Đánh giá khả năng kết hợp và kháng bệnh thối thân, thối bắp của các tổ hợp lai giữa dòng Mo17 và B73 với vật liệu trong nước dựa trên kiểu hình và chỉ thị phân tử

Đánh giá khả năng kết hợp và kháng bệnh của các tổ hợp lai giữa dòng Mo17 và B73 nhằm nâng cao nguồn gen và chọn tạo giống ngô lai năng suất cao, chống chịu bệnh thối thân thối bắp. Đánh giá sinh trưởng phát triển của các THL trong vụ Thu Đông 2014 tại Gia Lâm, Hà Nội Đánh giá một số đặc điểm nông sinh học của các THL Đánh giá khả năng chống chịu đồng ruộng của các THL Năng suất và yếu tố cấu thành năng suất của các THL trong vụ Thu Đông 2014 tại Gia Lâm, Hà Nội Đánh giá khả năng chống chịu bệnh thối thân, thối bắp bằng lây nhiễm nhân tạo. Đánh giá khả năng chống chịu bệnh thối thân, thối bắp bằng chỉ thị phân tử. Chọn lọc ra các tổ hợp lai có khả năng kháng tốt để làm nguồn vật liệu cung cấp cho công tác chọn tạo giống mới.

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM KHOA NÔNG HỌC  KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: “ ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG KẾT HỢP VÀ KHÁNG BỆNH THỐI THÂN, THỐI BẮP CỦA CÁC TỔ HỢP LAI GIỮA DÒNG Mo17 VÀ B73 VỚI VẬT LIỆU TRONG NƯỚC DỰA TRÊN KIỂU HÌNH VÀ CHỈ THỊ PHÂN TỬ ” Người thực hiện : NGUYỄN ĐỨC MẠNH Khóa : 56 Ngành : KHOA HỌC CÂY TRỒNG Chuyên ngành : CHỌN GIỐNG CÂY TRỒNG Người hướng dẫn : PGS.TS. VŨ VĂN LIẾT Hà Nội - 2014 MỤC LỤC Lời cảm ơn Danh mục các bảng Danh mục các đồ thị và hình ảnh Danh mục các từ viết tắt PHẦN 1 – ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1 Tính cấp thiết của đề tài 1.2 Mục đích và yêu cầu 1.2.1 Mục đích 1.2.2 Yêu cầu PHẦN 2 – TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1. Tình hình sản xuất ngô trên Thế giới và ở Việt Nam 2.1.1 Tình hình sản xuất ngô trên Thế giới 2.1.2 Tình hình sản xuất ngô ở Việt Nam 2.2. Nguồn gen ngô và nâng cao nguồn gen ngô 2 PHẦN I ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1.Tính cấp thiết của đề tài. Các nhà chọn giống ngô của Mỹ cho rằng dòng thuần ngô từ nhiều nguồn khác nhau trong và ngoài nước Mỹ vô cùng quan trọng cho chọn tạo giống ngô lai (Mauria và cs., 2000). Một khảo sát được thực hiện vào cuối những năm 1970 đến giữa những năm 1980 về các dòng thuần chỉ ra rằng một số dòng thuần vẫn tiếp tục đóng vào vào tạo giống ngô lai thương mại ở Mỹ. Ví dụ, B73 và Mo17 sử dụng khoảng 28% tổng số giống lai trồng ở Mỹ năm 1979. Dòng Mo17 do Đại học Missouri chọn tạo và phóng thích năm 1964 và B73 do Đại học Iowa State chọn tạo và phóng thích năm 1972 các dòng ngô này đã được sử dụng cải tiến ngô của Mỹ trên 50 năm qua (James G. Gethi và cs,2002). Dòng thuần B73 và Mo17 hoặc phiên bản của chúng được sử dụng làm bố mẹ phổ biến nhất tạo giống ngô lai chín trung bình và muộn ở Trung và Nam Châu Âu. Bởi vì chúng quan trọng trong sản suất ngô lai (Stojakovic và cs 2007). Các nhà tạo giống đều nhấn mạnh cần mở rộng nền di truyền nguồn gen ngô để đảm bảo nhận được di truyền tiếp tục và hạn chế rủi ro của nền tảng di truyền hẹp (Eberhart, 1971; Darrah và Zuber, 1986; Mungoma và Pollak, 1988). Nhỏ hơn 1% các giống ngô thương mại của Mỹ là nguồn nhập nội và nguồn gen nhập nội nhiệt đới chỉ là phần rất nhỏ trong đó. Rất nhiều đánh giá và chuyển gen nhập nội và nguồn gen nhiệt đới vào giống sử dụng thông thường và dòng thuần ưu tú của chương trình cải tiến ngô toàn thế giới. Nhưng tất cả các allel có lợi từ nguồn gen nhập nội rất khó khăn vì nguồn gen nhập nội như vậy thường không thích nghi (Max A. Glover và cs, 2005). Mở rộng và nâng cao nguồn gen ngô đang được sự quan tâm của CIMMYT, Mỹ và các nhà khoa học chọn giống ngô của hầu hết các quốc gia. Xu hướng nâng cao nguồn 1 gen bằng lai xa là phổ biến nhất, tập trung lớn nhất vào nâng cao các tính trạng chống chịu và kháng bệnh ở ngô (BM Prasanna, 2012) Bệnh thối bắp do nấm Fusarium spp. là một thách thức lớn nhất với an toàn lương thực cho người và thức ăn cho gia súc trong sản xuất ngô, hiện nay các dòng thuần và giống ngô lai chủ yếu đều bị nhiễm loại nấm này. Thối bắp Gibberella và Fusarium là hai bệnh chính do nấm Fusarium graminearum và Fusarium verticillioides, nhưng có trên 10 loài nấm gây bệnh thối bắp và hầu hết các nghiên cứu của các nhà tạo giống hiện nay đều tập trung vào hai loài nấm này. Chọn lọc kiểu gen kháng là một giải pháp ưu thế đối với sản xuất ngô, tuy nhiên chọn lọc ở các địa phương mức độ thành công và hiệu quả khác nhau, Khả năng kháng không tương quan với tất cả các kiểu gen, và các nhà khoa học cho rằng cả hai nguồn gen địa phương và ngoại lai đều rất quan trọng nhưng còn ít báo cáo đề cập (A Kos Mesterhazy và cs, 2012). Nâng cao nguồn gen ngô của Việt Nam, phát triển dòng thuần ưu tú và chọn tạo giống ngô lai kháng bệnh thối bắp cũng là một đòi hỏi cấp thiết hiện nay. Chương trình hợp tác nghiên cứu giữa Học viện Nông nghiệp Việt Nam và Đại học California, Riverside đã cung cấp hai dòng thuần Mo17 và B73 chúng tôi tiến hành nghiên cứu đề tài “ Đánh giá khả năng kết hợp và kháng bệnh thối thân, thối bắp của các tổ hợp lai giữa dòng Mo17 và B73 với vật liệu trong nước dựa trên kiểu hình và chỉ thị phân tử ”. 1.2. Mục đích và yêu cầu: 1.2.1. Mục đích: Đánh giá khả năng kết hợp và kháng bệnh của các tổ hợp lai giữa dòng Mo17 và B73 nhằm nâng cao nguồn gen và chọn tạo giống ngô lai năng suất cao, chống chịu bệnh thối thân thối bắp. 1.2.1. Yêu cầu: 2 - Đánh giá sinh trưởng phát triển của các THL trong vụ Thu Đông 2014 tại Gia Lâm, Hà Nội - Đánh giá một số đặc điểm nông sinh học của các THL - Đánh giá khả năng chống chịu đồng ruộng của các THL - Năng suất và yếu tố cấu thành năng suất của các THL trong vụ Thu Đông 2014 tại Gia Lâm, Hà Nội - Đánh giá khả năng chống chịu bệnh thối thân, thối bắp bằng lây nhiễm nhân tạo. - Đánh giá khả năng chống chịu bệnh thối thân, thối bắp bằng chỉ thị phân tử. - Chọn lọc ra các tổ hợp lai có khả năng kháng tốt để làm nguồn vật liệu cung cấp cho công tác chọn tạo giống mới. 3 PHẦN II TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1. Tình hình sản xuất ngô trên Thế giới và ở Việt Nam. 2.1.1. Tình hình sản xuất ngô trên Thế giới. Sản xuất ngô thế giới liên tục phát triển và có nhiều đột phá kể từ đầu thế kỷ 20 đến nay, đặc biệt trong hơn 40 năm trở lại đây. Năm 2004, năng suất ngô trung bình thế giới chỉ đạt khoảng 49,2 tạ/ha, đến năm 2013 năng suất đã đạt 55,2 tạ/ha trên diện tích 184,1 triệu ha với sản lượng đạt kỷ lục 1.016,73 triệu tấn (FAOSTAT, 2013). Kết quả trên có được trước hết là nhờ không ngừng ứng dụng những thành tựu mới trong chọn tạo giống, trong đó lý thuyết ưu thế lai được phát huy tác dụng, đồng thời đẩy mạnh cải tiến các biện pháp kỹ thuật canh tác vào sản xuất. Với việc ứng dụng ưu thế lai và các giải pháp khoa học kỹ thuật cho sản xuất ngô đã góp phần tăng trưởng về năng suất cao nhất trong các cây lương thực chủ yếu (ngô, lúa nước, lúa mì và lúa mạch), đưa sản lượng ngô thế giới năm 2009 (812,4 triệu tấn) tiếp tục vượt trên lúa mì (682,1 triệu tấn) và lúa nước (441,2 triệu tấn). Mỹ là nước đứng đầu thế giới về diện tích, năng suất và sản lượng ngô. Năm 2005 diện tích trồng ngô của Mỹ là 30,39 triệu ha, sản lượng đạt 282,26 triệu tấn. Năm 2013 tổng diện tích trồng ngô nước Mỹ là 35,4 triệu ha, năng suất bình quân đạt 99,69 tạ/ha với sản lượng 353,69 triệu tấn. Hiện nay ở Mỹ 100% diện tích ngô sử dụng giống lai, trong đó 90% là giống lai đơn (FAOSTAT, 2013). Theo dự báo của Viện nghiên cứu chương trình lương thực thế giới (IPRI, 2003), vào năm 2020 tổng nhu cầu ngô trên thế giới là 852 triệu tấn, trong đó 15% dùng làm lương thực, 69% dùng làm thức ăn chăn nuôi, 16% dùng làm nguyên liệu cho công nghiệp. Ở các nước phát triển chỉ dùng 5% ngô làm lương 4 thực nhưng ở các nước đang phát triển sử dụng 22% ngô làm lương thực (IPRI, 2003). Đến năm 2020, nhu cầu ngô thế giới tăng 45% so với nhu cầu năm 1997, chủ yếu tăng cao ở các nước đang phát triển (72%), riêng Đông Nam Á nhu cầu tăng 70% so với năm 1997, sở dĩ nhu cầu ngô tăng mạnh là do dân số thế giới tăng, thu nhập bình quân đầu người tăng, nên nhu cầu thịt, cá, trứng, sữa tăng mạnh, dẫn đến đòi hỏi lượng ngô dùng cho chăn nuôi tăng. Nhưng thách thức lớn nhất là 80% nhu cầu ngô thế giới tăng (266 triệu tấn), lại tập trung ở các nước đang phát triển. Hơn nữa chỉ khoảng 10% sản lượng ngô từ các nước công nghiệp có thể xuất sang các nước đang phát triển. Vì cậy, các nước đang phát triển phải tự đáp ứng nhu cầu của mình (IPRI, 2003). Bảng 2.1.Dự báo nhu cầu ngô thế giới năm 2020. Vùng Năm 1997 (triệu tấn) Năm 2020 (triệu tấn) Tăng 2020/1997 (%) Thế giới 586 852 45,4 Các nước đang phát triển 295 508 72,2 Đông Á 136 252 85,3 Nam Á 14 19 35,7 Cận Sahara – Châu Phi 29 52 79,3 Mỹ Latinh 75 118 57,3 Tây và Bắc Phi 18 28 55,6 (Nguồn: Viện nghiên cứu chương trình lương thực thế giới IPRI, 2003) Hàng năm, có khoảng 11,5% tổng sản lượng ngô được lưu thông trên thị trường thế giới, với giá bình quân trên dưới 140 USD/tấn. Xuất khẩu ngô đã đem lại nguồn lợi lớn cho các nước lớn sản xuất ngô như: Mỹ, Trung Quốc, Argentina, Hungari…(Ngô Hữu Tình, 2003). Sản lượng ngô xuất khẩu trên thế giới trung bình hàng năm từ 82,6 đến 86,7 triệu tấn, riêng Mỹ xuất khẩu khoảng 48,6 triệu tấn chiếm 64,41% tổng sản lượng, Argentina 9,5 triệu tấn…Ngược lại, các nước nhập khẩu ngô chủ yếu là Châu Á: Nhật Bản, Hàn Quốc, Đài Loan, Malaixia…với số lượng lớn khoảng 30 triệu tấn. Các nước Đông Nam Á cũng đang có xu hướng tăng nhập khẩu ngô. 5 2.1.2. Tình hình sản xuất ngô ở Việt Nam. Ở Việt Nam, ngô là cây lương thực đứng thứ hai sau cây lúa nước. Cây ngô được đưa vào Việt Nam cách đây khoảng 300 năm (Ngô Hữu Tình, 1995), ngô có nhiều đặc điểm nông sinh học quý, tiềm năng năng suất cao, có khả năng thích nghi rộng với điều kiện sinh thái đa dạng của Việt Nam. Do điều kiện chiến tranh kéo dài nên những nghiên cứu về cây ngô cũng bắt đầu rất muộn so với các nước trong khu vực. Năm 1973 mới có những định hướng phát triển ngô ở Việt Nam (Trần Hồng Uy, 2001). Những năm trước đây do chưa được quan tâm, chú trọng phát triển nên ngô chưa phát huy được tiềm năng của nó. Theo thống kê năng suất ngô Việt Nam những năm 1960 đến 1975 chỉ đạt 1,0 tấn/ha, sản lượng 280 nghìn tấn. Đến đầu những năm 1980, năng suất cũng chỉ đạt 1,1 tấn/ha và sản lượng hơn 400 nghìn tấn, sản xuất ngô ở thời kỳ này phát triển chậm do sử dụng các giống ngô địa phương với kỹ thuật canh tác lạc hậu. Từ giữa những năm 1980, nhờ sự hợp tác với Trung tâm Cải tạo Ngô và Lúa mỳ Quốc tế (CIMMYT), nhiều giống ngô cải tiến đã được đưa vào trồng ở nước ta, góp phần nâng năng suất lên gần 1,5 tấn/ha vào đầu những năm 1990. Tuy nhiên, ngành sản xuất ngô nước ta thực sự có những bước tiến nhảy vọt là từ đầu năm 1990 đến nay, do không ngừng mở rộng giống ngô lai ra sản xuất, đồng thời cải thiện các biện pháp kỹ thuật canh tác theo đòi hỏi của giống mới. Tình hình sản xuất ngô ở Việt Nam giai đoạn 1961 đến 2013 được thể hiện ở bảng 2.2 Bảng 2.2: Tình hình sản xuất ngô của Việt Nam giai đoạn 1961 – 2013 Năm Diện tích (nghìn ha) Năng suất (tạ/ha) Sản lượng (nghìn tấn) 1961 260,2 11,2 192,2 1975 267,0 10,5 280,6 1990 432,0 15,5 671,0 6 2000 730,2 25,1 2005,9 2005 1052,6 36,0 3787,1 2010 1125,7 41,1 4625,7 2011 1121,3 43,1 4835,6 2012 1156,6 43,0 4973,6 Sơ bộ 2013 * 1172,5 44,3 5193,5 Nguồn: (Tổng cục thống kê, 2014) Trong giai đoạn 1990 – 2013 sản xuất ngô ở Việt Nam đã có chuyển biến rõ rệt về diện tích, năng suất, sản lượng. Qua bảng 2.2, cho thấy năm 1990, diện tích trồng ngô của nước ta là 432 nghìn ha với tỷ lệ giống lai chưa đến 1% nhưng đến năm 2013 diện tích đạt 1172,5 nghìn ha trong đó diện tích ngô lai chiếm khoảng 95%. Năng suất ngô nước ta tăng nhanh liên tục với tốc độ cao hơn trung bình thế giới suốt hơn 20 năm qua.Việt Nam được đánh giá là một trong những nước có tốc độ tăng trưởng sản xuất ngô khá nhanh trong khu vực Đông Nam Á. Năm 2005 tổng diện tích ngô cả nước là 1052,6 triệu ha, năng suất 36,0 tạ/ha với sản lượng đạt 3787,1 triệu tấn (bảng 2.2). Các năm tiếp theo, tình hình sản xuất ngô trong nước đã có những bước thay đổi cả quy mô diện tích và sản lượng. Năm 2013, diện tích ngô tăng đáng kể, đạt khoảng 1172,5 triệu ha, tăng 11,4 % so với năm 2005. Về năng suất, sau 9 năm kể từ năm 2005 đã tăng từ 36,0 tạ/ha lên 44,3 tạ/ha (tăng 23,1 % so với năm 2005). Tổng sản lượng ngô sơ bộ của cả nước năm 2013 đạt xấp xỉ 5,2 triệu tấn, tăng 37,1 % so với năm 2005. 2.2 Nguồn gen ngô và nâng cao nguồn gen Các nhà tạo giống đều nhấn mạnh cần mở rộng nền di truyền nguồn gen ngô để đảm bảo nhận được di truyền tiếp tục và hạn chế rủi ro của nền tảng di truyền hẹp (Eberhart, 1971; Darrah và Zuber, 1986; Mungoma và Pollak, 1988). Nhỏ hơn 1% các giống ngô thường mại của Mỹ là nguồn nhập nội và nguồn gen nhập nội nhiệt đới chỉ là phần rất nhỏ trong đó. Rất nhiều đánh giá và chuyển gen nhập nội và nguồn gen nhiệt đới vào giống sử dụng thống 7 thường và dòng thuần ưu tú của chương trình cải tiến ngô toàn thế giới. Nhưng tác các allel có lợi từnguồn gen nhập nội rất khó khăn vì nguồn gen nhập nội như vậy thường không thích nghi. Mặc dù đa dạng ở ngô rất lớn, các nhà tạo giống tập trung cố gắng của họ vào một số biến chủng (Brown, 1975). Sáu dòng thuần và những dòng có liên quan đại diện cho 70% các giống ngô ưu thế lai ở Mỹ những dòng này là C103, Mo17 và Oh43 các dòng dạng Lancaster (vùng Tây Bắc nước Anh) và A632, B37 và B73 (kiểu dòng 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 và cải tiến tránh bố mẹ hoang dại, giống bản địa, nguồn gen ngoài có sẵn trong ngân hàng gen có thể mất thời gian dài, chi phí cao, bên cạnh đó rất khó nhận biết gen hữu ích chính là lý do sử dụng ngân hàng gen thấp. Nhìn chung các giống ngô ưu thế lai thương mại hiện nay có nền tảng di truyền hẹp (Goodman, 1990). Chọn giống ngô ưu thế lai là sự cạnh tranh và xu hướng cạnh tranh ngày một tăng, bởi vậy các nhà tạo giống khai thác những dòng tự phối ưu tú, những dòng này hy vọng cho kết quả năng suất ưu thế lai mong muốn trong một thời gian chọn tạo ngắn chứ không đi tạo nhiều vật liệu, đó là nguyên nhân của nền di truyền hẹp của các giống ngô ưu thế lai hiện nay di truyền, chọn tạo giống ngô theo một số hướng khác nhau, các nhà tạo giống ngô cần chú trọng tạo ra nguồn vật liệu mới. Để tiếp tục cải tiến vật liệu và chọn tạo giống ngô theo một số hướng khác nhau, các nhà tạo giống ngô cần chú trọng tạo ra nguồn vật liệu mới bằng phát triển quần thể và các dòng thuần. Các giống ngô ưu thế lai thương mại sẽ được sử dụng nhiều và mở rộng tài nguyên di truyền (Parks, 1993). Nguồn gen ngô có mức độ đa dạng di truyền cao, nhưng hầu hết các giống trồng và giống lai hiện nay tập trung vào một số ít nguồn gen, do vậy vấn đề bảo 8 [...]... lấy Mo17 làm tester, và các tổ hợp lai giữa các dòng nghiên cứu với Mo17 và B73 làm tester.Theo dõi đánh giá chiều dài bắp, số hàng hạt và khối lượng 1000 hạt Chọn lọc lai dòng B73 và Mo17 biểu hiện biến động mạnh những tính trạng này Nhận biết 3 trong 19 tổ hợp lai thử với B73 và Mo17 biểu hiện năng suất cao hơn đối chứng ở mức có ý nghĩa (P . 19 2,2 19 75 267,0 10 ,5 280,6 19 90 432,0 15 ,5 6 71, 0 6 2000 730,2 25 ,1 2005,9 2005 10 52,6 36,0 3787 ,1 2 010 11 25,7 41, 1 4625,7 2 011 11 21, 3 43 ,1 4835,6 2 012 11 56,6 43,0 4973,6 Sơ bộ 2 013 * 11 72,5. 19 61 đến 2 013 được thể hiện ở bảng 2.2 Bảng 2.2: Tình hình sản xuất ngô của Việt Nam giai đoạn 19 61 – 2 013 Năm Diện tích (nghìn ha) Năng suất (tạ/ha) Sản lượng (nghìn tấn) 19 61 260,2 11 ,2 19 2,2 19 75. hàng năm 7 – 17 % sản lượng (Carlos De Leon, 19 94). Theo Anon. , (1 983), bệnh héo rũ ngô gây tổn thất nặng ở Ý vào những năm 19 40 (Anon. ,19 83). 13 Theo L.Roger (1 953), có khoảng 15 3 loại bệnh