Nghiên cứu xác định nguồn vật liệu chịu mặn phục vụ công tác chọn tạo giống ngô cho vùng duyên hải nam trung bộ và đồng bằng sông cửu long (tt)

Nghiên cứu chọn tạo giống cây trồng có khả năng chống chịu tốt với môi trường bất thuận, đáp ứng với biến đổi khí hậu, nhằm tăng năng suất cây trồng và đem lại hiệu quả kinh tế cho người

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNTVIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM



NGUYỄN HỮU HÙNG

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH NGUỒN VẬT LIỆU CHỊU MẶN PHỤC VỤ CÔNG TÁC CHỌN TẠO GIỐNG NGÔ CHO VÙNG DUYÊN HẢI NAM TRUNG BỘ VÀ ĐỒNG

BẰNG SÔNG CỬU LONG

Chuyên ngành: Di truyền và chọn giống cây trồng

Mã số: 62 62 01 11

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP

Hà Nội – Năm 2017

Công trình được hoàn thành tại:

Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam

Người hướng dẫn khoa học:

1 TS Lương Văn Vàng

2 PGS TS Hồ Quang Đức

Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3:

Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Viện họp tại:

Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam

Vào hồi h ngày tháng năm 20

Có thể tìm hiểu luận án tại:

1 Thư Viện Quốc gia

2 Thư Viện Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam

3 Thư Viện Viện Nghiên cứu Ngô

1

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Việt Nam có khoảng hơn 1 triệu ha đất bị nhiễm mặn, phân bố tập trung

ở các tỉnh vùng Duyên Hải và đồng bằng sông Cửu Long (Viện Thổ nhưỡng Nông hóa, 2010) Trong những năm gần đây do ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đặc biệt là sự nóng lên của trái đất và mực nước biển dâng đã làm cho diện tích đất nhiễm mặn ngày càng gia tăng Sự xâm nhập mặn này sẽ ngày càng trầm trọng hơn khi El Nino gây nên hạn hán không chỉ ở vùng đồng bằng mà còn trên các vùng thượng lưu, tác động trực tiếp đến sản xuất nông nghiệp dẫn đến năng suất cây trồng suy giảm, giá thành sản xuất tăng cao

Nghiên cứu chọn tạo giống cây trồng có khả năng chống chịu tốt với môi trường bất thuận, đáp ứng với biến đổi khí hậu, nhằm tăng năng suất cây trồng

và đem lại hiệu quả kinh tế cho người sản xuất, đề tài “Nghiên cứu xác định

nguồn vật liệu chịu mặn phục vụ công tác chọn tạo giống ngô cho vùng Duyên hải Nam Trung Bộ và đồng bằng sông Cửu Long” được tiến hành

nghiên cứu

2 Mục tiêu của đề tài

Xác định được nguồn vật liệu (dòng thuần) chịu mặn phục vụ cho công tác chọn tạo giống ngô lai;

Tạo giống ngô lai chịu mặn cho vùng Duyên hải Nam Trung Bộ và đồng bằng sông Cửu Long

3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

3.1 Ý nghĩa khoa học của đề tài

Bổ sung lý thuyết về cơ sở chọn tạo giống ngô cho vùng khó khăn ở Việt Nam;

Xác định được mức độ ảnh hưởng của các độ mặn khác nhau đến sinh trưởng, phát triển và năng suất của ngô, trên cơ sở đó đưa ra cơ chế chịu mặn ở ngô;

Xác định được một số vật liệu ngô (dòng thuần) có khả năng ứng dụng trong tạo giống ngô lai chịu mặn phục vụ sản xuất cho những vùng khó khăn

2

3.2 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài

Xác định được 4 dòng có khả năng chịu mặn tốt cho chương trình chọn tạo giống ngô chịu mặn là STL2, STL6, STL28, STL30;

Chọn tạo thành công giống ngô lai VS71 có khả năng chịu mặn, năng suất cao phục vụ sản xuất, đặc biệt là cho vùng Duyên hải Nam Trung Bộ và đồng bằng sông Cửu Long;

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

4.1 Đối tượng nghiên cứu

32 dòng thuần tốt đã được chọn lọc, thuộc tập đoàn dòng công tác của Viện Nghiên cứu Ngô; Các tổ hợp lai (THL) được tạo ra từ các dòng được đánh giá có khả năng chịu mặn; Các giống ngô lai thương mại đang được trồng phổ biến tại vùng Duyên hải Nam Trung Bộ và đồng bằng sông Cửu Long

4.2 Phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu các đặc điểm nông sinh học, khả năng chịu mặn, khả năng kết hợp của các dòng ngô thuần; nghiên cứu các đặc điểm nông sinh học, khả năng chịu mặn của các tổ hợp ngô lai;

Nghiên cứu được thực hiện tại Viện Nghiên cứu Ngô, Đan Phượng, Hà Nội và vùng Duyên hải Nam Trung Bộ và đồng bằng sông Cửu Long từ năm

2010 – 2015;

5 Tính mới của đề tài luận án

Đây là công trình đầu tiên ở Việt nam nghiên cứu một cách hệ thống sử dụng phương pháp đánh giá tính chịu mặn ở ngô bằng dung dịch dưỡng mặn, trồng trong chậu để chọn lọc dòng thuần và lai tạo thành công giống ngô chịu mặn phục vụ sản xuất;

Các thông tin khoa học trên cơ sở kết quả của các bước tiến hành đánh giá vật liệu chịu mặn (dòng thuần), lai tạo và thử nghiệm giống ngô lai chịu mặn

đã cung cấp cơ sở lý luận và thực tiễn vận dụng cho công tác chọn tạo giống ngô cho vùng khó khăn hiện nay

6 Bố cục của luận án

Nội dung chính của luận án gồm 160 trang đánh máy, có 80 bảng, 10

hình và ảnh, được trình bày trong 5 phần: Mở đầu (5 trang); Chương 1 Tổng

3

quan tài liệu và cơ sở khoa học (39 trang); Chương 2 Vật liệu, nội dung và phương pháp (12 trang); Chương 3 Kết quả và thảo luận (102 trang); Kết luận

và đề nghị (2 trang) Tài liệu tham khảo gồm 191 tài liệu, trong đó 20 tài liệu

tiếng Việt và 171 tài liệu tiếng Anh Có 3 công trình liên quan đến luận án đã được công bố trên các tạp chí trong nước

CHƯƠNG I

TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI 1.1 Tình hình nghiên cứu ngô chịu mặn trên thế giới và ở Việt Nam

1.1.1 Tình hình nghiên cứu ngô chịu mặn trên thế giới

Nghiên cứu khả năng chịu mặn ở ngô đã được một số tác giả trên thế giới nghiên cứu từ thập niên 80 của thế kỷ trước (Ashraf và McNeilly 1989; 1990) Trong những năm gần đây do ảnh hưởng của biến đổi khí hậu và quá trình đất mặn hóa ngày một gia tăng thì chọn tạo giống giống ngô chịu mặn đã được nhiều tác giả nghiên cứu Hầu hết các nghiên cứu chỉ ra rằng ngô có khả năng chịu mặn và khả năng chịu mặn của các giống ngô là khác nhau

1.1.2 Tình hình nghiên cứu ngô chịu mặn ở Việt Nam

Nghiên cứu chọn tạo giống ngô chịu mặn ở Việt Nam là đề tài mới, chưa

có tài liệu nào được công bố liên quan đến tính chịu mặn ở ngô

1.2 Cơ sở chọn tạo giống cây trồng chịu mặn

Munns (2002; 2005) đã đưa ra khái niệm “phản ứng hai giai đoạn của cây trồng với độ mặn” Giai đoạn đầu giảm tăng trưởng xảy ra một cách nhanh chóng sau khi tiếp xúc với độ mặn Giai đoạn thứ hai diễn ra chậm hơn, có thể trong nhiều ngày, nhiều tuần hoặc nhiều tháng, đây là kết quả của sự tích tụ muối trong lá dẫn đến ngộ độc muối trong cây, chủ yếu diễn ra ở các lá già

1.2.1 Cơ chế tác động của muối đối với cây trồng

Theo Greenway và Munns (1980) độ mặn gây ra giảm tăng trưởng thực vật vì nó có thể bị bốn loại stress là: Stress thẩm thấu gây ra thiếu hụt nước; Ngộ độc ion do nồng độ cao của Natri và Clo; Mất cân bằng dinh dưỡng ion, do mức

4

phản ứng chứa ôxy phá hoại các đại phân tử

1.2.2 Cơ chế chịu mặn của cây trồng

Chịu mặn là hệ phức hợp được quy định bởi nhiều gen (Shannon 1997; Flowers 2004) Cơ chế chịu mặn của cây trồng chưa được hiểu một cách rõ ràng nhưng một số nhà nghiên cứu đã chứng minh cơ chế chịu mặn dựa vào các yếu

tố như: Loại trừ ion muối (Abel 1969; Noble et al 1984); Sự tích tụ các ion muối trong không bào (Xue et al 2004) và; sản xuất các chất tan tương thích để cân bằng áp suất thẩm thấu và tăng cường hoạt động của các emzim (Grumet và Hanson 1986; Wyn Jones et al 1977)

1.3 Chọn tạo giống ngô chịu mặn

1.3.1 Nguồn vật liệu chọn tạo dòng

Theo Ngô Hữu Tình (2009) gần đây việc sử dụng các giống ngô TPTD

đã không được các nhà tạo giống ưa chuộng, các quần thể phân ly từ các giống lai thương mại hoặc từ các cặp lai ưu tú được sử dụng phổ biến hơn trong chọn tạo giống ngô lai Theo Vasal (1999) nguồn vật liệu cho chọn tạo giống ngô cần phải có các đặc tính nhất định, có khả năng kết hợp tốt với các nguồn khác, chịu được áp lực tự phối, có ưu thế lai cao, có nhiều đặc tính mong muốn khác

1.3.2 Một số phương pháp tạo dòng thuần

Từ nguồn vật liệu khởi đầu, có nhiều phương pháp khác nhau để tạo và phát triển dòng thuần như: phương pháp tự phối (Self-pollination); phương pháp cận phối (Fullsib hoặc Halfsib); phương pháp lai trở lại (back cross); phương pháp thuần hóa tích hợp (Additivo cumulative inbreeding); phương pháp tạo dòng đơn bội kép (Double Haploid)

1.3.3 Khả năng kết hợp

Khả năng kết hợp là khả năng tương tác của một kiểu gen để truyền hiệu suất mong muốn của nó đến các con lai Các khái niệm về khả năng kết hợp chung (General Combining Ability - GCA) và khả năng kết hợp riêng (Specific Combining Ability - SCA) được xác định bởi Sprague và Tatum (1942)

5

1.3.4 Chọn tạo giống ngô chịu mặn bằng phương pháp truyền thống

Việc trực tiếp chọn lọc các kiểu gen chịu mặn trên đồng ruộng bị cản trở bởi sự ảnh hưởng đáng kể của các yếu tố môi trường làm cho quá trình chọn tạo trở lên khó khăn Với phương pháp sử dụng dung dịch dưỡng mặn để gieo trồng

ở giai đoạn cây con và bằng phương pháp gieo trồng trong chậu là môi trường chọn lọc làm tăng khả năng chịu mặn ở ngô (Khan et al., 2003) Thông qua phương pháp này có thể đánh giá và xác định được các nguồn ngô có khả năng chịu mặn đáp nhu cầu sản xuất

1.3.5 Ứng dụng chỉ thị phân tử trong chọn tạo giống ngô chịu mặn

Ứng dụng các kỹ thuật chỉ thị phân tử trong đánh giá kiểu gen chịu mặn đã được thực hiện bởi Abdel-Bary et al., (2005), Wang et al., (2012), Xiang et al., (2014), Saputro et al., (2016), Rajurkar và Shankarrao (2013), Mohammad et al., (2015) hầu hết các nghiên cứu đã tìm ra các chỉ thị liên kết với khả năng chịu mặn có thể được sử dụng trong chương trình tạo giống MAS và phát triển kiểu gen chịu mặn bằng biến đổi gen

1.3.6 Công nghệ gen trong chọn tạo giống ngô chịu mặn

Yin et al., (2004) ghi nhận rằng chuyển gen AtNHX1 đã làm tăng khả năng chịu mặn ở ngô khi trồng trong môi trường mặn Các giống ngô được chuyển gen chịu mặn OsNHX1 cho khả năng tích lũy chất khô cao hơn với giống thường khi trồng trong dung dịch mặn 200 mM và cho năng suất hạt cao hơn khi trồng trong điều kiện mặn (Chen et al 2007)

Tóm lại: Trên cơ sở tổng quan tài liệu, mặc dù các nghiên cứu về chọn

tạo giống ngô chịu mặn ở Việt Nam chưa được tiến hành từ trước đến nay, nhưng với những kiến thức và hiểu biết về phương pháp, cơ sở khoa học qua những công trình đã nghiên cứu kể trên và kinh nghiệm được tích luỹ trong thời gian công tác, đề tài “Nghiên cứu xác định nguồn vật liệu chịu mặn phục vụ công tác chọn tạo giống ngô cho vùng Duyên hải Nam Trung Bộ và đồng bằng sông Cửu Long” sẽ được thực hiện thành công Thành công của đề tài không những sẽ mang lại hiệu quả kinh tế cho người trồng ngô ở những vùng khó khăn

mà còn là cơ sở khoa học cho công tác nghiên cứu chọn tạo các giống ngô chịu mặn cho các giai đoạn tiếp theo

6

CHƯƠNG II VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Vật liệu

Vật liệu gồm 32 dòng ngô thuần, là những dòng đã được chọn lọc và đánh giá KNKH thuộc tập đoàn dòng công tác của Viện Nghiên cứu Ngô được ghi mã tên theo thứ tự từ STL1 đến STL32;

28 tổ hợp lai luân phiên của 8 dòng thuần có khả năng chịu mặn tốt (ký hiệu STM1 đến STM28); Đối chứng là các giống ngô lai thương mại đang được trồng phổ biến tại các địa phương thực hiện thí nghiệm là C919, NK67, NK7328, CP333, CP888, DK9901

2.2 Nội dung nghiên cứu

2.2.1 Đánh giá khả năng chịu mặn của tập đoàn dòng bằng phương pháp nhân tạo

2.2.2 Đánh giá đặc điểm nông sinh học và khả năng kết hợp của các dòng có khả năng chịu mặn

2.2.3 Đánh giá khả năng chịu mặn của các tổ hợp lai bằng phương pháp nhân tạo

2.2.4 Khảo sát đánh giá các tổ hợp lai chịu mặn tại Duyên hải Nam Trung Bộ, đồng bằng sông Cửu Long và phát triển giống mới

2.3 Phương pháp nghiên cứu:

2.3.1 Phương pháp nghiên cứu trong phòng thí nghiệm

Phân tích hàm lượng ion Na +

, K +

pháp của Wolf (1982)

2.3.2 Phương pháp nghiên cứu trong nhà lưới

2.3.2.1 Đánh giá khả năng chịu mặn của ngô ở giai đoạn cây con trong dung dịch dưỡng mặn

Các nguồn ngô được trồng trong rổ trấu sạch, đặt trong khay dung dịch dưỡng Yoshida (1976) ở các nồng độ muối lần lượt là: 50 mM; 100 mM; 150 mM; 200 mM, đối chứng 0 mM Sau 17 ngày, cây con được thu hoạch và đo

7

mặn (CSCM) theo công thức:

Đánh giá hình thái và mức độ chịu mặn ở gai đoạn cây con trong dung dịch dưỡng mặn được thực hiện theo phương pháp của Faustino (Bảng 2.3)

Bảng 2.3 Bảng đánh giá mức độ chịu mặn của ngô ở giai đoạn cây con

bằng phương pháp trồng trong dung dịch dưỡng mặn

và mức độ chịu mặn của cây trồng trong chậu được thực hiện theo phương pháp của Faustino (Bảng 2.5)

8

Bảng 2.5 Bảng đánh giá mức độ chịu mặn của ngô bằng phương pháp

trồng trong chậu

3 Chịu mặn trung bình Cây có thể ra cờ (tung phấn) và râu (phun râu) nhưng thời gian tung phấn và phun

râu bị lệch nhau

2.3.3 Phương pháp nghiên cứu ngoài đồng ruộng

3.3.3.1 Lai tạo và đánh giá khả năng kết hợp của các dòng có khả năng chịu

2.4 Chỉ tiêu theo dõi

Các chỉ tiêu theo dõi được thực hiện theo phương pháp chuẩn của Viện Nghiên cứu Ngô và Trung tâm cải tạo ngô và lúa mỳ quốc tế CIMMYT

2.5 Xử lý số liệu

Số liệu được xử lý bằng phần mềm IRRISTAT 5.0 và phần mềm trương trình di truyền số lượng của Nguyễn Đình Hiền version 2.0

9

2.6 Địa điểm và thời gian thực hiện đề tài

Thí nghiệm đánh giá khả năng chịu mặn của các dòng bằng nhân tạo được thực hiện từ năm 2010 đến 2011 tại Viện Nghiên cứu Ngô, Đan Phượng – Hà Nội;

Thí nghiệm đánh giá đặc điểm nông sinh học, lai tạo, đánh giá khả năng kết hợp của các dòng chịu mặn từ năm 2010 – 2012 tại Viện Nghiên cứu Ngô, Đan Phượng – Hà Nội;

Thí nghiệm đánh giá khả năng chịu mặn của các tổ hợp lai bằng nhân tạo được thực hiện từ năm 2012 đến 2013 tại Viện Nghiên cứu Ngô, Đan Phượng –

Hà Nội;

Thí nghiệm khảo sát đánh giá tổ hợp lai chịu mặn và phát triển giống mới thực hiện từ năm 2011 - 2015 tại các tỉnh thuộc Duyên hải Nam Trung Bộ và đồng bằng sông Cửu Long, Hà Nội, Hòa Bình và các tỉnh thuộc mạng lưới khảo nghiệm quốc gia

CHƯƠNG III KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Đánh giá khả năng chịu mặn của tập đoàn dòng bằng phương pháp nhân tạo

3.1.1 Đánh giá khả năng chịu mặn của các dòng ở giai đoạn cây con bằng phương pháp trồng trong dung dịch dưỡng mặn

Sau khi cấy chuyển vào dung dịch dưỡng mặn, qua theo dõi cho thấy hầu hết các dòng ngô đều giảm sinh trưởng, mức độ giảm tỷ lệ thuận với độ mặn Ở công thức S4 (200 mM) cây giảm tăng trưởng nhiều nhất và có các triệu chứng

đi kèm như chóp lá xoăn, cháy lá hoặc phần nửa của lá có vết trắng, lá gốc của hầu hết các dòng bị khô Sau 17 ngày trồng trong dung dịch dưỡng ở nồng độ mặn 200 mM đã có 3 dòng bị chết là STL5, STL15, STL27 Tuy nhiên, vẫn có 3 dòng biểu hiện với bộ lá xanh và sinh trưởng bình thường là STL6, STL28 và STL30 (Hình 3.1)

3.1.2 Đánh giá khả năng chịu mặn của tập đoàn dòng bằng phương pháp trồng trong chậu

Trên cơ sở kết quả đánh giá khả năng chịu mặn ở giai đoạn cây con, 20 dòng có khả năng chịu mặn từ trung bình đến tốt là STL1, STL2, STL3, STL4, STL6, STL11, STL14, STL16, STL17, STL18, STL19, STL20, STL21, STL22, STL26, STL28, STL29, STL30, STL31, STL32 được chọn lọc và tiếp tục đánh giá khả năng chịu mặn bằng phương pháp trồng trong chậu tại Viện Nghiên cứu Ngô trong vụ Xuân năm 2011

Hầu hết các dòng đều giảm sinh trưởng trong môi trường đất mặn, mức

độ giảm sinh trưởng tăng trong đất có nồng độ muối cao Ở môi trường đất có độ mặn 4 dS/m (S1) cây sinh trưởng bình thường, ở 8 dS/m (S2) cây biểu hiện bị táp các lá phía dưới, trong môi trường đất ở nồng độ muối 12 dS/m (S3) các lá phía dưới bị héo, mép lá bị khô

11

biểu hiện giữa các dòng là khác nhau Ở công thức muối S3 (12 dS/m) có 3 dòng

giá và chọn lọc giống cây trồng chịu mặn (Bảng 3.9)

Bảng 3.9 Ảnh hưởng của độ mặn đến hàm lượng Na + trong cây của các

S2 (8dS/m)

S3 (12dS/m)

Trung bình