Mục đích cơ bản của luận án này là nghiên cứu đánh giá một số tính trạng nông sinh học, xác định QTL và khả năng kết hợp của các vật liệu mới, trong điều kiện hạn - tưới đủ, sau khi lai các dòng ưu tú với các dòng Donor chịu hạn của CIMMYT, nhằm cải thiện khả năng chịu hạn, năng suất, khả năng kết hợp của các vật liệu ưu tú, phục vụ chọn lọc dòng mới và xác định một số giống ngô lai chịu hạn triển vọng phục vụ sản xuất ngô ở những vùng nhờ nước trời.
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM - ĐỖ VĂN DŨNG NGHIÊN CỨU MỘT SỐ TÍNH TRẠNG NÔNG SINH HỌC LIÊN QUAN ĐẾN KHẢ NĂNG CHỊU HẠN CỦA VẬT LIỆU NHIỆT ĐỚI PHỤC VỤ CHỌN TẠO GIỐNG NGÔ LAI Chuyên ngành: Di truyền và Chọn giống trồng Mã số: 9.62.01.11 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP HÀ NỢI - 2018 Cơng trình được hoàn thành tại: VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM Người hướng dẫn khoa học: Tiến sĩ Lê Quý Kha, Viện Khoa học Kỹ thuật Nông nghiệp miền Nam Tiến sĩ Pervez Haider Zaidi, Trung tâm Cải tiến Ngô và Lúa mì Quốc tế (CIMMYT) Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Viện tại Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam Năm 2018 MỞ ĐẦU Ở Việt Nam, hạn hán là bất thuận làm giảm suất và sản lượng ngơ Thiệt hại hạn hán ước tính 30%, có năm diện tích ngơ bị hạn lên đến 70-80% và nhiều vùng không cho thu hoạch Nước ta là quốc gia bị ảnh hưởng biến đổi khí hậu nhiều nhất, hạn hán có xu hướng tăng quy mơ và cường độ Do đó, khoảng 0,6 - 0,7 triệu ngô dự báo là gặp nhiều bất thuận hơn, đặc biệt là hạn hán Tính đến năm 2017 suất ngơ đạt 4,6 tấn/ha thấp suất trung bình giới (5,5 tấn/ha) Nhu cầu sử dụng ngô liên tục tăng nhanh, dẫn đến cung khơng đủ cầu Do đó, đề tài “Nghiên cứu số tính trạng nơng sinh học liên quan đến khả chịu hạn vật liệu nhiệt đới phục vụ chọn tạo giống ngô lai” thực nhằm góp phần cao suất, sản lượng và đáp ứng với biến đổi khí hậu MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI Nghiên cứu đánh giá sớ tính trạng nơng sinh học, xác định QTL khả kết hợp vật liệu mới, điều kiện hạn - tưới đủ, sau lai dòng ưu tú với dòng Donor chịu hạn CIMMYT, nhằm cải thiện khả chịu hạn, suất, khả kết hợp vật liệu ưu tú, phục vụ chọn lọc dòng xác định số giống ngô lai chịu hạn triển vọng phục vụ sản xuất ngô vùng nhờ nước trời Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI * Ý nghĩa khoa học đề tài Kết quả đề tài góp phần bổ sung sở liệu khoa học việc khai thác tính trạng chịu hạn, đa gen quy định, dịng ngơ Donor chịu hạn CIMMYT Khi lai truyền sang dòng ưu tú nông học và suất, sau đánh giá kiểu hình, kiểu gen và đánh giá sớm khả kết hợp nhóm dịng, gồm 790 dịng hệ tự phối F2:3, qua môi trường hạn - tưới đủ; đồng thời ứng dụng kỹ thuật dùng 1.250 thị phân tử (SNP) xác định vùng gen quy định sớ tính trạng sớ lượng (QTL) liên quan đến khả chịu hạn nhóm dịng đời thấp (chưa thuần), khẳng định locut gen chịu hạn lai truyền thành cơng Các dịng mang gen chịu hạn có đặc điểm chênh lệch thời gian tung phấn – phun râu, độ bền và khả kết hợp vượt trội dịng bớ mẹ và vượt trội dịng ưu tú trước lai với Donor Đây là giải pháp nhằm cải thiện bản kiểu gen, làm vật liệu ngơ có giá trị sử dụng chọn tạo giống ngô chịu hạn * Ý nghĩa thực tiễn đề tài - Một sớ tính trạng nông học gồm chênh lệch thời gian tung phấn – phun râu, độ bền và 27 QTL (11 QTL_năng suất, QTL_chênh lệch thời gian tung phấn - phun râu 10 QTL_độ già hoá lá) liên quan đến khả chịu hạn, đồng thời khả kết hợp dòng đời thấp, sau lai vật liệu Donor chịu hạn với vật liệu ưu tú, xác định mức độ khác nhóm dịng hệ F2:3 Từ chọn lọc và phát triển dòng từ nhóm dịng có khả kết hợp cao và chịu hạn tốt, suất cao điều kiện hạn, nâng cao hiệu quả chọn tạo giống chịu hạn - Xác định vùng gen chịu hạn, bao gồm cụm thứ nhiễm sắc thể (NST) số (bin 1,05-1,07), NST số (bin 7,01-7,03) và cụm thứ NST số (bin 8,02-8,03) đặc điểm thời gian chênh lệch thời gian tung phấn phun râu, độ già hố và suất, có liên quan chặt đến khả chịu hạn dòng đời thấp - Giới thiệu dòng (RA1, RA2, RA3, RA4, RA5, RA6, RA7, RA8, RA9) có khả chịu hạn tớt (được chứng tỏ đặc điểm nông học QTL liên quan đến chịu hạn), làm nguồn vật liệu phục vụ chọn tạo giống ngô cho vùng nước trời - Chọn giống ngô lai triển vọng đặt tên là LVN72 (RA2/RA8) ĐH17-1(RA4/RA7) phù hợp với điều kiện sản xuất phụ thuộc nước trời Việt Nam MỘT SỐ ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN - Bổ sung thông tin khoa học sớ tính trạng kiểu hình, tính trạng số lượng (QTL) số vùng gen nhiễm sắc thể số 1; 4; và liên quan đến khả chịu hạn trình phát triển vật liệu và chọn tạo giống ngô lai cho vùng nước trời - Đã phát triển dòng có KNKH tớt, chịu hạn nhờ đặc điểm nông học và QTL liên quan đến khả chịu hạn, suất cao và giới thiệu giống ngô lai triển vọng là LVN72 và ĐH17-1 cho sản xuất ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU Đề tài nghiên cứu, Ấn Độ, nhóm dịng gồm 790 gia đình (dòng chưa thuần) hệ F2:3 tạo bằng cách lai 10 dịng ngơ nhiệt đới ưu tú với dòng Donor chịu hạn CIMMYT và tổ hợp lai lai đỉnh với thử (CML451, CLO2450) Đề tài đánh giá sớ đặc điểm nơng học dịng đời sớm và xác định QTL liên quan đến khả chịu hạn Từ chọn dịng từ gia đình F2:3 tốt và đánh giá 36 tổ hợp luân giao Ấn Độ Khảo nghiệm tổ hợp lai triển vọng ĐH17-1 và LVN72 sớ vùng phía Bắc Việt Nam Các giớng đới chứng: Ấn Độ bao gồm PAC754, 30V92, HTMH5401 và 900MG; Việt Nam bao gồm: LVN10, VN8960, LVN61, NK67, C919, DK9901 Các thí nghiệm thực điều kiện đồng ruộng điều kiện hạn, tưới đủ Hyderabad, Ấn Độ và Ninh Thuận, Việt Nam BỐ CỤC CỦA LUẬN ÁN Nội dung gồm 138 trang, 32 bảng, 15 hình ảnh và đồ thị Được trình bày phần: Mở đầu (4 trang); Chương 1: Tổng quan tài liệu (44 trang); Chương 2: Vật liệu, nội dung và phương pháp nghiên cứu (13 trang); Chương 3: Kết quả nghiên cứu và thảo luận (77 trang); Kết luận và đề nghị (2 trang) Tài liệu tham khảo gồm 201 tài liệu, có 29 tài liệu Tiếng Việt, 169 tài liệu Tiếng Anh, tài liệu từ website Có cơng trình cơng bớ liên quan đến luận án, cơng trình công bố số 3(64) năm 2016 tạp chí Khoa học Cơng nghệ Nơng nghiệp Việt Nam và 01 công trình công bố Hội nghị ngô châu Á lần thứ 12 Bangkok, Thái Lan Chương TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Tình hình sản xuất ngô giới và nước 1.1.1 Tình hình sản xuất ngô giới Sự phát triển ngô (Zea mays L.) giới đến năm 2010 so với năm 2005, diện tích tăng 9,8%, suất tăng 7,8%, sản lượng tăng 18,3%; Đến năm 2015 so với năm 2010, diện tích tăng 9,5%, suất tăng 5,27%, sản lượng tăng 15,3% Đến niên vụ 2017/1918, sản lượng ngô dự báo đạt 1.046 triệu Cho thấy diện tích, sản lượng ngơ có xu hướng tăng chậm lại năm gần Song dài hạn, nhu cầu ngô tăng, đặc biệt cho phát triển chăn nuôi Dự báo đến năm 2050 nhu cầu ngô cần 1.178 triệu tấn, diện tích 194 triệu ha), tăng chủ yếu nước phát triển, vùng chủ yếu phụ thuộc nước trời Vì vậy, cơng tác chọn tạo giống ngô cần phải liên tục cải tiến khả chịu hạn, nhằm nâng cao suất tăng sản lượng 1.1.2 Tình hình sản xuất ngơ nước Từ năm 1995 đến năm 2004, hàng năm diện tích tăng 5,3%/năm, suất tăng 4,8%/năm và sản lượng tăng 10,7%/năm Giai đoạn 2005 - 2015, nhìn chung sản xuất ngơ tiếp tục tăng, có xu hướng tăng chậm lại, suất tăng 2,2%/năm, diện tích tăng 2,0%/năm và sản lượng tăng 5,0%/năm Trong năm gần đây, ngành chăn nuôi đạt mức tăng trưởng - 12%/năm, sản lượng chưa đáp ứng đủ nhu cầu, nên hàng năm phải nhập đến nhập 8,8 triệu (năm 2017), dự báo năm 2018 nhập 10,5 triệu Do đó, thách thức địi hỏi là phải khơng ngừng chọn tạo giớng ngơ có khả chịu hạn nhằm góp phần nâng cao suất, chất lượng và sản lượng 1.2 Ảnh hưởng hạn với sản xuất ngô giới và Việt Nam 1.2.1 Ảnh hưởng hạn đối với sản xuất ngô giới Biến đổi khí hậu và diễn toàn cầu, ngày càng phức tạp khó dự đốn hơn, hạn là yếu tớ Thiệt hại hàng năm sản lượng ngô giới hạn là 8% Dự báo đến năm 2025, tình trạng hạn trầm trọng hơn, nhiều diện tích đất bị khô hạn xuất hiện, hay mở rộng thêm khắp châu lục, phần lớn tập trung châu Phi và châu Á Các tác động trước mắt và lâu dài biến đổi khí hậu đe dọa đến gần 160 triệu ngô toàn cầu, sản lượng ngơ giảm - 23% Do đó, nhu cầu giớng ngơ chịu hạn là đòi hỏi cấp thiết nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng nước, ổn định sản xuất, tăng sản lượng 1.2.2 Ảnh hưởng hạn đến sản xuất ngô Việt Nam Hạn là yếu tớ ảnh hưởng đến sản xuất ngơ Việt Nam Có khoảng 0,3 triệu ngơ dễ có nguy thiếu nước, thiệt hại tới 0,5 - 0,7 triệu ngô hạt Khả xảy hạn cả vùng ngô: Hạn nặng và thường xuyên diễn vùng Bắc Trung Bộ, Duyên Hải Nam Trung Bộ, Tây Nguyên; Hạn nhiều vùng Tây Bắc, Đông Bắc, Tây Nam Bộ và Đồng bằng Sông Cửu Long; Hạn nhẹ vùng Đồng bằng Sông Hồng Dự báo, tổng lượng nước mặt vào năm 2025 bằng khoảng 96% so với năm 2010, đến năm 2030 nguồn nước có dịng chảy giảm (2,4% thượng nguồn; 2,9% vùng đồng bằng; 1,9% lưu vực Sông Hồng) và 50 năm bị thiếu nước trầm trọng Do đó, cơng tác tạo cần tập trung chủ yếu chọn tạo giớng ngơ lai có khả chịu hạn, suất cao, ổn định là trọng tâm có tính định 1.3 Tình hình nghiên cứu, sử dụng giống ngô chịu hạn 1.3.1 Tình hình nghiên cứu, sử dụng giống ngô chịu hạn giới Trong 38 năm qua, nhà chọn tạo giống ngô tiến hành lựa chọn và cải thiện khả chịu hạn ngô Kết quả trình tạo giống chịu hạn từ năm 2008 tổng kết sau: Theo phương pháp truyền thống suất cải thiện 50 kg/ha/năm (tương ứng 1,4%/năm); Nếu chọn giớng có hỗ trợ chọn lọc thị phân tử (MAS) thì suất cải thiện thêm 20 kg/ha/năm (tương ứng 0,6%); phương pháp chuyển gen chịu hạn cải thiện 30kg/ha/năm (tương ứng 0,7%/năm) Nên nghiên cứu đặc tính gen chức thị phân tử liên kết với gen liên quan đến tính chịu hạn là bước quan trọng ứng dụng chọn lọc kiểu gen cải tiến khả chịu hạn ngơ 1.3.2 Tình hình nghiên cứu ngơ chịu hạn Việt Nam Từ thập niên 1990 Việt Nam nghiên cứu tính chịu hạn từ giai đoạn sau trỗ Từ năm 1988 – 1998, nghiên cứu mật độ cao, chênh lệch tung phấn - phun râu (TP-PR), số xanh suất Gần đây, ứng dụng công nghệ sinh học, tập trung chủ yếu vào lĩnh vực: nuôi cấy mô tế bào và kỹ thuật tái tổ hợp ADN để cải tạo suất ngô Những ứng dụng thành công xác định số thị di truyền đặc trưng cho tính chịu hạn nghiên cứu gen dehydrin (Dhn), sở xác định xác nguồn ngun liệu chịu hạn Từ đó, cho thấy kết hợp phương pháp truyền thống và công nghệ sinh học là sở vững nghiên cứu chọn tạo giống ngô chịu hạn nước ta 1.4 Cơ sở khoa học về hạn, khả chịu hạn ngô 1.4.1 Khái niệm hạn Hạn là điều kiện khí hậu khắc nghiệt, là kết quả thiếu hụt lượng mưa dài vụ, không đủ đáp ứng nhu cầu nước Phân vùng hạn sau: Vùng nhiệt đới thấp lượng mưa < 500 mm/vụ; Vùng nhiệt đới cao lượng mưa từ 300 - 350 mm/vụ; Hoặc theo phân bố lượng mưa thời kỳ ngô trỗ cờ, thụ phấn, lượng mưa < 100 mm là hạn, 100-200 mm là thiếu nước 1.4.2 Ảnh hưởng hạn đối với ngô Hạn ảnh hưởng tới suất hạt giai đoạn nào ngô, giai đoạn (cây con, trỗ cờ đẫy hạt) coi là mẫn cảm đối với hạn, đặc biệt thời kỳ ngô trỗ Hạn làm giảm mạnh đến sinh trưởng lá, tiếp đến là râu, thân, kích thước hạt và giảm suất 1.5 Di truyền tính chịu hạn ngơ Khả chịu hạn kiểm sốt nhiều gen, chịu chi phới lớn điều kiện mơi trường Cây ngơ chịu hạn bằng nhiều cách, hình thức khác nhau, né hạn, chịu hạn trình sinh trưởng và phát triển, giảm bớt thiệt hại suất Hệ số di truyền có mới tương quan hệ bớ mẹ và lai là cho phép dự báo hiệu suất lai sở tương quan tính trạng thứ cấp với suất hạt Tầm quan trọng kiểu hình hữu ích cho chọn tạo giống ngô chịu hạn biểu mức độ tương quan với suất, tập trung nhiều vào tính trạng chênh lệch thời gian TP-PR, tỷ lệ bắp cây, già hóa 1.6 Một sớ tính trạng hữu ích nghiên cứu chịu hạn ngơ Những tính trạng thường sử dụng để nghiên cứu tính chịu là: 1) Mức độ héo giai đoạn đến trước trỗ; 2) Hệ thống rễ; 3) Tỷ lệ bắp/cây; 4) Chênh lệch thời gian TP-PR; 5) Độ già hóa (GHL); 6) Tuổi thọ (stay - green, LX) hay độ bền lá; 7) Tỷ lệ hạt/bắp; 8) Chiều dài bắp hữu hiệu; 9) Năng suất 1.7 Ứng dụng chọn lọc thị phân tử 1.7.1 Sự hỗ trợ thị phân tử chọn giống ngơ Từ đầu kỷ 20, chọn tạo giớng có hỗ trợ thị phân tử (MAS) là cơng cụ hữu ích chọn tạo và cải tiến giống ngô Phương pháp này cho phép chọn tạo giớng dựa vào kiểu gen Marker liên kết với nhiều gen gen quy định tính trạng quan tâm, từ xác định nguồn có mang gen chớng chịu nhận biết Hiện nay, ứng dụng lập bản đồ QTL nhiễm sắc thể, nhằm giúp chọn lọc xác vật liệu mong muốn và rút ngắn thời gian chọn tạo giớng 1.7.2 Đa hình đơn nucleotide đơn (SNP) Đa hình đơn nucleotide (SNP - single nucleotide polymorphism), gọi là "snips", là biến dị phổ biến Mỗi SNP đặc trưng cho khác biệt đoạn cấu trúc DNA, biểu vị trí allele khác base đơn, với allele có tần sớ 1% tập hợp ngẫu nhiên nhóm dịng độc lập 1.7.3 Lập đồ di truyền tính trạng số lượng (QTL) Một QTL miêu tả là "một vùng gen" kiểm sốt biểu tính trạng sớ lượng Nó là đơn gen nhiều gen quy định tính trạng cụ thể và chịu ảnh hưởng mơi trường Việc xác định vị trí gen điều khiển tính trạng phải dựa kết hợp phân tích kiểu gen với kiểu hình nhóm dịng phân ly và lập bản đồ QTL dựa mô hình giả định có tính chất tốn học 1.7.4 Kết hợp phương pháp truyền thống ứng dụng lập đồ QTL Bằng cách sử dụng hiệu quả tính đa dạng di truyền, phát triển đa dạng nguồn dòng ưu tú, đặc biệt qua chọn lọc chu kỳ cho kiểu gen quan tâm nhóm dịng dị hợp tử và tái tổ hợp (F2, F2:3) Sự kết hợp phương pháp tạo giống truyền thống, đánh giá kiểu hình điều kiện mơi trường khác và có hỗ trợ số công cụ công nghệ sinh học tiên tiến cho thấy cải thiện di truyền qua chu kỳ chọn lọc, 7%/mỗi chu kỳ điều kiện tưới đủ (thuận lợi), 1%/mỗi chu kỳ điều kiện hạn, đồng thời cho thấy gia tăng tần sớ allelel hữu ích, từ 0,51 (ở chu kỳ C0) đến 0,52 (ở chu kỳ C2) 1.8 Khả kết hợp Khả kết hợp chung (KNKHC) và khả kết hợp riêng (KNKHR) có khả di truyền lại hệ sau và qua phép lai Đánh giá khả kết hợp bằng phương pháp lai đỉnh để xác định KNKHC có ý nghĩa giai đoạn sớm trình chọn lọc, khới lượng vật liệu cịn q lớn Phương pháp ln giao (diallel): để chọn dịng có KNKHC, KNKHR tốt, tổ hợp lai ưu tú Đánh giá tương tác kiểu gen với môi trường và khả kết hợp bằng GGEBiplot GGEbiplot cung cấp thông tin cho liệu định: KNKHC, KNKHR bố mẹ; Các nhóm ưu lai; Các tổ hợp lai và cặp kết hợp tớt nhất; Các dịng tớt Chương VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Tạo nhóm dòng BP hệ F2:3 Từ 10 dịng ngơ nhiệt đới trình bày Bảng 2.1 Các dịng chia làm nhóm ưu lai (ƯTL): nhóm ƯTL A dịng P1, P2, P3, P4 (làm bớ) và dịng P9 (chịu hạn, làm mẹ - Donor); nhóm ƯTL B dịng P5, P6, P7, P8 (làm bớ) và P10 (chịu hạn, làm mẹ) Bảng 2.1 Dịng ngơ ưu tú dòng chịu hạn Các dòng P9, P10 lai với dịng nhóm, thu cặp lai F1: P9×P1, P9×P2, P9×P3, P9×P4 và P10×P5, P10×P6, P10×P7, P10×P8 Tiến hành tự thụ F1 tạo hệ F2, thu hoạch chọn ngẫu nhiên bắp là gia đình độc lập và khoảng 100 bắp/nhóm dịng, kết quả với tổng 790 gia đình Tiếp tục tự thụ nhóm dịng hệ F2:3 với tổng 790 gia đình Bảng 2.2 Bảng 2.2 Chi tiết nhóm dòng và 790 gia đình F2:3 Ghi chú: ǂǂNhóm dịng phát triển từ cặp lai bớ mẹ (BP: Bi-parent) 2.2 Vật liệu nghiên cứu 2.2.1 Vật liệu nghiên cứu đặc điểm nông học lập đồ QTL liên quan đến chịu hạn nhóm dòng BP điều kiện hạn tưới đủ Ấn Độ - Bao gồm 800 cơng thức, 790 gia đình (dịng chưa thuần) (Bảng 2.2) thuộc nhóm dịng hệ F2:3 và 10 dịng bớ mẹ (Bảng 2.1) - 800 mẫu ADN gia đình F2:3 và 10 dịng bớ mẹ (Bảng 2.2 và 2.1) tách chiết DNA, từ hỗn hợp non 10 dòng, theo quy trình CIMMYT (2005) Zeleke et al (2007) 2.2.2 Vật liệu đánh giá tổ hợp lai nhóm dòng với thử (CML451, CLO2450) điều kiện hạn tưới đủ Ninh Thuận Có 1.605 cơng thức, đó: 1.580 tổ hợp lai tạo lai nhóm dịng BP gồm 790 gia đình F2:3 với thử (CML451, CLO2450); 20 tổ hợp lai 10 dịng bớ mẹ × thử; Và giống đối chứng trồng phổ biến Việt Nam gồm giống Viẹn Nghiên cứu Ngô (LVN10, LVN61 và VN8960), 01 giống công ty Syngenta (NK67) và 01 giống công ty Mosanto (C919) 2.2.3 Vật liệu nghiên cứu KNKH, ƯTL khả chịu hạn suất dòng thuần tham gia luân giao điều kiện tưới đủ, hạn nặng, hạn vừa Ấn Độ Gồm 40 cơng thức, 36 tổ hợp lai ln giao sau lai dòng 11 gồm 790 gia đình) phát triển theo cặp bố mẹ đặc biệt quan trọng, để chọn đúng và phát triển hệ Kết quả nghiên cứu trình bày cụ thể 3.1 Nghiên cứu sớ tính trạng nơng học và xác định QTL gia đình F2:3 có khả chịu hạn và khả kết hợp tốt 3.1.1 Đánh giá đặc điểm nông học liên quan đến khả chịu hạn nhóm dòng F2:3 và dòng bố mẹ Thời gian sinh trưởng nhóm dịng Bi-parent (BP) hệ F2:3 điều kiện hạn và tưới đủ trình bày Bảng 3.1 và 3.2 Bảng 3.1 Thời gian sinh trưởng nhóm dòng và dòng bố mẹ ƯTL nhóm A điều kiện hạn và tưới đủ năm 2012 -2013 tại Hyderabad, Ấn Độ Ghi chú: TP: Số ngày từ gieo đến tung phấn (ngày); Std: Độ lệch chuẩn; TP-PR: Số ngày chênh lệch tung phấn-phun râu (ngày); CSL: Số ngày chín sinh lý (ngày); BP: Nhóm dòng Bi-parent; P: dòng bố mẹ; σ2g: phương sai kiểu gen; σ2gxl: phương sai kiểu gen với thời vụ; h2: Hệ số di truyền; F2:3$$: Số liệu trung bình nhóm dòng hệ F2:3; ¥: Số liệu trung bình vụ Hạn năm 2012 - 2013 12 Bảng 3.2 Thời gian sinh trưởng nhóm dòng và dòng bố mẹ nhóm B điều kiện hạn và tưới đủ năm 2012 -2013 tại Hyderabad, Ấn Độ nhóm dịng hệ F2:3 và 10 dịng bớ mẹ có thời gian sinh trưởng trung bình, từ 112 - 118 ngày/hạn (dịng bớ mẹ từ 105 - 116 ngày/hạn), từ 124 - 126 ngày/tưới đủ (dòng bố mẹ từ 123 - 134 ngày) Thời gian từ gieo đến TP điều kiện hạn, nhóm dịng nhóm A (68-71 ngày) và dịng bớ mẹ (66-76 ngày), nhóm dịng nhóm B (66-68 ngày) và dịng bớ mẹ (68-73 ngày) tương đương Chênh lệch số ngày TP-PR điều kiện hạn nhóm dịng nhóm A (-0,5 đến 2,4 ngày) thấp nhóm dịng nhóm B (từ 3,0 đến 3,9 ngày), cho thấy nhóm dịng nhóm A chịu hạn tớt nhóm dịng nhóm B tính trạng này, nhóm dịng BP3 có chênh lệch thời gian TP - PR thấp (0,8 ngày) 13 * Chiều cao cây, chiều cao đóng bắp trạng thái bắp Chiều cao (CC) và chiều cao đóng bắp (CB) nhóm dịng điều kiện hạn (CC từ 106-129cm, CB từ 51-67cm) thấp điều kiện tưới đủ (CC từ 120 - 140cm, CB từ 66 - 82cm) Trong đặc điểm trạng thái bắp từ 2,7 - 3,0 điểm điều kiện hạn tương đương điều kiện tưới đủ (2,6 - 2,8 điểm) Hệ số di truyền (h2) đặc điểm CC, CB và TTB nhóm dịng đạt giá trị từ 0,1 - 0,8/hạn, từ 0,2 - 0,8 /tưới đủ Trạng cao nhóm dịng từ BP1 đến BP8 (ngoại trừ nhóm dịng BP4 tính trạng CC, BP5 tính trạng CB) có hệ sớ di truyền từ trung bình đến cao, điều này giúp cho chọn lọc hiệu quả hai tính trạng này * Sự già hố lá, tỷ lệ xanh sau trỗ trình bày Bảng 3.5 và 3.6 Ở thời điểm tung phấn phun râu nhóm dịng BP3 có GHL_2 thấp (3,8 điểm), BP2 có tỷ lệ xanh cao và ổn định cả hai điều kiện (64%/hạn, 68,7%/tưới đủ), nhóm dịng BP8 biểu tỷ lệ xanh cao cả hai điều kiện Hệ số di truyền (h2) tính trạng GHL_1 (thời điểm trước trỗ) cho thấy nhóm dịng BP1 có h2 cao (0,6), nhóm dịng BP1, BP2, BP3, BP6, BP7, BP8 có h2 cao (h2 từ 0,5 - 0,7) Tỷ lệ xanh sau trỗ 20 ngày (LX) điều kiện hạn nhóm dịng điều kiện hạn có h2 từ thấp đến trung bình (0,2 - 0,6), nhóm dịng BP1, BP7 có h2 = 0,6 nhìn chung cao điều kiện tưới đủ Cho thấy, đặc điểm LX nhóm dịng BP1 phụ thuộc vào kiểu gen, nhóm dịng BP2, BP3, BP4 chịu tác động nhiều điều kiện môi trường và phần kiểu gen Đới với nhóm dịng thuộc nhóm B, điều kiện hạn có h2 từ từ thấp đến trung bình (0,3 - 0,6), nhóm dịng BP7 có h2 cao (0,6), cịn BP5, BP6 có h2 = 0,3 Ở điều kiện tưới đủ nhóm dịng BP có h2 đạt giá trị từ 0,0 - 0,5 Kết quả này cho thấy tác động môi trường đến tính trạng GHL_3 và LX là nhiều GHL_1, GHL_2 Vậy điều kiện ưới đủ quần thấy rằng đặc điểm già hoá từ giai đoạn trước trỗ (GHL_1), giai đoạn TP-PR (GHL_2), đến sau trỗ và tỷ lệ xanh (LX) có hệ sớ di truyền có giá trị từ thấp đến trung bình nên có nhiều ý nghĩa chọn lọc nhóm dịng BP nghiên cứu * Khả chống đổ, thối bắp, đuôi chuột tỷ lệ rễ chân kiềng Tỷ lệ đổ thân (ĐT) nhóm dịng BP điều kiện hạn từ 1,0 - 8,2%, dịng bớ mẹ có ĐT từ 0,4 - 17,8%, tương đương điều kiện tưới đủ (0,0 17,1%) Tỷ lệ bắp thới (BT) nhóm dịng BP và dịng bớ mẹ nhìn chung 14 nhiễm tỷ lệ thấp và thấy chênh lệch nhiều điều kiện hạn, tưới đủ Ở điều kiện hạn, BT nhóm dịng BP từ 1,4 - 5,1%, dịng bớ mẹ từ 0,1 - 11,4% Trong điều kiện tưới đủ, BT nhóm dịng BP từ 1,1 - 5,3%, dịng bớ mẹ từ 0,0 - 10,6 % Đi chuột (DĐC) nhóm dịng BP từ 2,9 - 3,2 điểm/hạn, cao so với điều kiện tưới đủ (2,6 - 3,0 điểm) Hiện tượng này tương tự dịng bớ mẹ có DĐC từ 2,0 - 4,6 điểm/hạn cao điều kiện tưới đủ (2,3 - 3,3 điểm) Tỷ lệ xuất rễ chân kiềng (RCK) nhóm dịng BP và dịng bớ mẹ điều kiện hạn từ 1,1 - 4,2 %, dịng bớ mẹ từ 0,2 - 3,6% cao điều kiện tưới đủ (nhóm dịng BP có RCK từ 0,2 - 1,8 %, dịng bớ mẹ từ 0,0 - 0,6%) Như vậy, điều kiện hạn rễ chân kiềng cá nhóm dịng nghiên cứu có xu hướng phát sinh nhiều so với điều kiện tưới đủ, nhóm dịng BP1, BP3, BP4 và BP7 có tỷ lệ RCK cao nhóm dịng khác * Một số yếu tố cấu thành suất Một số đặc điểm cấu thành suất tỷ lệ bắp (SB), số hạt bắp (HTB) và khối lượng 1.000 hạt (P1.000) nhóm dịng BP hệ F2:3 điều kiện hạn, tưới đủ và kết quả cho thấy: SB điều kiện hạn (0,6 - 0,8 bắp/cây) giảm so với điều kiện tưới đủ (0,8 - 0,9 bắp/cây); HTB điều kiện hạn (211 - 296 hạt/bắp) giảm so với điều kiện tưới đủ (304 - 355 hạt/bắp); P1.000 điều kiện hạn (159,7 - 196,9 gram) thấp điều kiện tưới đủ (235,0 - 268,4 gram) Hệ số di truyền số yếu tố cấu thành suất bao gồm SB, HTB, P1.000 điều kiện hạn tưới đủ có giá trị thấp đến trung bình (0,2 - 0,7) tương đương điều kiện tưới đủ Cho thấy tác động môi trường (2 vụ hạn) đến đặc điểm HTB, P1.000 làm cho nhóm dịng có HTB và P1.000 biến động lớn, đặc điểm SB là Hệ sớ di truyền (h2) tính trạng SB điều kiện hạn từ 0,2 - 0,7, nhóm dịng BP1, BP4, BP6, BP8 có h2 từ 0,6 - 0,7, Trong điều kiện hạn nhóm dịng BP3, BP7 có h2 tính trạng SB cao (0,6-0,7) Mặc dù tính trạng SB có hệ sớ di truyền từ 0,2 - 0,7/hạn song lại có phương sai kiểu gen = 0,0 (Nghĩa là dòng nhóm BP có khác biệt), bên cạnh tính trạng P1.000 tương tự nên rằng việc cải thiện hai tính trạng này cần chú ý đến kiểu hình dịng bớ mẹ Tính trạng HTB có hệ sớ di truyền từ thấp đến trung bình, song có phương sai kiểu gen lớn (181,9 - 1.098,9/hạn), thể nhóm dịng dễ có hội chọn dịng tớt theo mục tiêu, giúp đánh giá kiểu hình chọn lọc cách hiệu quả, chọn gia đình F2:3 có giá trị vượt bố mẹ 15 * Năng suất nhóm dòng BP, dòng bố mẹ điều kiện hạn tưới đủ Năng suất (NS) nhóm dịng trình bày Bảng 3.11 Bảng 3.11 Năng suất nhóm dòng BP hệ F2:3 và dòng bố mẹ điều kiện hạn so với tưới đủ tại Ấn Độ Ghi chú: QT: Nhóm dòng; Std: Độ lệch chuẩn; NS: Năng suất (tấn/ha); BP: Nhóm dòng Bi-parent; P: dòng bố mẹ; σ2g: phương sai kiểu gen; σ2gxl: phương sai kiểu gen với thời vụ/các điểm; ¥: Qua vụ hạn; h2: Hệ số di truyền; ȓg: Tương quan kiểu gen; F2:3: Thế hệ F2:3; Năng suất nhóm dịng từ 0,74 - 1,37 tấn/ha/hạn, thấp điều kiện tưới đủ (1,21 - 2,51 tấn/ha) Các dòng bớ mẹ có suất biến động từ 0,17 1,31 tấn/ha điều kiện hạn, thấp điều kiện tưới đủ (0,56 - 2,38 tấn/ha) Cho thấy, suất điều kiện hạn suy giảm mạnh so với điều kiện tưới đủ, từ 16 22,0 - 48,6% đối với nhóm dịng, 8,4 - 78% đới với dịng bớ mẹ Các dòng mẹ P9, P10 thể hẳn khả chịu hạn so với dòng ưu tú P1, P2, P3, P4, P5, P6, P7, P8 điều kiện hạn giảm suất Trong đó, hệ sớ di truyền nhóm dịng có giá trị từ trung bình đến cao điều kiện hạn thấp điều kiện tưới đủ, nhóm A có h2 từ 0,21 - 0,55/hạn, 0,75 0,85/tưới đủ, nhóm B có h2 từ 0,55 - 0,69/hạn, 0,51 - 0,89/tưới đủ Như vậy, từ 10 dịng ngơ bớ mẹ, dịng bớ (P1, P2, P3, P4, P5, P6, P7, P8) và dòng mẹ (P9, P10) phát triển thành nhóm dịng BP hệ F2:3 (BP1, BP2, BP3, BP4, BP5, BP6, BP7 BP8) có khác đáng kể hầu hết đặc điểm nghiên cứu Sự biến động gia đình F2:3 nhóm dịng thể khả phân ly, có gia đình F 2:3 theo chiều hướng vượt q giá trị dịng bớ mẹ theo nghĩa tích cực và tiêu cực đặc điểm TP, TP-PR, CC, CB, GHL_2, GHL_3, TB, LX, SB, HTB, P1.000 và NS cho thấy phân ly allel có ích hay khơng có ích Từ làm sở chọn lọc allel có ích, gia đình F2:3 tốt và phù hợp phục vụ nghiên cứu 3.1.2 Hệ số tương quan kiểu hình và di truyền điều kiện hạn với tưới đủ số đặc điểm nông học với suất Hệ số tương quan kiểu hình điều kiện hạn và tưới đủ sớ tính trạng nơng học (TP, TP-PR, TTB, CC, CB, DĐC, RCK, HTB, P1.000 NS) nhóm dịng hệ F2:3 điều kiện hạn với tưới đủ có tương quan thuận phần lớn đặc điểm nghiên cứu (TP, TP-PR, CC, RCK, SHH, LX và NS) điều kiện hạn tưới đủ Các đặc điểm GHL_2 GHL_3 (từ -0,64 đến -0,29) và CSL, ĐT, BT có tương quan nghịch (từ - 0,50 đến -0,12) Đặc điểm, GHL_1, BT số SB tương quan không chặt Cho thấy đặc điểm gợi ý khả xác định QTL phổ biến (common QTL) Có thể sử dụng đặc điểm TP, TP-PR, CC, GHL_2 và NS cho nghiên cứu chịu hạn nhóm dịng 3.1.3 Lập đờ QTL liên quan tính chịu hạn nhóm dòng F2:3 Xác định 871 SNP đa hình để sử dụng xây dựng bản đồ kết hợp nhóm dịng BP (BP1, BP2, BP3, BP4, BP5, BP6, BP7), nhóm dịng BP8 khơng xét vì khơng có SNP đa hình liên kết Bằng cách ứng dụng phần mềm QTLCartographer v2.5 để lập bản đồ QTL trình bày Hình 3.4 Trên 10 NST kết nới nhóm dịng (BP1, BP2, BP3, BP4, BP5, BP6, BP7) xác định cụm gen quan trọng (QTL clusters) QTL quan sát thấy: Cụm thứ nhất NST số (bin 1,05-1,07) xác định cho QTL chủ yếu TP-PR hiệu ứng cộng suất hạt điều kiện hạn tác động cộng, trội và siêu 17 trội và NST số (bin 7,01-7,03) gồm ba QTL cho TP-PR điều kiện hạn, QTL khác liên quan NS TP-PR; Cụm thứ hai NST số (bin 8,02-8,03), xác định QTL đới với tính trạng TP-PR GHL điều kiện hạn Ngồi cụm QTL trên, có cụm QTL nhỏ hơn, là NST số (bin 4,03 - 4,05; 4,08) hai là NST số (bin 6,05-6,07) xác định hai QTL cho TP-PR, GHL NS điều kiện hạn Hình 3.4 Bản đồ QTL về NS, TP-PR GHL nhóm dòng BP F2:3 Trong chọn tạo giống ngô ngoài việc chọn lọc vật liệu tớt, thì vật liệu phải có khả kết hợp cao mang ý nghĩa quan trọng nhằm cung cấp thông tin giá trị sử dụng tạo giống ngô lai phục vụ sản xuất 3.2 Đánh giá sớm khả kết hợp nhóm dòng ngô F2:3 và chọn lọc dòng ưu tú, tổ hợp lai chịu hạn 3.2.1 Đánh giá sớm khả kết hợp nhóm dòng ngô F2:3 Đánh giá lai lai đỉnh nhóm dịng (790 gia đình F2:3) 10 dịng bớ mẹ với thử (CML451 và CLO2450) điều hạn và tưới đủ vụ Xuân 2014 Nha Hố, Ninh Thuận kết quả sau 18 a, Năng suất lai F1 phép lai thử điều kiện hạn, tưới đủ vụ Xuân 2014 tại Ninh Thuận Kết quả cho thấy suất hạt trung bình điều kiện hạn giảm so với điều kiện tưới đủ từ 27,23 - 54,16 % xảy [F2:3 × thử], từ 16,22 100,00% [dịng bớ mẹ × thử] nhóm A, từ 5,88 - 83,30 % [dịng bớ mẹ × thử] nhóm B Có phân ly suất diễn nhóm dịng cả điều kiện hạn - tưới đủ, đồng thời có [gia đình F2:3 nhóm dịng × thử] có suất cao [dịng bớ mẹ × thử], cho thấy khả kết hợp nhóm dịng BP có gia đình F2:3 thừa hưởng di truyền từ dịng bớ mẹ và cải thiện khả kết hợp qua lai thử, thể suất vượt bố mẹ với thử Khi so sánh với suất giống đối chứng LVN10 (ĐC1), VN8960 (ĐC2), NK67 (ĐC3), C919 (ĐC4), LVN61 (ĐC5) nhận thấy rằng, suất cao [các gia đình F2:3 × thử] 8,29 tấn/ha/tưới đủ và 6,89 tấn/ha/hạn (giảm 8,02 - 35,62%), cao tương đương suất giống đối chứng (4,79 - 7,36 tấn/ha/tưới đủ; 3,15 - 5,00 tấn/ha/hạn) Kết quả có ý nghĩa hết sức quan trọng, thấy rằng số 790 gia đình hệ F2:3 nhóm dịng BP qua q trình chọn tạo, có gia đình có giá trị sử dụng, đạt tiến di truyền khả chịu hạn, suất vượt dịng bớ mẹ, từ cung cấp thơng tin nhằm tuyển chọn gia đình F2:3 làm vật liệu quan trọng phục vụ chọn tạo giống cho vùng nước trời b Đánh giá khả kết hợp suất lai đỉnh nhóm dòng F2:3, dòng bố mẹ điều kiện hạn, tưới đủ KNKHC [nhóm dịng BP × thử] nhóm A từ -2,23 đến 2,62/hạn, từ 2,35 đến 2,38 /tưới đủ; KNKHR gia đình F2:3 điều kiện hạn KNKHR [BP nhóm A × thử] từ -1,72 đến 2,94, [BP nhóm B × thử] từ -2,28 đến 2,30; điều kiện tưới đủ, KNKHR [BP nhóm A × thử] từ -2,38 đến 2,30, [BP nhóm B × thử] từ -2,17 đến 2,18, KNKHR dịng bớ mẹ từ -1,33 đến 1,35/hạn, từ -1,06 đến 1,07/tưới đủ Cho thấy giá trị KNKHR điều kiện hạn cao điều kiện tưới đủ, đồng thời cả điều kiện KNKHR [8 nhóm dịng × thử] cao hơn, vượt q KNKHR [dịng × thử] Như vậy, KNKHC KNKHR suất nhóm dịng điều kiện hạn cao điều kiện tưới đủ 3.2.2 Nghiên cứu chọn lọc dòng ưu tú tổ hợp lai có triển vọng Từ kết quả phân tích khả chịu hạn, xác định QTL liên quan đến khả chịu hạn và khả kết hợp 790 gia đình F2:3 nhóm dịng điều 19 kiện hạn, tưới đủ làm sở để nhanh chóng lựa chọn 54 gia đình F2:3 có KNKHC, KNKHR tớt có NS (từ 3,91 - 5,92 tấn/ha/hạn, từ 5,76 - 8,63 tấn/ha/tưới đủ) cao tương đương giống đối chứng (3,15 - 5,00 tấn/ha/hạn, 4,79 - 7,36 tấn/ha/tưới đủ) [dịng bớ mẹ × thử] (0,0 - 5,08 tấn/ha/hạn; 0,03 - 6,05 tấn/tưới đủ) Căn cứ kết quả đánh giá khả chịu hạn, phân tích vùng gen (QTL) đánh giá sớm khả kết hợp nhóm dịng hệ F2:3 làm sở tuyển chọn gia đình F2:3 bao gồm BP1_46, BP1_74, BP2_109, BP3_41, BP4_40, BP5_85, BP6_72, BP7_10, BP8_21 có KNKHC tớt, có KNKHR cao cả điều kiện hạn, tưới đủ, đặt tên tương ứng RA1, RA2, RA3, RA4, RA5, RA6, RA7, RA8, RA9 trình bày Bảng 3.24 để tiếp tục trì, làm tiến hành luân giao nhằm tuyển chọn dòng, tổ hợp lai ưu tú 3.2.3 Năng suất dòng, tổ hợp lai luân giao điều kiện nghiên cứu Các dòng RA1, RA2, RA34, RA4, RA5, RA6, RA7, RA8, RA9 luân giao thu 36 tổ hợp lai Những tổ hợp lai này và dịng bớ mẹ đánh giá, so sánh với giống đối chứng (PAC745, 30V92, HTMH5401 và 900MG) điều kiện hạn nặng, hạn vừa và tưới đủ năm 2014 Ấn Độ Năng suất trung bình dòng đạt 3,9 tấn/ha/tưới đủ, đạt 0,7 tấn/ha/hạn nặng (giảm 83%) và 1,4 tấn/ha/hạn vừa (giảm 63%) Ở lai F1 cho thấy chịu hạn tốt dịng bớ mẹ, suất F1 điều kiện hạn nặng giảm từ 50 - 93%, giảm 10 - 53% điều kiện hạn vừa Năng suất trung bình THL điều kiện tưới đủ đạt 7,2 tấn/ha, sớ THL RA1/RA8, RA6/RA9, RA6/RA8 có suất 8,7 - 8,8 tấn/ha tương đương đới chứng 900MG (8,0 tấn/ha) Trong 20 môi trường hạn nặng, suất trung bình đạt 2,1 tấn/ha, THL RA4/RA7, RA7/RA9 đạt 3,5 tấn/ha tương đương đối chứng 30V92 (3,1 tấn/ha) Trong môi trường hạn vừa, THL RA2/RA8 đạt 6,0 tấn/ha tương đương đối chứng HMH5401 (5,7 /ha) 3.2.4 Khả kết hợp dòng môi trường nghiên cứu Kết quả Bảng 3.28, khả kết hợp chung điều kiện tưới đủ, hạn nặng và hạn vừa cho thấy: Trong điều kiện tưới đủ, dịng RA8 có KNKHC (0,9) có ý nghĩa đới với suất đạt 4,7 tấn/ha, RA9 (KNKHC = 0,7) RA6 (KNKHC = 0,5) Trong điều kiện hạn nặng, dịng RA7 có KNKHC cao (0,6), sau dịng RA8 (KNKHC = 0,5), đến RA9 (KNKHC = 0,4) Ở điều kiện hạn vừa, dòng RA8 (KNKHC = 0,5) RA9 (KNKHC = 0,4), sau dịng RA2, RA4 có KNKHC = 0,2 có ý nghĩa mức P