bao lá mầm 2 mm; C: Đưa hạt đã cắt bao lá mầm vào túi lưới; D: Ngâm trong Colchicine 0,04 - 0,06% và 0,5% dimethyl sulfoxide (DMSO) trong 12 h; E: Cây D0 được trồng sau 2 tuần

Melchinger và cáng sự năm 2016 đã chāng minh hßn hÿp hóa chÃt gồm 0,5% dimethyl sulfoxide, 20 mg L21 Amiprophos-methyl (APM) và 4 mg L21 pronamide áp dāng cho cây con nh° mô tÁ ç trên để xử lý có thể mang l¿i tỷ lá thành công g¿n bằng vãi colchicine Amiprophos-methyl và pronamide ít đác h¡n nhiều so vãi colchicine [100] Thuốc diát cỏ kháng vi ống oryzalin, trifluralin và flufenacet đã đ°ÿc thử nghiám để t¿o dòng đ¡n bái kép bằng nuôi cÃy bao phÃn và t¿o dòng đ¡n bái kép bằng cây kích t¿o đ¡n bái, nh°ng đ¿t kết quÁ không cao [100] Mặc dù thuốc diát cỏ chống phân bào cho thÃy hiáu quÁ thÃp h¡n so vãi colchicine, nh°ng viác āng dāng để xử lý sẽ giÁm thiểu rÿi ro về vÃn đề sāc khỏe cho những ng°åi thực hián l°ỡng bái hóa NST vì ít đác h¿i h¡n và có thể giÁm chi phí và không c¿n tuân thÿ theo quy trình xử lý nghiêm ngặt nh° colchicine

Mát giÁi pháp thay thế khác sử dāng N2O āc chế quá trình trùng hÿp cÿa vi ống để thay thế cho xử lý l°ỡng bái NST bằng colchicine [106] Khí oxit nit¡, đ°ÿc sử dāng làm thuốc mê hít trong nha khoa và làm khí đóng gói thực phÁm, t°¡ng đối an toàn hoặc về c¡ bÁn không có tác đáng tiêu cực đến sāc khỏe Ph°¡ng pháp xử lý bao gồm các cây con có cùng kích th°ãc nh° trong ph°¡ng pháp xử lý colchicine đ°ÿc đặt trong buồng áp suÃt có canxi hydroxit để hÃp thā carbon dioxide từ quá trình hô hÃp cÿa cây con N2O đ°ÿc b¡m vào buồng vãi áp suÃt 0,6 MPa và cây con đ°ÿc xử lý ç 25°C trong 3 ngày Sau khi

xử lý, cây con đ°ÿc xử lý tiếp theo nh° đã mô tÁ đối vãi xử lý bằng colchicine và thuốc diát cỏ

So vãi xử lý bằng colchicine và thuốc diát cỏ, xử lý N2O ít phā thuác vào các c¡ sç chuyên môn h¡n vì N2O không c¿n xử lý đặc biát và có thể thÁi vào khí quyển ç khu vực thông thoáng N2O đã cho thÃy tỷ lá thành công t°¡ng tự nh° colchicine Tuy nhiên, ph°¡ng pháp xử lý này c¿n đ¿u t° xây dựng buồng áp suÃt có thể chßu đ°ÿc áp suÃt cao, tốn kém, chi phí đ¿u t° lãn [106] Nhiều công trình nghiên cāu khác về l°ỡng bái NST khác đ°ÿc đ°a ra nh° dùng colchicine xử lý trực tiếp cho h¿t giống [70], tiêm colchicine vào mô phân sinh đỉnh chồi m¿m cây đ¡n bái đã đ°ÿc đ°a ra thử nghiám [157] hay bón 0,06% colchicine ç 18°C lên h¿t bß cắt mát ph¿n nhỏ lông t¡ làm tăng tỷ lá nhân đôi nhißm sắc thể cao h¡n so vãi ph°¡ng pháp xử lý nhúng cây con trong các thí nghiám cÿa Gayen và cáng sự năm 1994 [70] Tuy nhiên những thí nghiám này đ°ÿc thực hián lặp l¿i nh°ng không cho kết quÁ nh° mong muốn [54]

CIMMYT đã dùng cách bôi colchicine ç các nồng đá khác nhau trong 5 giå lên h¿t ngâm trong n°ãc trong 18 giå, kết quÁ không có sự khác biát về tốc đá nhân đôi nhißm sắc thể so vãi tốc đá nhân đôi nhißm sắc thể tự phát, quy trình này đang tiếp tāc nghiên cāu kết quÁ ch°a đ°ÿc công bố Tiêm dung dßch colchicine 2-3 mm trên mô phân sinh chồi đỉnh nh°ng tỷ lá cây có khÁ năng sinh sÁn thÃp h¡n so vãi ph°¡ng pháp nhúng cây con tiêu chuÁn [54] Xử lý rß cây con 10-12 ngày tuổi bằng colchicine đ°ÿc đánh giá bçi Deimling và cáng sự năm 1997 hay sử dāng thuốc trừ cỏ chống phân bào cho thÃy hiáu quÁ kém h¡n nhiều so vãi ph°¡ng pháp xử lý ngâm m¿m nghiên cāu bçi Melchinger và cáng sự năm 2016 [100]

Xử lý N2O đối vãi cây ngô tr°çng thành ç giai đo¿n phát triển phân hóa m¿m hoa (giai đo¿n V3-V8) vãi 0,6 MPa đã đ°ÿc công bố và sau đó đ°ÿc cÃp bằng sáng chế [81] Mặc dù ph°¡ng pháp này hāa hẹn trong viác nhân đôi NST

cây đ¡n bái, nh°ng hiáu quÁ không cao vì viác xử lý ç giai đo¿n cây tr°çng thành đòi hỏi buồng lãn h¡n và cây c¿n đ°ÿc trồng trong chậu

Lưỡng bội hóa NST dựa trên cơ chế tự nhân đôi NST phục hồi cơ quan sinh sản của cây ngô đơn bội

Bên c¿nh giÁi pháp nhân đôi nhißm sắc thể bằng hóa chÃt, giÁi pháp dựa vào c¡ chế tự nhân đôi nhißm sắc thể, tự phāc hồi khÁ năng sinh sÁn cây đ¡n bái tự t¿o ra h¿t phÃn, đang đ°ÿc nghiên cāu Năm 1949, Chaise là ng°åi đ¿u tiên phát hián và mô tÁ hián t°ÿng tự phāc hồi khÁ năng sinh sÁn cÿa cây ngô đ¡n bái [57] Tỷ lá tự nhân đôi nhißm sắc thể đ°ÿc tính bằng tỷ lá cây kết h¿t sau khi tự thā phÃn trong tÃt cÁ các cây đ¡n bái và giá trß này t°¡ng tự nh° tỷ lá thành công tổng thể đ°ÿc mô tÁ trong ph¿n tr°ãc để nhân đôi nhißm sắc thể nhân t¿o[85] Tỷ lá tự phāc hồi khÁ năng sinh sÁn phā thuác vào nguồn vật liáu, những nguồn vật liáu nhiát đãi °u tú có tỷ lá phāc hồi trung bình cao h¡n những nguồn có nguồn gốc nhiát đãi [85] Tỷ lá xuÃt hián bao phÃn là th°ãc đo hiáu quÁ về khÁ năng tự phāc hồi sinh sÁn cÿa cây ngô đ¡n bái [124], [147]

æ các nguồn gen đa d¿ng cÿa Hoa Kỳ và Trung Quốc, AER dao đáng từ 9,8 đến 89,8% [147] Trong h¿u hết các nguồn gen ngô, tốc đá tự nhân đôi nhißm sắc thể là quá thÃp để t¿o dòng đ¡n bái kép [85] Tuy nhiên, các nghiên cāu g¿n đây cho thÃy có nhiều vật liáu có biến dß di truyền lãn và khÁ năng di truyền cao đối vãi khÁ năng tự nhân đôi NST và phāc hồi khÁ năng sinh sÁn nên viác áp dāng sẽ thông qua cÁi thián và chán lác vật liáu [124]

Những năm g¿n đây, CIMMYT đã nghiên cāu về khÁ năng phāc hồi khÁ năng tự phāc hồi sinh sÁn ç các cây đ¡n bái có nguồn gốc từ 330 dòng cận huyết nhiát đãi cho thÃy biến dß di truyền đáng kể và khÁ năng di truyền cao đối vãi các tính tr¿ng sinh sÁn đ¡n bái [49] Mát trong số các dòng cận huyết nhiát đãi nghiên cāu có khÁ năng tự nhân đôi nhân đôi nhißm sắc thể và có tỷ lá phāc hồi khÁ năng sinh sÁn v°ÿt trái so vãi ph°¡ng pháp nhân đôi nhißm sắc thể bằng ph°¡ng pháp nhân t¿o Những dòng này có thể đ°ÿc sử dāng làm vật

liáu nền để cÁi thián khÁ năng tự phāc hồi sinh sÁn trong nguồn gen ngô nhiát đãi Molenaar và công sự, năm 2019 đã nghiên cāu và chāng minh có thể cÁi thián khÁ năng tự nhân đôi NST cây ngô đ¡n bái thông qua viác chán lác vật liáu làm mẹ [105] Nghiên cāu chỉ ra rằng vãi ba chu kỳ chán lác lặp l¿i vãi tỷ lá tự nhân đôi NST thì tỷ lá tự nhân đôi nhißm sắc thể có thể tăng từ   5% lên 50% ç hai qu¿n thể

Tỷ lá tự phāc hồi khÁ năng sinh sÁn cÿa cây đ¡n bái là mát h¿n chế nên đã đ°ÿc nhiều công trình nghiên cāu trong những năm g¿n đây Mát nghiên cāu cÿa Wu và cáng sự năm 2017 đã đ°a ra kết luận, khÁ năng tự phāc hồi sinh sÁn đ°ÿc kiểm soát bçi hai hoặc nhiều gen chính có hiáu āng cáng gáp [147] Các nghiên cāu về lập bÁn đồ di truyền g¿n đây đã sử dāng các nguồn vật liáu là bố, mẹ có tỷ lá phāc hồi c¡ quan sinh sÁn b°ãc đ¿u đã xác đßnh đ°ÿc mát số QTL quy đßnh khÁ năng tự phāc hồi c¡ quan sinh sÁn cao ç mát số nguồn vật liáu [124], [153]

Nguyên nhân gây ra c¡ chế tự nhân đôi nhißm sắc thể tự phát vÃn tiếp tāc đ°ÿc nghiên cāu, những nghiên cāu về sự hÿp nhÃt tế bào soma, nhân đôi NST và phāc hồi nhân đã đ°ÿc nhiều công trình nghiên cāu tr°ãc đó đã công bố [132] Tự nhân đôi nhißm sắc thể th°ång dÃn đến hián t°ÿng khÁm thực vật và th°ång chỉ những ph¿n nhỏ cÿa cÿa bông cå có bao phÃn bung và cho phÃn [85] Do đó, những cây đ¡n bái tự phāc hồi sinh sÁn th°ång kết h¿t kém h¡n so vãi cây đ¡n bái đ°ÿc l°ỡng bái NST bằng ph°¡ng pháp nhân t¿o Tuy nhiên, bằng cách chán lác lặp lai theo chu kỳ có thể cÁi thián khÁ năng cho phÃn và māc đá kết h¿t [105]

Cây đ¡n bái sau khi xử lý l°ỡng bái bằng colchicine th°ång yếu và dß bß tác đáng bçi yếu tố sinh hác và phi sinh hác do đó c¿n đ°ÿc chăm sóc trong môi tr°ång tốt nhÃt, h¿n chế ánh sáng có c°ång đá bāc x¿ m¿nh, đÃt t¡i xốp đÿ Ám thuận lÿi cho quá trình phát triển cÿa cây D0 [94] æ giai đo¿n trß cå tung phÃn cÿa cây D0, khi bao phÃn bung, bông cå c¿n đ°ÿc chāp bằng túi giÃy có

phÿ sáp nến để dß dàng nhìn thÃy bao phÃn và h¿t phÃn, mßi cây D0 sau khi chāp vào chiều ngày hôm tr°ãc sáng hôm sau c¿n tiến hành tự phối khi bông cå bung phÃn, thā phÃn 2 - 3 l¿n/bắp để đÁm bÁo kết h¿t tốt Mßi bắp/cây D0

thu đ°ÿc là 1 dòng ngô đ¡n bái kép hoàn toàn đồng hÿp tử, th°ång đ°ÿc gái là thế há D1 Số h¿t thu đ°ÿc trên mßi cây D1 rÃt khác nhau trong cùng nguồn vật liáu hoặc khác nguồn vật liáu [85]

Trong thåi gian g¿n đây, công nghá t¿o dòng ngô đ¡n bái kép bằng ph°¡ng pháp sử dāng cây kích t¿o đ¡n bái đang đ°ÿc nhiều n°ãc nghiên cāu và phát triển ráng rãi æ mßi b°ãc thực hián cÿa ph°¡ng pháp đã đ°ÿc cÁi tiến nhằm nâng cao hiáu quÁ cÿa ph°¡ng pháp

Các dòng ngô đ¡n bái kép đ°ÿc t¿o ra giúp các nhà t¿o giống rút ngắn thåi gian t¿o ra giống mãi có năng suÃt cao, khÁ năng chống chßu tốt h¡n H¡n nữa, công nghá này còn đ°ÿc āng dāng để phân tích d¿ng di truyền ç các giống ngô đßa ph°¡ng, mç ráng nguồn gen trên c¡ sç nguồn gen bÁn đßa [34], [38], [99] Ngoài ra, các dòng đ¡n bái kép đ°ÿc t¿o ra từ công nghá đã trÁi qua quy trình xử lý hóa chÃt ç giai đo¿n m¿m để l°ỡng bái NST sẽ đ°ÿc đánh giá, về khÁ năng thích āng cÿa những tính tr¿ng nông hác do gen quy đßnh [142] Công nghá chỉnh sửa gen g¿n đây đã gián tiếp āng dāng cây kích t¿o đ¡n bái (Kích t¿o đ¡n bái Mediated Genome Editing - IMGE) và (HI-Edit) để chỉnh sửa các gen quy đßnh tính tr¿ng trên cây trồng [83], [144]

Những tiến bá công nghá trong nghiên cāu quy trình t¿o dòng ngô đ¡n bái kép trên cây ngô đã đ°ÿc các nhà khoa hác trên thế giãi áp dāng sang các loài thực vật khác Ví dā, chỉnh sửa bá gen cÿa mÃu há gen lúa bÁn đßa (OsMATL) t¿o ra đ¡n bái vãi t¿n suÃt 2-6% [154] Viác sử dāng các gen chuyển PsASGR-BBML từ các loài cỏ apomictic hoang dã đã đ°ÿc chāng minh là t¿o ra cây đ¡n bái ç cây lúa [44] Các há thống đ¡n bái dựa trên biến thể protein histone H3 đặc hiáu cÿa tâm đáng đã đ°ÿc thiết kế (CENH3) chāng minh ç cây há cÁi - Arabidopsis [122] và ç ngô đã đề cập ç ph¿n trên và có thể

mç ráng áp dāng cho nhiều loài cây trồng [84] Mç ráng tìm kiếm các kiểu gen có khÁ năng gây đ¡n bái trong số 4.000 nguồn vật liáu cao l°¡ng đã xác đßnh các nguồn gây đ¡n bái vãi tỷ lá HIR nằm trong khoÁng 1-2% [79]

1.2.6 Nghiên cću ćng dăng công nghã kích t¿o đ¢n bái t¿i Viãt Nam

Mặc dù công nghá kích t¿o đ¡n bái có nhiều °u điểm, đang đ°ÿc nghiên cāu ráng rãi ç nhiều quốc gia nh°ng ç Viát nam có rÃt ít công trình nghiên cāu về công nghá để t¿o dòng đ¡n bái kép Giai đo¿n 2011 - 2015, thông qua nái dung cÿa dự án <Phát triển giống ngô lai=, Vián Nghiên cāu Ngô đã hÿp tác vãi CIMMYT chuyển giao quy trình <Nghiên cāu āng dāng công nghá kích t¿o đ¡n bái trong chán t¿o giống ngô lai= ç Viát Nam Năm 2012, Vián Nghiên cāu Ngô đã cử 3 cán bá sang hác tập quy trình công nghá t¿i CIMMYT - Mexico và nhập 3 nguồn kích t¿o đ¡n bái (TAILP1, TAILP2 và TAILP1xTAILP2) đã đ°ÿc CIMMYT nhiát đãi hóa từ các nguồn kích t¿o có nguồn gốc ôn đãi

Sau 3 năm thực hián, Vián Nghiên cāu Ngô đã hoàn thián và đ°a ra quy trình duy trì cây kích t¿o, chán t¿o dòng bằng cây kích t¿o đ¡n bái Thế há dòng ngô đ¡n bái kép đ¿u tiên đã đ°ÿc t¿o ra vãi 217 dòng ngô đ¡n bái kép từ nhiều nguồn vật liáu là các giống ngô lai đ¡n th°¡ng m¿i trong và ngoài n°ãc

Cây kích t¿o đ¡n bái nhập từ CIMMYT đ°ÿc đánh giá có khÁ năng thích āng tốt vãi điều kián khí hậu ç Viát Nam, cho tỷ lá kích t¿o trung bình đ¿t từ 6 - 8%, tùy thuác vào nguồn vật liáu làm mẹ

Quy trình t¿o dòng ngô đ¡n bái kép bằng ph°¡ng pháp sử dāng cây kích t¿o đ¡n bái áp dāng t¿i Vián Nghiên cāu Ngô gồm 3 b°ãc: