Nghiên cứu phát triển nguồn vật liệu phục vụ chọn tạo giống ngô nếp lai chất lượng cao và giàu hàm lượng anthocyanin (tt)

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM PHẠM QUANG TUÂN NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN NGUỒN VẬT LIỆU PHỤC VỤ CHỌN TẠO GIỐNG NGÔ NẾP LAI CHẤT LƯỢNG CAO VÀ GIÀU HÀM LƯỢNG ANTHOCYANIN CHUYÊN NGÀNH: DI TRUYỀN VÀ CHỌN GIỐNG CÂY TRỒNG MÃ SỐ : 9620111 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÀ NỘI, 2019 Cơng trình hồn thành tại: HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM Người hướng dẫn: PGS.TS NGUYỄN THẾ HÙNG PGS.TS NGUYỄN VIỆT LONG Phản biện 1: GS.TS TRẦN NGỌC NGOẠN Trường Đại học Nông lâm, Đại học Thái Nguyên Phản biện 2: PGS.TS ĐỒNG HUY GIỚI Học viện Nông nghiệp Việt Nam Phản biện 3: TS BÙI MẠNH CƯỜNG Viện Nghiên cứu Ngô Luận án bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án cấp Học viện họp tại: Học viện Nông nghiệp Việt Nam Vào hồi giờ, ngày tháng năm 2019 Có thể tìm hiểu luận án thư viện: - Thư viện Quốc gia Việt Nam - Thư viện Học viện Nông nghiệp Việt Nam PHẦN MỞ ĐẦU 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ Ngơ nếp tím (Zea mays L var ceratina Kulesh) dạng đặc thù ngô giàu anthocyanins thành phần chất kháng oxy hóa khác, trồng trọt tiêu thụ rộng rãi Thái Lan, Trung Quốc nước khác châu Á (Harakotr et al., 2014; Hu and Xu, 2011) Anthocyanins đặc biệt giàu ngơ có màu đậm, có lợi cho sức khỏe người cho chất kháng oxy hóa tiềm hoạt động chống ung thư, ngăn chặn bệnh tim mạch, điều khiển chống béo phì, giảm nhẹ bệnh tiểu đường khả kháng viêm nhiễm (Jones, 2005; He and Giusti, 2010) Chính nghiên cứu chọn giống ngơ nếp có chất lượng giàu chất anthocyanin phát triển mạnh mẽ Hiện số nước lai tạo ngô nếp tím triển khai phương pháp lai ngơ nếp trắng với ngơ nếp tím tạo giống ngơ nếp lai chất lượng cao giàu chất kháng ô xy hóa (Qing-ping Hu and Jian-guo Xu, 2011; Harakotr et al., 2013; 2016) Ngô nếp hạt nhiều màu từ trắng đến đen tương quan với hàm lượng chất hóa học thực vật hạt Màu hạt ngơ chất màu hợp chất khác gồm carotenoids, phenols anthocyanin tạo màu vỏ hạt lớp ơloron nội nhũ Các hợp chất sinh học màu tăng tương quan với tăng chất lượng dinh dưỡng ngơ nếp Hạt có màu đậm tía, xanh đỏ nhìn chung lớp ơloron vỏ hạt ngô (Mahan et al., 2013) Ở Việt Nam, nghiên cứu cải thiện chất lượng chọn giống ngô nếp chất lượng cao giàu Anthocyanin hạn chế Về nghiên cứu, nước chưa có cơng bố phương pháp lai cải thiện tính trạng chất lượng độ ngô nếp, đặc biệt ngơ nếp tím; chọn giống ngơ nếp chất lượng giàu anthocyanin chưa có kết cơng bố, nước có giống ngơ nếp tím giàu anthocyanin FANCY111 nhập nội từ Thái lan cơng nhận thức, có giá hạt giống cao (400500 ngàn đồng/kg hạt) không chủ động hạt giống Chính vậy, việc nghiên cứu phát triển nguồn vật liệu phục vụ chọn tạo giống ngô nếp ưu lai có suất, chất lượng cao giàu chất kháng xy hóa anthocyanin Việt Nam, đáp ứng yêu cầu sản xuất, thị trường ngô nếp ăn tươi nâng cao hiệu kinh tế cho sản xuất vấn đề cấp thiết 1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU - Đánh giá chọn lọc vật liệu di truyền ngơ nếp có suất, chất lượng giàu anthocyanin phục vụ chọn tạo giống ngô nếp lai cho tỉnh miền Bắc, Việt Nam - Khai thác cải tiến nguồn vật liệu ngô nếp nước nhập nội, chọn tạo giống ngơ nếp tím lai có chất lượng cao giàu anthocyanin cho tỉnh miền Bắc, Việt Nam 1.3 ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI NGHIÊN CỨU 1.3.1 Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nguồn vật liệu ngơ nếp trắng, ngơ nếp tím, ngơ ngọt, kế thừa từ nguồn vật liệu có Viện Nghiên cứu Phát triển trồng – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Các nguồn vật liệu lựa chọn phù hợp cho thí nghiệm nghiên cứu phát triển dòng lai tạo, chọn lọc tổ hợp lai triển vọng cải thiện độ Brix cho vật liệu ngô 1.3.2 Thời gian nghiên cứu Thời gian nghiên cứu: Trong năm từ 2015 - 2018; năm, tiến hành 2-3 vụ vụ Xuân (Tháng 1-5) , Hè Thu (tháng 7-9) vụ Thu Đông (tháng 8-12) 1.3.3 Địa điểm nghiên cứu Các thí nghiệm ngồi đồng ruộng thực Viện Nghiên cứu Phát triển trồng – Học viện Nơng nghiệp Việt Nam Các thí nghiệm phòng thực Phòng thí nghiệm JICA – trung tâm Nghiên cứu trồng Việt -Nhật Thí nghiệm thử nghiệm tổ hợp lai triển vọng vùng sinh thái thực tỉnh Thái Bình, Nghệ An Thái Nguyên 1.4 NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN 1.4.1 Đóng góp khoa học Phát triển dòng tự phối ngô nếp đồng thời sử dụng hai phương pháp tự phối lai trở lại kết hợp với tự phối, từ nâng cao nguồn gen cải tiến tính trạng chất lượng - độ Brix (%) bổ sung nguồn dòng tốt cho cơng tác chọn tạo ngơ nếp Việt Nam 1.4.2 Đóng góp thực tiễn Đánh giá toàn diện 56 nguồn vật liệu di truyền ngơ nếp tím, ngơ nếp trắng ngơ Phát triển, chọn lọc dòng ngơ nếp tím ưu tú có đặc điểm nơng sinh học tốt, chất lượng giàu hàm lượng anthocyanin Lai cải thiện độ phát triển 20 dòng ngơ nếp có chất lượng độ Brix cao vật liệu ban đầu từ 2-4% Lai tạo 36 THL ngơ nếp tím, có THL triển vọng, có suất cao, chất lượng tốt, giàu anthocyanin phục vụ nhu cầu ngô nếp ăn tươi làm thực phẩm chức Việt Nam 1.5 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ Ý NGHĨA THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 1.5.1 Ý nghĩa khoa học Cung cấp thông tin, tư liệu khoa học cách hệ thống xác định vật liệu khởi đầu phục vụ công tác chọn tạo giống ngô nếp ưu lai, suất, chất lượng cao giàu anthocyanin Việt Nam Hướng phát triển dòng ngô nếp sở tổ hợp đa dạng nguồn gen ngơ nếp trắng tím góp phần nâng cao UTL, suất, chống chịu, chất lượng cao giàu anthocyanin sở khoa học Việt Nam công tác chọn tạo giống ngô nếp Kết nghiên cứu đề tài khẳng định phương pháp lai trở lại (back cross) có khả cải thiện tính trạng chất lượng (vỏ mỏng, hàm lượng anthocyanin, vị vị đậm…) cho vật liệu ngô nếp, tăng khả chọn tạo thành công giống ngô nếp lai chất lượng phục vụ sản xuất 1.5.2 Ý nghĩa thực tiễn Đánh giá xây dựng thông tin chi tiết sở liệu 56 nguồn vật liệu ngô nếp tím, nếp trắng ngơ nước nhập nội phục vụ công tác chọn tạo giống ngô nếp tím lai có chất lượng cao giàu anthocyanin Việt Nam Đã chọn lọc phát triển dòng ngơ nếp tím có đặc điểm nơng sinh học, chống chịu sâu bệnh, suất, chất lượng giàu anthocyanin Cải thiện nâng cao độ Brix (%) cho vật liệu ngơ nếp tím ngơ nếp trắng ưu tú, có suất hàm lượng anthocyanin cao độ Brix thấp Chọn tạo tổ hợp lai ngơ nếp tím triển vọng, phát triển thành giống mới, đáp ứng nhu cầu phát triển sản xuất ngô nếp ăn tươi làm thực phẩm chức Việt Nam PHẦN TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 NGUỒN GỐC, PHÂN LOẠI VÀ ĐẶC ĐIỂM NGÔ NẾP 2.1.1 Nguồn gốc Nguồn gốc địa lý ngô nếp (Zea mays L var certain Kulesh) sau xác định, ngô nếp dạng đặc biệt lần phát Trung Quốc năm 1908 sau tìm thấy nước khác châu Á (Collins,1909) Mặc dù số tác giả có quan điểm khác, thống ngô nếp có nguồn gốc từ Trung Quốc (Fan et al., 2009) 2.1.2 Phân loại thực vật Ngô thuộc chi Zea thuộc tộc Andropogoneae họ phụ Panicoideae, họ Poaceae (soát xét lại OECD, 2003; USDA, 2005) Hiện nay, có 86 chi tộc Andropogoneae (USDA, 2005) Phân loại ngô hệ thống phân loại thực vật dựa đặc điểm nông học lượng tinh bột hạt phân thành lồi phụ có lồi phụ ngơ nếp (Waxy corn — (Zea mays L ssp ceratina) (Zea mays L ssp ceratina) 2.1.3 Đặc điểm thực vật học Ngô C4, thân cao - m, mọc đối có bẹ ơm lấy thân Rễ ngơ có loại: rễ chùm phát triển từ trục rễ mầm, rễ bất định rễ chân kiềng mọc từ mắt lóng đốt thấp Cây ngơ có hoa đơn tính gốc, hoa đực (cờ) hoa (bắp) cây, hoa đực chín sớm hoa cái, hoa đực có hoa nhỏ, hoa nhỏ có hai vảy mỏng, bắc, bao phấn, bao hoa nhụy phơi thai Một bao phấn có khoảng 2.000 đến 7.500 hạt phấn, cờ ngơ có khoảng 7.000 bao phấn (Kiesselbach, 1949) Ngơ giao phấn nhờ gió, có tỷ lệ lai khác lồi lai loài tự nhiên lớn, điều dẫn đến có chuyển gen lồi khác Đây sở để thiết kế giao phối cách ly q trình chọn tạo giống Ngơ sinh trưởng hữu hạn phân thành giai đoạn sinh trưởng sinh dưỡng từ gieo đến trỗ cờ giai đoạn sinh thực từ phun râu đến chín (Vũ Văn Liết cs., 2016) 2.2 SẢN XUẤT NGÔ NẾP TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM Ngô nếp lương thực quan trọng châu Á gồm Cambodia, Trung Quốc, Nhật Bản, Hàn Quốc, Myanmar, Lào, Đài Loan Thái Lan Việt Nam Ngô nếp phổ biến vùng ưa chuộng dẻo lúa nếp, hạt ngô nếp nội nhũ chứa amylopectin cao ngô thường Nông dân nước châu Á trồng ngô nếp thực phẩm kinh tế quan trọng phát triển mạnh năm gần (Klimeket et al., 2012) Ngô nếp suất thấp, nhiễm sâu bệnh gen lặn điều khiển nên quan tâm cải tiến, nhiều vùng trồng chủ yếu giống địa phương thụ phấn tự (Mohamed, et al., 2016, Stamp, et al., 2016) Ngô nếp kinh tế thường tiêu thụ ăn tươi nên thời gian từ gieo đến thu hoạch ngắn trồng quanh năm Dân số giới tăng góp phần tăng cầu sử dụng ngơ nếp (Boonlertnirun et al., 2010) Trong năm tới, ngô trồng có vai trò quan trọng hệ thống canh tác nước ta Tình hình sản xuất ngơ nếp nước ta địa phương thay đổi theo điều kiện sinh thái nông nghiệp kinh tế - xã hội địa phương Nhìn chung nay, suất bình quân đạt ngô nếp lai so với tiềm năng suất giống lai khoảng cách xa (Nguyên Văn Đức cs., 2017, Liet et al., 2018) 2.3 ĐA DẠNG DI TRUYỀN NGUỒN GEN NGÔ NẾP Một gồm 165 mẫu nguồn gen ngô nếp Trung Quốc bao gồm giống địa phương dòng tự phối chọn để phân tích đa dạng di truyền thị phân tử SSR Kết cho thấy mức đa dạng di truyền cao đặc điểm bắp chất lượng tinh bột với tổng số 281 allele nhận biết 60 locus SSR, bình quân – allele/một thị Trung bình allel/ thị qua kiểu gen 4.68 Giá trị PIC phạm vi từ 0.332 đến 0.860, trung bình 0.690 Phân nhóm di truyền UPGMA nhóm 165 dòng thành nhóm phù hợp với thơng tin phả hệ biết nhà tạo giống cung cấp Kết hầu hết dòng ngơ nếp đại có mối quan hệ với giống địa vùng Tây Nam Trung Quốc, nơi coi nguồn gốc ngơ nếp Điều lựa chọn dòng có khoảng cách di truyền xa cho nghiên cứu di truyền lai tạo giống sở dòng thuộc nhóm di truyền khác (Zheng, et al.,2013) Đa dạng di truyền ngô (Zea mays L.) bao gồm biểu màu sắc hạt (đỏ, xanh, tím), dạng ngơ đặc thù sử dụng so với ngô vàng ngô trắng thông thường Sắc tố thực vật chất hóa học có nguồn gốc thực vật kháng oxy hóa tạo chuyển hóa thứ cấp, chất kháng oxy hóa liên kết với nhiều kháng ung thư kháng viêm nhiễm khác có lợi cho sức khỏe người Thay đổi màu sắc nghiên cứu tạo giống, bao gồm tiềm năng suất hàm lượng phenolics cao giống lai Các tác giả đánh giá 84 tổ hợp ngô lai từ lai diallel 11 bố mẹ, nhiều số Texas phát triển khơng có đủ thơng tin đặc điểm Hệ số di truyền theo nghĩa hẹp 0.80 phương sai tương tác kiểu gen mơi trường (G×E) nhỏ (4%) tổng hàm lượng phenolics Sai số thấp, chứng tỏ phương pháp phân tích tính trạng tác giả đảm bảo độ xác để dò tìm phân chia kiểu gen qua môi trường Các tổ hợp lai đỉnh hàm lượng phenolics tím‘Maiz Morado’ có mức hàm lượng gần gấp lần dòng ngơ đỏ, sau dòng ngơ đỏ Kiểu hình Morado tím đậm trội lấn át tất màu khác, tổng số phenolics bổ sung bố mẹ antioxidants hạt cao (như xác định phenolics) Nghiên cứu nay, tổ hợp lai có màu đỉnh hạt suất phenolic cao hai lần hạt vàng (Mahan et al., 2012) Chương trình chọn giống ngô nếp (Zea mays L, var, certain) lai thành lập Viện Nghiên cứu Phát triển trồng (CRDI), Học viện Nông nghiệp Viêt Nam (VNUA) từ năm 2003, mục đích chương trình khai thác nguồn gen ngô nếp địa phương chọn lọc cải tiến quần thể cho người trồng ngô vùng núi, nơi nông dân sủ dụng giống thụ phấn tự (OPVs) sản xuất họ, Mục tiêu thứ hai phối hợp nguồn gen ngô nếp địa phương với nguồn gen nhập nội nâng cao nguồn gen cho chọn tạo giống ngô nếp lai suất cao, chất lượng tốt thich nghi với điều kiện miền Bắc Việt Nam, Chương trình bắt đầu với hoạt động thu thập nguồn gen ngô nếp, Trong thời gian từ 2003 đễn 2012 thu thập 160 mẫu nguồn gen ngô nếp vùng sinh thái Việt Nam gồm : Vùng núi Tây Bắc (các tỉnh Lai Châu, Điện Biên Sơn La); vùng núi Đông Bắc (các tỉnh Cao Bằng, Bắc Kạn, Hà Giang, Tuyên Quang, Lạng Sơn Lào Cai); Vùng núi tỉnh Bắc Trung Bộ (Quảng Trị) Tây Nguyên (Đắc Lăk, Gia Lai Lâm Đồng), Đồng thời với thu thập nguồn gen ngô nếp địa phương chương trình nhập nội 36 nguồn gen nhập nội thông qua trao đổi hợp tác phân lập dòng từ giống ngơ nếp lai nước thương mại sản xuất Việt Nam, Chương trình nghiên cứu đánh giá dạng di truyền nguồn gen nhận biết tính trạng hữu ích chịu hạn, chất lượng ăn tươi, kháng bệnh đặc biệt nhận biết tính trạng vỏ hạt mỏng hàm lượng anthocyanin để sử dụng chọn tạo giống ngô nếp lai đưa vào sở liệu nguồn gen ngô nếp VNUA (Liet, et al., 2017) 2.4 DI TRUYỀN CÁC HOẠT CHẤT Ở NGƠ NẾP TÍM Màu tím ngơ điều khiển gen a1, c1, p gen r (Neuffer et al., 1997), sau 2002 nhà nghiên cứu cơng bố nhận biết hai allele trội locus R1 tác dụng hấp thụ màu lớp lơ ron hạt ngô vai ngắn nhiễm sắc thể số vai dài nhiễm sắc thể số 10 (P S Stinard and Sachs, 2002) Những gen thường biểu di truyền theo định luật Medelian với kiểu hình tím trội Đánh giá kiểm tra màu tím ngô nếp quan sát biến động màu sắc theo mơ hình Mendelian chưa đầy đủ Bởi vậy, tiếp cận di truyền số lượng để đánh giá màu nguồn gen cần thiết Ước lượng hệ số di truyền nghĩa rộng trung bình tính trạng phản ứng tốt với chọn lọc Ảnh hưởng mơi trường đến tính trạng cần có nghiên cứu thêm Các nhà tạo giống ngơ khai thác tính trạng di truyền để phát triển giống ngơ lai có hàm lượng anthocyanins cao (Harakotr, et al., 2014) 2.5 THÀNH TỰU CHỌN TẠO GIỐNG NGƠ NẾP, NGƠ NẾP TÍM Một giống ngơ nếp lai đơn Heukjinjuchal giống ngơ nếp có màu đen (Zea mays L.) nhóm nhà tạo giống NICS chọn tạo thành công 2008 Heukjinjuchal chọn tạo lai dòng KBW24 làm mẹ KBW2 bố (Jung et al., 2009) Đại học Thượng Hải chọn tạo thành cơng giống ngơ nếp đen tía "Huziheinuo 1" chọn tạo lai "SW74" "SW71", hai dòng có chất lượng tốt khả kết hợp cao Đánh giá sinh thái cho thấy giống chín sớm ngày so với giống "Suyunuo 1", suất cao 26,8% nội nhũ sáp tốt hơn, chống chịu với điều kiện bất thuận thích nghi rộng Nghiên cứu thay đổi màu sắc hạt biểu thay đổi màu hạt nhanh có thời gian thu hoạch dài.Khi tất hạt màu đen tía, bắp giữ chất lượng ổn định cảm quan, hương vị nội nhũ (Wang et al., 2009) Một giống ngô nếp lai đơn Heukjinjuchal giống ngơ nếp có màu đen (Zea mays L.) nhóm nhà tạo giống NICS chọn tạo thành công 2008 Heukjinjuchal chọn tạo lai dòng KBW24 làm mẹ KBW2 bố Chiều dài bắp đường kính bắp Heukjinjuchal 16,0 cm 4,4 cm, Tỷ lệ kết hạt chiều dài bắp 89%, tương đương với giống đối chứng Chalok1 Giống kháng bệnh đốm chống chịu để tốt Năng suất bắp tươi tương đương đối chứng Chalok1 thí nghiệm vùng qua ba năm Sản xuất hạt lai F1 giống dễ dàng trùng khớp tung phấn phun râu bố mẹ tốt Giống phù hợp phổ biến sản xuất Hàn Quốc (Jung et al., 2009) Đại học Quốc gia Chungnam (CNU), Trung Quốc chọn tạo thành công ba giống ngơ nếp lai có màu sắc hạt đậm, suất cao làm thực phẩm chức CNU12, CNU19, CNU153 Hàm lượng đường (Brix) giống ngô nếp lai phát triển CNU19 thấp so với đối chứng Chất lượng giống lai CNU12 CNU19 tốt đối chứng hàm lượng đường độ mềm Phân tích 1,1–diphenyl–2–picryhydrazyl (DPPH) hiệu lọc xạ, chất kháng oxy hóa xanthine oxidase (XO) catalas tách chiết methanol để so sánh giống lai CNU19 có hàm lượng cao Giống lai CNU19 CNU 153 có hàm lượng chất kháng oxy hóa cao (Hee Chung et al., 2010) Giống ngô nếp đen Tainan No, 25 giống lai đơn phóng thích năm 2010 Tainan DARES chọn tạo Giống có thời gian sinh trưởng trung ngày vỏ hạt tía phù hợp với vùng trồng Yun-Chia-Nan (Chen et al.,, 2011) Thái Lan chọn tạo thành cơng giống ngơ nếp tím lai Fancy111, giống nhập vào Việt Nam, cung ứng cho địa phương sản xuất từ tháng 10-2011 phân phối độc quyền công ty TNHH Advanta Đây giống ngô có chất lượng ngon, hạt ngơ tươi dẻo, ngọt, độ đồng bắp cao; khả chống sâu bệnh tốt trồng vụ năm Điểm đặc biệt giống ngô màu sắc hạt tím quy định sắc tố Anthocyanin- hợp chất có lợi cho sức khỏe (Nguyễn Thị Kim Liên, 2014) Các kết nghiên cứu cho thấy, nghiên cứu, chọn tạo giống ngô nếp suất, chất lượng giàu anthocyanin Việt Nam chưa có Những giống có sản xuất hầu hết giống nhập nội cơng ty nước ngồi sản xuất, cung cấp độc quyền với giá thành hạt giống cao, nhu cầu sử dụng giống ngày nhiều Từ thực tế đó, nghiên cứu chọn tạo thành cơng giống ngơ nếp tím lai chất lượng cao giàu anthocyanin để cạnh tranh với giống nước ngoài, làm giảm giá bán hạt giống, đem lại lợi nhuận cho người trồng ngô vấn đề cần thiết nhà chọn tạo giống ngô Việt Nam PHẦN PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1 Vật liệu nghiên cứu Vật liệu nghiên cứu gồm có 56 vật liệu ngơ, có 45 vật liệu (NT1-NT45) ngơ nếp tím, vật liệu (NT46-NT54) ngô nếp trắng vật liệu ngơ (Đ1, Đ2) Các dòng tự phối đưa vào nghiên cứu kế thừa từ chương trình thu thập đánh giá, phát triển nguồn gen ngô Viện Nghiên cứu Phát triển trồng, Học viện Nông nghiệp Việt Nam từ năm 2008 đến 2015 3.2 Thời gian, địa điểm trình tự thực thí nghiệm nghiên cứu Nội dung Thứ tự nghiên thí cứu nghiệm 1 10 11 12 13 1, 2, 3, 4, 14 Nội dung thí nghiệm Đánh giá sàng lọc nguồn vật liệu dựa kiểu hình, kết hợp tự phối làm dòng Thí nghiệm có 56 dòng tương ứng 56 cơng thức, nhắc lại lần , bố trí khối ngẫu nhiên hồn chỉnh (RCBD) Nhận biết QTL điểu khiển tính trạng vỏ hạt mỏng 56 dòng ngơ thị phân tử SSR Đánh giá đa dạng di truyền 56 dòng ngơlàm vật liệu khởi đầu , sử dụng thị SSR Lai tạo THL đỉnh, kết hợp tự phối làm dòng: Gieo 18 dòng + hai thử Đánh giá khả kết hợp chung, kết hợp tự phối làm dòng: Gieo 36 THL 18 dòng + hai thử Phát triển dòng phương pháp tự thụ phấn: gieo dòng chọn tiếp tục tự thụ phấn Đánh giá dòng tự phối, kết hợp trì dòng thuần: gieo 40 dòng x lần nhắc lại Phát triển dòng từ 10 dòng ngơ (6 dòng ngơ nếp trắng, dòng ngơ nếp tím có ns, hàm lượng anthocyanin cao độ Brix thấp chọn từ thí nghiệm 1) phương pháp lai trở lại (để cải thiện độ ngọt) tự phối: Lai diellel dòng, tạo 36 tổ hợp lai Đánh giá tổ hợp lai diellel: (36 THL+9 dòng bố mẹ)x3 lần nhắc lại Thí nghiệm so sánh 15 tổ hợp lai ưu tú với giống đối chứng FANCY111: tổng 16x3 lần nhắc lại Đánh giá độ mỏng vỏ hạt THL ưu tú thị phân tử SSR 15 THL khảo sát tổ hợp lai khả thích ứng vùng sinh thái: (7THL+1 giống đối chứng)x3 lần nhắc lại Phân tích hàm lượng anthocyanin vật liệu ngơ thí nghiệm đồng ruộng 10 Thời vụ Xuân 2015 Xuân 2015 Xuân 2015 Hè Thu 2015 Thu Đông 2015 Xuân 2015 Xuân 2016 Xuân 2016 Xuân 2015 Xuân 2017 Hè Thu 2016 Thu Đông 2016 Xuân 2017 Xuân 2017 Đông 2017 Xuân 2018 Xuân 2015 Xuân 2018 3.4.13 Chỉ tiêu theo dõi thí nghiệm Các tiêu theo dõi, đánh giá theo quy chuẩn Việt Nam QCVN 01-56 : 2011/BNNPTNT, gồm nhóm tiêu sau: + Sinh trưởng phát triển: giai đoạn sinh trưởng phát triển gieo đến mọc, gieo đến trỗ cờ, phun râu, gieo đến thu hoạch bắp tươi, gieo đến chin sinh lý + Đặc điểm nông sinh học : Chiều cao cây, chiều cao đóng bắp, số lá, góc lá, chiều cao cờ, số nhánh + Mức độ chống chịu đồng ruộng: Chống đổ, chống chịu sâu bệnh chính, chống chịu bất thuận + Năng suất yêu tố cấu suất: Số bắp/cây, chiều dài bắp, đường kính bắp, số hàng hạt/bắp, số hạt/hàng Khối lượng 100 hạt, suất bắp tươi, suất lý thuyết, suất thực thu + Một số tiêu chất lượng: màu sắc hạt, độ mỏng vỏ, độ ngọt, độ mềm, vị đậm (khẩu vị), hương vị, hàm lượng anthocyanin 3.5 PHÂN TÍCH SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM + Phân tích phương sai ANOVA, hệ số biến động (CV%), sai khác nhỏ có ý nghĩa (LSD0,05) + Phân tích đa dạng phương pháp nhóm khơng trọng số (UPGMA) để nhận biết kiểu gen ngô + Phân tích ổn định theo mơ hình Eberhart S A and Russel W A , 1966 + Phân tích khả kết hợp theo mơ hình Griffing IV (Griffing, 1956) + Phần mềm sử dụng : Excel, IRRISTAT ver 5.0, Chương trình Thống kê di truyền số lượng, Nguyễn Đình Hiền, 1995 NTSYSpc 2.0 PHẦN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 4.1 ĐÁNH GIÁ VÀ CHỌN LỌC DỊNG TỰ PHỐI NGƠ NẾP 4.1.1 Kết chọn dòng ngơ nếp tím ưu tú Các dòng ngơ chọn có chất lượng ăn uống tốt biểu hàm lượng anthocayanin cao (39,1-260,1 mg/100g), dòng có hàm lượng anthocyanin >100 mg/100g NT21, NT6, NT9, NT8, NT19, NT32, NT35 NT38 Độ brix biến động từ 10,8-14,3%, chất lượng nếm thử hương vị độ mềm tốt (điểm 2-4) Các yếu tố cấu thành suất suất cao, với suất thực thu biến động từ 2,4-3,7 tấn/ha suất bắp tươi đạt từ 3,8-6,1 tấn/ha Mười tám dòng ngơ nếp tím vật liệu quý cho chọn tạo giống ngơ nếp tím chất lượng, suất cao sử dụng cho nghiên cứu 13 Bảng 4.1 Đặc điểm dòng ngơ nếp tím ưu tú vụ Xuân 2015 10 11 12 13 14 15 16 17 18 An PER Ten Brix Tas CDB ĐK HH H/H P NSBT NSTT (mg/ (µm) (1-5) (%) (1-5) (cm) (cm) 1000 (tấn/ (tấn/ 100g) (g) ha) ha) NT21 7,16 211,1 79,6 13,7 12,1 4,91 16,0 21,0 171 4,6 2,5 NT6 7,58 260,1 67,5 14,3 11,9 3,70 11,2 18,8 226 3,8 2,0 NT9 7,66 103,4 76,8 12,7 10,7 4,22 16,0 23,0 164 4,6 2,6 NT8 7,67 162,1 78,6 12,7 12,0 4,06 14,8 23,6 171 4,6 2,6 NT3 7,81 56,4 75,7 12,6 13,7 4,46 15,5 25,5 209 6,4 3,5 NT37 7,84 73,3 66,2 13,2 13,6 4,58 16,0 25,4 152 4,8 2,6 NT29 7,98 75,5 78,1 13,4 11,9 4,36 15,0 19,3 219 4,8 2,7 NT19 8,20 119,4 101,9 10,9 14,8 4,62 14,7 27,5 194 5,6 3,1 NT13 8,21 52,1 56,3 13,3 16,3 4,50 14,8 25,6 174 5,4 2,8 NT28 8,35 49,9 77,3 13,2 13,7 4,34 13,6 20,4 216 4,7 2,6 NT32 8,71 167,9 60,7 12,8 11,2 4,44 19,2 23,4 179 5,2 2,7 NT44 8,84 39,1 99,2 13,8 11,5 4,09 14,2 23,2 171 4,3 2,4 NT31 8,86 48,4 66,5 13,0 10,9 4,48 16,7 18,7 288 6,1 3,2 NT42 9,01 22,4 55,2 13,6 11,4 4,19 14,8 26,0 195 6,1 3,2 NT40 9,06 33,4 66,1 11,7 13,2 4,45 15,3 21,0 227 5,6 3,1 NT35 9,18 118,3 78,2 12,0 11,8 4,12 13,2 24,2 193 4,8 2,6 NT12 9,36 43,2 72,0 10,8 15,6 4,27 13,3 27,0 317 5,9 3,7 NT38 9,54 110,6 74,7 12,2 13,4 4,82 15,6 24,0 194 5,5 3,1 Ghi chú: IDI: số chọn lọc, An: Anthocyanin, PER: độ mỏng vỏ, Ten: độ mềm, Tas: hương vị, CDB: chiều dài bắp, ĐK: đường kính bắp, HH: số hàng hạt, H/H: số hạt / hàng, P1000: trọng lượng ngàn hạt, NSTT: suất thực thu, NSBT: suất bắp tươi Dòng IDI 12 T T 4.1.2 Kết đánh giá đa dạng di truyền 56 dòng ngơ nghiên cứu sử dụng thị phân tử SSR Phân nhóm đa dạng di truyền 56 dòng ngơ dựa kết phân tích thị phân tử SSR, kết phân nhóm tương đồng nhóm cặp trung bình khơng trọng số UPGMA (Hình 4.1), với hệ số đồng hình 0,67 dòng phân thành nhóm di truyền sau: - Nhóm I: gồm dòng NT50 - Nhóm II: gồm dòng NT26, NT32, NT28 NT30 với hệ số tương đồng biến động từ 0,78 đến 0,87 - Nhóm III: gồm dòng NT21 NT37 với hệ số tương đồng khoảng 0,76 - Nhóm IV: nhóm lớn bao gồm 48 dòng (Hình 4.11) với hệ số tương đồng biến động từ 0,68 đến 0,97 - Nhóm V: gồm dòng NT1 Hình 4.1 Cây phân nhóm tương đồng di truyền 56 dòng ngơ thị phân tử SSR 4.2 KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG KẾT HỢP CHUNG CỦA 18 DỊNG NGƠ NẾP TÍM ƯU TÚ VỤ THU ĐÔNG 2015 TẠI GIA LÂM – HÀ NỘI P1000 hạt: Có dòng có khả kết hợp chung dương có dòng có khả kết hợp chung cao mức ý nghĩa LSD0,05 (9,65) dòng NT8 (14,37) 15 Năng suất bắp tươi: Có dòng có khả kết hợp chung dương dòng có KNKH chung cao dòng NT21 (27,07) dòng NT6 (24,79) NT8 (19,27) dòng NT38 (9,43) Độ Brix: Có dòng có khả kết hợp chung dương mức có ý nghĩa dòng: NT6, NT8, NT9, NT19, NT21, NT29, NT35, NT37, NT38 Anthocyanin: Có dòng có khả kết hợp chung dương, có dòng có khả kết hợp chung dương mức có ý nghĩa là: NT6, NT8, NT19, NT21, NT32, NT35 Độ dày vỏ hạt: Có dòng bố có khả kết hợp chung cao mức có ý nghĩa tính trạng độ dày vỏ hạt là: NT3, NT12, NT13, NT28, NT29, NT31, NT37, NT40, NT44 Bảng 4.2 Đánh giá khả kết hợp chung tổ hợp lai ngô nếp vụ Thu Đông 2015 Gia Lâm – Hà Nội Dòng NT3 NT6 NT8 NT9 NT12 NT13 NT19 NT21 NT28 NT29 NT31 NT32 NT35 NT37 NT38 NT40 NT42 NT44 SE LSD0.05 Cây thử NT46 Cây thử NT49 SE LSD0.05 P 1000 (gam) 0,572 -3,478 14,372* -7,028 3,522 7,572 5,522 -0,378 3,522 6,772 -2,228 -1,078 -12,128 -2,928 -14,028 0,672 -0,928 1,672 6,827 9,654 4,156* -4,156 2,276 3,218 NS bắp tươi Brix (tấn/ha) (%) Dòng bố -10,248 -1,223 24,794* 1,732* 19,274* 1,132* -0,676 0,957* -11,941 -2,028 -10,001 -1,203 -19,371 1,122* 27,074* 0,992* -12,916 -1,618 5,234* 0,292* -8,036 -0,948 5,474* -0,073 -7,006 1,427* 6,914* 1,292* 9,434* 0,817* -4,891 -0,763 -9,121 -0,683 -3,991 -1,223 2,426 0,201 3,432 0,284 Dòng mẹ -1,291 0,293* 1,291* -0,292 0,809 0,067 1,144 0,095 16 Anthocyanin Độ dày vỏ hạt (mg/100g) (μm) 3,704 55,394* 22,319* -5,866 -9,941 -17,241 10,459* 25,739* -4,146 -7,456 -24,021 6,849* 9,954* -17,201 -1,111 -30,541 -13,271 -3,631 2,915 4,122 31,921* -10,199 -24,446 -15,739 9,574* 10,691* -17,144 -12,461 10,169* 4,876* 18,371* -8,516 -18,736 11,869* -32,261 12,439* -0,766 30,356* 2,872 4,061 2,087* -2,087 0,972 1,374 7,917* -7,917 0,957 1,354 Cây thử NT46 có khả kết hợp chung dương mức có ý nghĩa tính trạng khối lượng ngàn hạt độ brix anthocyanin độ dày vỏ hạt Cây thử NT49 có khả kết hợp chung dương mức có ý nghĩa tính trạng suất bắp tươi Tóm lại, kết đánh giá thí nghiệm khả kết hợp chung tính trạng, ba tính trạng quan tâm suất bắp tươi, độ Brix hàm lượng anthocyanin cho thấy dòng ngơ nếp tím: NT6, NT8, NT19, NT21, NT29, NT32, NT35, NT37, NT38 có khả kết hợp chung dương 2/3 3/3 tính trạng suất bắp tươi, độ Brix hàm lượng anthocyanin, dòng tiếp tục tự phối phát triển dòng đánh giá nghiên cứu 4.3 PHÁT TRIỂN DÒNG THUẦN 4.3.1 Phát triển dòng phương pháp tự thụ phấn Chín dòng ngơ nếp ưu tú: NT6, NT8, NT19, NT21, NT29, NT32, NT35, NT37 NT38 có khả kết hợp chung dương tính trạng suất bắp tươi, độ Brix hàm lượng anthocyanin chọn lọc thí nghiệm đánh giá khả kết hợp chung, tiếp tục thụ phấn cưỡng trì, đến vụ Xuân 2016 phát triển 40 dòng hệ S6 đưa vào đánh giá Bảng 4.3 Danh sách 40 dòng tự phối hệ S6-S7 Stt 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 Dòng gốc NT6 NT8 NT19 NT21 Tên dòng NT6.1.1 NT6.2.1 NT6.2.3 NT6.3.2 NT6.2.4 NT6.3.3 NT8.1.1 NT8.3.1.1 NT8.4.1.2 NT8.3.2.1 NT8.4.3.1 NT8.1.2 NT19.1.2 NT19.3.1 NT19.5.1 NT19.3.3 NT21.2.1 NT21.3.1 NT21.4.2 NT21.2.2 NT21.3.3 Đời tự phối S6 S6 S6 S6 S6 S6 S6 S7 S7 S7 S7 S6 S6 S6 S6 S6 S6 S6 S6 S6 S6 Stt 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 17 Dòng gốc NT29 NT32 NT35 NT37 NT38 Tên dòng NT29.1.1 NT29.2.1 NT29.2.3 NT32.1.1.3 NT32.2.1.1 NT32.3.2.1 NT35.2.1.1 NT35.3.1.2 NT35.4.2.1 NT35.4.5.1 NT37.1.1.4 NT37.3.1.2 NT37.5.1.1 NT37.3.3.1 NT37.5.3.2 NT38.1.1.1 NT38.3.1.1 NT38.4.1.2 NT38.4.3.3 Đời tự phối S6 S6 S6 S6 S6 S6 S6 S6 S6 S6 S6 S6 S6 S6 S6 S6 S6 S6 S6 Phân nhóm đa dạng di truyền dựa kiểu hình 13 tiêu, hệ số tương đồng 0,16 phân chia 40 dòng ngơ nếp thành nhóm di truyền khác Hình 4.15: nhóm I bao gồm dòng T10; nhóm II gồm dòng T16, T13, T37, T6, T39, T18, T9, T5; nhóm III gồm dòng T24; nhóm IV gồm dòng T27, T28, T20; nhóm V gồm dòng T15, T14, T38, T34, T3; nhóm VI gồm 22 dòng lại Bốn mươi dòng ngơ nếp biểu mức độ đa dạng di truyền cao qua đánh giá kiểu hình, dòng thuộc nhóm di truyền khác có khả cho lai có ưu lai cao chương trình chọn tạo giống ngơ Hình 4.2 Cây phân nhóm đa dạng di truyền 40 dòng ngơ nếp tím hệ S6-S7 dựa kiểu hình vụ Xuân 2016 Gia Lâm – Hà Nội Chọn lọc dòng ưu tú dựa 11 tính trạng mục tiêu thời gian từ gieo đến thu hoạch, chiều dài bắp, đường kính bắp, khối lượng 1000 hạt, suất bắp tươi, độ brix, độ dày vỏ hạt hàm lượng anthocyanin tổng số theo mơ hình chọn lọc dựa khoảng cách clit, sử dụng áp lực chọn lọc 20%, chọn dòng ngơ ưu tú bao gồm dòng NT38.4.1.2, NT29.1.1, NT35.2.1.1, NT32.3.2.1, NT21.3.3, NT6.1.1, NT8.4.3.1, NT37.5.3.2 Các 18 dòng ưu tú chọn có đặc điểm nơng học phù hợp, thời gian cho thu hoạch ngắn (84-92 ngày); yếu tố cấu thành suất suất cao; chất lượng ăn tươi tốt thể qua tiêu độ brix cao (11,8-13,5 %), vỏ hạt tương đối mỏng (61,33-77,25 µm) hàm lượng anthocyanin cao (226,6371,0 mg/100g) Các dòng sử dụng nghiên cứu nhằm đánh giá khả kết hợp xác định lai triển vọng 4.3.2 Phát triển dòng phương pháp lai trở lại tự thụ phấn Nghiên cứu phát triển dòng lai trở lại tự thụ phấn nhằm nâng cao độ sản phẩm dòng ngơ nếp Nghiên cứu thực lai dòng ưu tú (4 dòng ngơ nếp tím dòng ngơ nếp trắng, dòng đánh giá có nhiều ưu điểm sinh trưởng, phát triển, chống chịu sâu bệnh tốt; có hàm lượng Anthocyanin suất cao độ Brix thấp, cần cải thiện nâng cao độ để phục vụ công tác chọn tạo giống ngô nếp lai chất lượng cao giàu an thocyanin) chọn thí nghiệm vụ Xn 2016 với dòng ngơ ký kiệu Đ1 tạo lai F1, lai lai trở lại với dòng ngơ nếp tím đến BC2F1 tự thụ phân liên tục đến BC2F4 đánh giá Áp dụng phương pháp lai trở lại nghiên cứu này, bước đầu cho kết luận hiệu việc cải tiến độ vật liệu ngơ nếp tím ngơ nếp trắng nghiên cứu So sánh với vật liệu ban đầu, độ dòng nếp hệ BC2F4 tăng từ 0,3-4,0% Phương pháp có hiệu rõ rệt vật liệu ngơ tím D1, D2, D3, D5, D6, D7, D13 ngô trắng D16 % brix tăng từ 2,0-4,0% so với vật liệu ban đầu Như vậy, nâng cao độ ngơ nếp tím mở hướng nghiên cứu việc cải thiện chất lượng cảm quan chất lượng dinh dưỡng ngô nếp Việt Nam Hình 4.3 Hàm lượng Brix dòng ngơ BC2F4 so với dòng ngơ ban đầu 19 4.4 LAI TẠO, ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG KẾT HỢP RIÊNG VÀ CHỌN LỌC TỔ HỢP LAI ƯU TÚ 4.4.1 Kết lai tạo tổ hợp lai Đánh giá khả kết hợp riêng dòng ngơ nếp tím ứu tú chọn lọc từ thí nghiệm phát triển dòng phương pháp tự thụ cưỡng dòng ngơ nếp trắng ưu tú thí nghiệm đánh giá dòng Sơ đồ lai theo mơ hình lai luân phiên Griffing IV, tổ hợp lai tạo từ 136 bảng Bảng 4.4 Các tổ hợp lai ln phiên dòng tự phối theo mơ hình Griffing IV Dòng T1 T11 T21 T22 T27 T28 T36 T39 NT46 T1 T11 T21 T22 T27 T28 T36 T39 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 NT46 - 4.4.2 Kết đánh giá khả kết hợp riêng - Năng suất bắp tươi: Ở mức ý nghĩa LSD0,01, dòng T11, T21 T36 có KNKHR với dòng T1; NT46 có KNKHR với dòng T22 Ở mức ý nghĩa LSD0,05, dòng T22 có KNKHR với dòng T21, Bảng 4.5 Giá trị khả kết hợp riêng tính trạng suất bắp tươi T1 T1 T11 T21 T22 T27 T28 T36 T39 NT46 1.161** 1.489** -0.768 -2.332 -1.346 1.868** 0.111 -0.182 T11 T21 T22 T27 T28 T36 T39 NT46 -0.425 -0.932 1.096* 0.454 -0.968 0.625 0.789 0.068 0.811 0.796 -0.846 0.182 -1.625 -0.139 -0.604 0.396 -1.925 0.918 0.804 0.039 0.304 -0.596 0.482 28.557** 0.761 -0.554 0.861 -0.646 LSD0.05 = 0.975; LSD0.01 = 1.313 Ghi chú: * = P