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 TRU

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

Công trình hoàn thành tại:

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

Người hướng dẫn: 1 PGS.TS NGUYỄN THẾ HÙNG

2 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 sẽ được 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 tại thư viện:

- Thư viện Quốc gia Việt Nam

- Thư viện Học viện Nông nghiệp Việt Nam

PHẦN 1 MỞ ĐẦU 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Ngô nếp tím (Zea mays L var ceratina Kulesh) là một dạng đặc thù của

ngô giàu anthocyanins và thành phần các chất kháng oxy hóa khác, được trồng trọt và tiêu thụ rộng rãi ở Thái Lan, Trung Quốc và các nước khác ở

châu Á (Harakotr et al., 2014; Hu and Xu, 2011) Anthocyanins đặc biệt rất

giàu trong ngô có màu đậm, có lợi cho sức khỏe con người và được cho là chất kháng oxy hóa và tiềm năng hoạt động chống ung thư, ngăn chặn bệnh tim mạch, điều khiển chống béo phì, giảm nhẹ bệnh tiểu đường và khả năng kháng viêm nhiễm (Jones, 2005; He and Giusti, 2010) Chính vì vậy nghiên cứu chọn giống ngô nếp có chất lượng và giàu chất anthocyanin đang phát triển mạnh mẽ Hiện nay ở một số nước lai tạo ngô nếp tím đang được triển khai bằng phương pháp lai ngô nếp trắng với ngô nếp tím tạo giống ngô nếp lai chất lượng cao và giàu chất kháng ô xy hóa (Qing-ping Hu and Jian-guo

Xu, 2011; Harakotr et al., 2013; 2016)

Ngô nếp hạt rất nhiều màu từ trắng đến đen tương quan với hàm lượng của các chất hóa học thực vật trong hạt Màu hạt ở ngô do chất màu và hợp

chất khác gồm carotenoids, phenols và anthocyanin tạo màu ở vỏ hạt và lớp ơloron trong nội nhũ Các hợp chất sinh học và màu tăng tương quan với

tăng chất lượng dinh dưỡng của ngô nếp Hạt có màu đậm như tía, xanh và

đỏ nhìn chung là ở lớp ơloron hoặc vỏ hạt ngô (Mahan et al., 2013)

Ở Việt Nam, nghiên cứu cải thiện chất lượng và chọn giống ngô nếp chất lượng cao và giàu Anthocyanin còn hạn chế Về nghiên cứu, hiện nay trong nước chưa có các công bố về phương pháp lai cải thiện tính trạng chất lượng

về độ ngọt trên cây ngô nếp, đặc biệt là ngô nếp tím; về chọn giống ngô nếp chất lượng và giàu anthocyanin cũng chưa có kết quả công bố, hiện tại trong nước mới có một giống ngô nếp tím giàu anthocyanin là FANCY111 nhập nội từ Thái lan được công nhận chính thức, có giá hạt giống rất cao (400-

500 ngàn đồng/kg hạt) và không chủ động hạt giống Chính vì vậy, việc nghiên cứu phát triển nguồn vật liệu phục vụ chọn tạo giống ngô nếp ưu thế lai có năng suất, chất lượng cao và giàu chất kháng ô xy hóa anthocyanin ở Việt Nam, đáp ứng yêu cầu sản xuất, thị trường ngô nếp ăn tươi nâng cao hiệu quả kinh tế cho sản xuất đang là vấn đề cấp thiết

1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

- Đánh giá và chọn lọc vật liệu di truyền ngô nếp có năng suất, chất lượng và giàu anthocyanin phục vụ chọn tạo giống ngô nếp lai cho các tỉnh miền Bắc, Việt Nam

- Khai thác và cải tiến nguồn vật liệu ngô nếp trong nước và nhập nội, chọn tạo giống ngô nếp tím lai có chất lượng cao và giàu anthocyanin cho các tỉnh miền Bắc, Việt Nam

1.3 ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI NGHIÊN CỨU

1.3.1 Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng là nguồn vật liệu ngô nếp trắng, ngô nếp tím, ngô ngọt, được

kế thừa từ các nguồn vật liệu đã có của Viện Nghiên cứu và Phát triển cây trồng – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Các nguồn vật liệu được lựa chọn phù hợp cho các thí nghiệm nghiên cứu phát triển dòng thuần và lai tạo, chọn lọc tổ hợp lai triển vọng và cải thiện độ Brix cho các vật liệu ngô

1.3.2 Thời gian nghiên cứu

Thời gian nghiên cứu: Trong các năm từ 2015 - 2018; trong một năm, tiến hành 2-3 vụ là vụ Xuân (Tháng 1-5) , Hè Thu (tháng 7-9) và vụ Thu Đông (tháng 8-12)

1.3.3 Địa điểm nghiên cứu

Các thí nghiệm ngoài đồng ruộng được thực hiện tại Viện Nghiên cứu và Phát triển cây trồng – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Các thí nghiệm trong phòng thực hiện tại Phòng thí nghiệm JICA – trung tâm Nghiên cứu cây trồng Việt -Nhật Thí nghiệm thử nghiệm các tổ hợp lai triển vọng ở các vùng sinh thái được thực hiện tại các tỉnh Thái Bình, Nghệ An và Thái Nguyên

1.4 NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN

độ Brix cao hơn vật liệu ban đầu từ 2-4%

Lai tạo được 36 THL ngô nếp tím, trong đó có 2 THL triển vọng, có năng suất cao, chất lượng tốt, giàu anthocyanin phục vụ nhu cầu ngô nếp ăn tươi và làm thực phẩm chức năng tại 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 một cách hệ thống về xác định vật liệu khởi đầu phục vụ công tác chọn tạo giống ngô nếp ưu thế lai, năng suất, chất lượng cao và giàu anthocyanin ở Việt Nam

Hướng phát triển dòng thuần ngô nếp trên cơ sở tổ hợp đa dạng nguồn gen ngô nếp trắng và tím có thể góp phần nâng cao UTL, về năng suất, chống chịu, chất lượng cao và giàu anthocyanin là cơ sở khoa học mới ở Việt Nam trong công tác chọn tạo giống ngô nếp hiện nay

Kết quả nghiên cứu của đề tài đã khẳng định phương pháp lai trở lại (back cross) có khả năng cải thiện tính trạng chất lượng (vỏ mỏng, hàm lượng anthocyanin, vị ngọt và vị đậm…) cho vật liệu ngô nếp, tăng khả năng chọn tạo thành công các giống ngô nếp lai chất lượng phục vụ sản xuất

1.5.2 Ý nghĩa thực tiễn

Đánh giá và xây dựng thông tin chi tiết và cơ sở dữ liệu của 56 nguồn vật liệu ngô nếp tím, nếp trắng và ngô ngọt trong nước và nhập nội phục vụ công tác chọn tạo giống ngô nếp tím lai có chất lượng cao và giàu anthocyanin ở Việt Nam

Đã chọn lọc và phát triển được 8 dòng ngô nếp tím có các đặc điểm nông sinh học, chống chịu sâu bệnh, năng suất, chất lượng và giàu anthocyanin Cải thiện nâng cao độ Brix (%) cho các vật liệu ngô nếp tím và ngô nếp trắng ưu tú, có năng suất và hàm lượng anthocyanin cao nhưng độ Brix thấp Chọn tạo được 2 tổ hợp lai ngô nếp tím triển vọng, có thể phát triển thành giống mới, đáp ứng nhu cầu phát triển sản xuất ngô nếp ăn tươi và làm thực phẩm chức năng tại Việt Nam

PHẦN 2 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 này

được xác định, ngô nếp là một dạng đặc biệt lần đầu tiên phát hiện ở Trung Quốc năm 1908 và sau đó tìm thấy ở các nước khác ở châu Á (Collins,1909) Mặc dù còn một số tác giả có quan điểm khác, nhưng cơ bản

đều thống nhất rằng 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 trong họ phụ Panicoideae,

họ Poaceae (soát xét lại của OECD, 2003; USDA, 2005) Hiện nay, có 86 chi trong tộc Andropogoneae (USDA, 2005) Phân loại ngô trong hệ thống

phân loại thực vật dựa trên đặc điểm nông học và lượng tinh bột trong hạt được phân thành 7 loài phụ trong đó có loài phụ ngô nếp (Waxy corn —

(Zea mays L ssp ceratina) (Zea mays L ssp ceratina)

2.1.3 Đặc điểm thực vật học

Ngô là cây C4, thân cao 1 - 4 m, lá mọc đối có bẹ ôm lấy thân Rễ ngô có

3 loại: rễ chùm phát triển từ trục rễ mầm, rễ bất định và rễ chân kiềng mọc

từ các mắt của lóng đốt dưới thấp Cây ngô là cây có hoa đơn tính cùng gốc, hoa đực (cờ) và hoa cái (bắp) trên cùng một cây, hoa đực chín sớm hơn hoa cái, trong mỗi hoa đực có 2 hoa nhỏ, mỗi hoa nhỏ có hai vảy mỏng, lá bắc, 3 bao phấn, 2 bao hoa và nhụy phôi thai Một bao phấn có khoảng 2.000 đến 7.500 hạt phấn, một cờ ngô có khoảng 7.000 bao phấn (Kiesselbach, 1949)

Ngô là cây giao phấn nhờ gió, do vậy có tỷ lệ lai khác loài và lai trong loài

tự nhiên rất lớn, điều này dẫn đến có sự chuyển gen giữa các loài khác nhau Đây cũng là cơ sở để thiết kế giao phối và cách ly trong quá trình chọn tạo giống Ngô sinh trưởng hữu hạn và cũng phân thành giai đoạn sinh trưởng sinh dưỡng từ khi gieo đến trỗ cờ và giai đoạn sinh thực từ phun râu đến chín (Vũ Văn Liết và cs., 2016)

2.2 SẢN XUẤT NGÔ NẾP TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM

Ngô nếp là cây lương thực quan trọng ở châu Á gồm Cambodia, Trung Quốc, Nhật Bản, Hàn Quốc, Myanmar, Lào, Đài Loan Thái Lan và Việt Nam Ngô nếp phổ biến ở các vùng ưa chuộng dẻo như lúa nếp, trong hạt ngô nếp nội nhũ chứa amylopectin cao hơn ngô thường Nông dân ở các nước châu Á trồng ngô nếp như là một cây thực phẩm và là cây kinh tế quan

trọng phát triển mạnh trong những năm gần đây (Klimeket et al., 2012) Ngô

nếp năng suất thấp, nhiễm sâu bệnh và do gen lặn điều khiển nên còn ít được quan tâm cải tiến, nhiều vùng vẫn còn trồng chủ yếu là giống địa phương

thụ phấn tự do (Mohamed, et al., 2016, Stamp, et al., 2016) Ngô nếp là cây

kinh tế thường tiêu thụ ăn tươi nên thời gian từ gieo đến thu hoạch ngắn có thể trồng quanh năm Dân số thế giới tăng đã góp phần tăng như cầu sử

dụng ngô nếp (Boonlertnirun et al., 2010)

Trong những năm tới, ngô vẫn là cây trồng có vai trò quan trọng trong hệ thống canh tác ở nước ta Tình hình sản xuất ngô nếp của nước ta hiện nay ở các địa phương thay đổi theo điều kiện sinh thái nông nghiệp và kinh tế - xã hội của từng địa phương Nhìn chung hiện nay, năng suất bình quân đạt được của ngô nếp lai so với tiềm năng năng suất của các giống lai còn khoảng cách

khá xa (Nguyên Văn Đức và cs., 2017, Liet et al., 2018)

2.3 ĐA DẠNG DI TRUYỀN NGUỒN GEN NGÔ NẾP

Một bộ gồm 165 mẫu nguồn gen ngô nếp Trung Quốc bao gồm giống địa phương và các dòng tự phối đã chọn để phân tích đa dạng di truyền bằng chỉ thị phân tử SSR Kết quả cho thấy mức đa dạng di truyền rất cao về đặc điểm bắp và chất lượng tinh bột với tổng số 281 allele đã nhận biết tại 60 locus SSR, bình quân 2 – 9 allele/một chỉ thị Trung bình allel/ một chỉ thị qua các kiểu gen là 4.68 Giá trị PIC trong phạm vi từ 0.332 đến 0.860, trung bình là 0.690 Phân nhóm di truyền UPGMA đã nhóm 165 dòng thành

3 nhóm phù hợp với thông tin phả hệ đã biết của các nhà tạo giống cung cấp Kết quả chỉ ra rằng hầu hết dòng ngô nếp hiện đại có ít mối quan hệ với các giống bản địa vùng Tây Nam Trung Quốc, nơi được coi là nguồn gốc của ngô nếp Điều này có thể lựa chọn những dòng có khoảng cách di truyền xa nhất cho nghiên cứu di truyền và lai tạo giống trên cơ sở các dòng thuộc

nhóm di truyền khác nhau (Zheng, et al.,2013)

Đa dạng di truyền ngô (Zea mays L.) bao gồm biểu hiện của màu sắc hạt

(đỏ, xanh, tím), nhưng dạng ngô đặc thù sử dụng ít hơn so với ngô vàng và ngô trắng thông thường Sắc tố ở thực vật là các chất hóa học có nguồn gốc thực vật kháng oxy hóa tạo ra chuyển hóa thứ cấp, các chất kháng oxy hóa liên kết với nhiều kháng ung thư và kháng viêm nhiễm khác có lợi cho sức khỏe con người Thay đổi màu sắc đã được nghiên cứu trong tạo giống, bao gồm tiềm năng năng suất và hàm lượng phenolics cao trong cùng một giống lai Các tác giả đánh giá 84 tổ hợp ngô lai từ lai diallel của 11 bố mẹ, nhiều

số đó do Texas phát triển nhưng không có đủ thông tin về đặc điểm Hệ số

di truyền theo nghĩa hẹp là 0.80 cũng như phương sai tương tác kiểu gen môi trường (G×E) nhỏ (4%) về tổng hàm lượng phenolics Sai số thấp, chứng tỏ phương pháp phân tích các tính trạng của các tác giả đảm bảo độ chính xác để dò tìm và phân chia kiểu gen qua các môi trường Các tổ hợp lai đỉnh về hàm lượng phenolics là tím‘Maiz Morado’ có mức hàm lượng gần gấp 2 lần dòng ngô đỏ, sau đó là các dòng ngô đỏ Kiểu hình Morado tím đậm trội lấn át tất cả các màu khác, nhưng tổng số phenolics là được bổ sung của các bố mẹ antioxidants trong hạt cao (như xác định phenolics) Nghiên cứu hiện nay, các tổ hợp lai có màu ở đỉnh hạt năng suất phenolic

cao hơn hai lần hạt vàng (Mahan et al., 2012)

Chương trình chọn giống ngô nếp (Zea mays L, var, certain) lai đã thành

lập tại Viện Nghiên cứu và Phát triển cây trồng (CRDI), Học viện Nông nghiệp Viêt Nam (VNUA) từ năm 2003, mục đích của chương trình là khai thác nguồn gen ngô nếp địa phương bằng chọn lọc cải tiến quần thể cho người trồng ngô ở vùng núi, nơi nông dân vẫn sủ dụng giống thụ phấn tự do (OPVs) trong sản xuất của họ, Mục tiêu thứ hai là phối hợp nguồn gen ngô nếp địa phương với nguồn gen nhập nội nâng cao nguồn gen cho chọn tạo giống ngô nếp lai năng suất cao, chất lượng tốt và 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 đã thu thập được 160 mẫu nguồn gen ngô nếp ở 4 vùng sinh thái của Việt Nam gồm : Vùng núi Tây Bắc (các tỉnh Lai Châu, Điện Biên và Sơn La); vùng núi Đông Bắc (các tỉnh Cao Bằng, Bắc Kạn, Hà Giang, Tuyên Quang, Lạng Sơn và Lào Cai); Vùng núi các tỉnh Bắc Trung Bộ (Quảng Trị) và Tây Nguyên (Đắc Lăk, Gia Lai và Lâm Đồng), Đồng thời với thu thập nguồn gen ngô nếp địa phương chương trình đã nhập nội 36 nguồn gen nhập nội thông qua trao đổi hợp tác và phân lập dòng từ các giống ngô nếp lai của nước ngoài đang thương mại và sản xuất tại Việt Nam, Chương trình nghiên cứu đánh giá dạng di truyền của nguồn gen và nhận biết những tính trạng hữu ích như chịu hạn, chất lượng

ăn tươi, kháng bệnh đặc biệt nhận biết tính trạng vỏ hạt mỏng và hàm lượng anthocyanin để sử dụng chọn tạo giống ngô nếp lai và đưa vào cơ sở dữ liệu

nguồn gen ngô nếp của VNUA (Liet, et al., 2017)

2.4 DI TRUYỀN CÁC HOẠT CHẤT Ở NGÔ NẾP TÍM

Màu tím ở ngô được điều khiển bởi các gen a1, c1, p và gen r (Neuffer et al., 1997), sau đó 2002 các nhà nghiên cứu công bố nhận biết hai allele trội trên locus R1 tác dụng hấp thụ màu ở lớp ơ lơ ron của hạt ngô một trên vai

ngắn nhiễm sắc thể số 9 và một trên vai dài của nhiễm sắc thể số 10 (P S Stinard and Sachs, 2002) Những gen này thường biểu hiện di truyền theo định luật Medelian với kiểu hình tím là trội Đánh giá kiểm tra màu tím ở ngô nếp và quan sát biến động của màu sắc theo mô hình Mendelian là chưa đầy đủ Bởi vậy, tiếp cận di truyền số lượng để đánh giá màu nguồn gen là cần thiết Ước lượng hệ số di truyền nghĩa rộng là trung bình chỉ ra rằng những tính trạng này phản ứng tốt với chọn lọc Ảnh hưởng của môi trường đến tính trạng này cần có những nghiên cứu thêm Các nhà tạo giống ngô có thể khai thác tính trạng di truyền này để phát triển giống ngô lai có hàm

lượng anthocyanins cao (Harakotr, et al., 2014)

2.5 THÀNH TỰU CHỌN TẠO GIỐNG NGÔ NẾP, NGÔ NẾP TÍM

Một giống ngô nếp lai đơn là Heukjinjuchal là giống ngô nếp có màu đen

(Zea mays L.) được nhóm các nhà tạo giống tại NICS chọn tạo thành công

2008 Heukjinjuchal chọn tạo bằng lai giữa 2 dòng thuần KBW24 làm mẹ và

KBW2 là bố (Jung et al., 2009)

Đại học Thượng Hải đã chọn tạo thành công giống ngô nếp đen tía

"Huziheinuo 1" đã được chọn tạo bằng lai giữa "SW74" và "SW71", cả hai dòng thuần có chất lượng tốt và khả năng kết hợp cao Đánh giá sinh thái cho thấy giống chín sớm hơn 2 ngày so với giống "Suyunuo 1", năng suất cao hơn 26,8%

và nội nhũ sáp tốt hơn, chống chịu với điều kiện bất thuận và thích nghi rộng Nghiên cứu thay đổi màu sắc hạt biểu hiện thay đổi màu hạt nhanh và có thời gian thu hoạch dài.Khi tất cả các hạt màu đen tía, bắp vẫn giữ được chất lượng ổn định

về cảm quan, hương vị và nội nhũ (Wang et al., 2009)

Một giống ngô nếp lai đơn là Heukjinjuchal là giống ngô nếp có màu đen

(Zea mays L.) được nhóm các nhà tạo giống tại NICS chọn tạo thành công

2008 Heukjinjuchal chọn tạo bằng lai giữa 2 dòng thuần KBW24 làm mẹ và KBW2 là bố Chiều dài bắp và đường kính bắp của Heukjinjuchal là 16,0

cm và 4,4 cm, Tỷ lệ kết hạt trên chiều dài bắp 89%, tương đương với giống đối chứng Chalok1 Giống kháng bệnh đốm lá và chống chịu để tốt Năng suất bắp tươi tương đương đối chứng Chalok1 trong thí nghiệm vùng qua ba năm Sản xuất hạt lai F1 của giống này dễ dàng vì trùng khớp giữa tung

phấn và phun râu của bố mẹ tốt Giống phù hợp phổ biến ra sản xuất ở Hàn

Quốc (Jung et al., 2009)

Đại học Quốc gia Chungnam (CNU), Trung Quốc đã chọn tạo thành công

ba giống ngô nếp lai có màu sắc hạt đậm, năng suất cao và làm thực phẩm chức năng là CNU12, CNU19, CNU153 Hàm lượng đường (Brix) của giống ngô nếp lai đã phát triển CNU19 thấp hơn so với đối chứng Chất lượng của giống lai CNU12 và CNU19 tốt hơn đối chứng về hàm lượng đường và độ mềm Phân tích 1,1–diphenyl–2–picryhydrazyl (DPPH) hiệu quả lọc bức xạ, chất kháng oxy hóa xanthine oxidase (XO) và catalas bằng tách chiết methanol để so sánh giống lai CNU19 có hàm lượng cao Giống lai CNU19 và CNU 153 có hàm lượng

chất kháng oxy hóa cao hơn (Hee Chung et al., 2010)

Giống ngô nếp đen Tainan No, 25 là giống lai đơn được phóng thích năm

2010 do Tainan DARES chọn tạo Giống có thời gian sinh trưởng trung ngày vỏ

hạt tía và phù hợp với vùng trồng ở Yun-Chia-Nan (Chen et al.,, 2011)

Thái Lan chọn tạo thành công giống ngô nếp tím lai Fancy111, giống được nhập vào Việt Nam, cung ứng cho các địa phương sản xuất từ tháng 10-2011 và được phân phối độc quyền bởi công ty TNHH Advanta Đây là giống ngô có chất lượng ngon, hạt ngô tươi dẻo, ngọt, độ đồng đều bắp cao; khả năng chống sâu bệnh tốt và có thể trồng được các vụ trong năm Điểm đặc biệt của giống ngô này là màu sắc hạt tím thuần và được quy định bởi sắc tố Anthocyanin- một hợp chất rất có lợi cho sức khỏe (Nguyễn Thị Kim Liên, 2014)

Các kết quả nghiên cứu trên đây cho thấy, nghiên cứu, chọn tạo giống ngô nếp năng suất, chất lượng và giàu anthocyanin tại Việt Nam hầu như chưa có Những giống đang có trong sản xuất hầu hết là giống nhập nội hoặc của các công ty nước ngoài sản xuất, cung cấp độc quyền với giá thành hạt giống rất cao, trong khi nhu cầu sử dụng giống ngày càng nhiều Từ thực tế

đó, nghiên cứu và chọn tạo thành công giống ngô nếp tím lai chất lượng cao

và giàu anthocyanin để cạnh tranh với giống nước ngoài, làm giảm giá bán hạt giống, đem lại lợi nhuận cho người trồng ngô là một vấn đề rất cần thiết đối với các nhà chọn tạo giống ngô ở Việt Nam

PHẦN 3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1 Vật liệu nghiên cứu

Vật liệu nghiên cứu gồm có 56 vật liệu ngô, trong đó có 45 vật liệu (NT1-NT45) là ngô nếp tím, 9 vật liệu (NT46-NT54) là ngô nếp trắng và

2 vật liệu ngô ngọt (Đ1, Đ2) Các dòng tự phối đưa vào nghiên cứu được

kế thừa từ chương trình thu thập và đánh giá, phát triển nguồn gen ngô của Viện Nghiên cứu và Phát triển cây trồng, Học viện Nông nghiệp Việt Nam

từ năm 2008 đến 2015

3.2 Thời gian, địa điểm và trình tự thực hiện các thí nghiệm nghiên cứu Nội dung

1 1 Đánh giá sàng lọc nguồn vật liệu dựa trên

kiểu hình, kết hợp tự phối làm thuần dòng

Thí nghiệm có 56 dòng tương ứng 56 công thức, nhắc lại 3 lần , bố trí khối ngẫu nhiên hoàn chỉnh (RCBD)

Xuân 2015

2 Nhận biết QTL điểu khiển tính trạng vỏ hạt

mỏng của 56 dòng ngô bằng chỉ thị phân tử SSR

Xuân 2015

3 Đánh giá đa dạng di truyền của 56 dòng

ngôlàm vật liệu khởi đầu , sử dụng chỉ thị SSR

Xuân 2015

2 4 Lai tạo THL đỉnh, kết hợp tự phối làm thuần

dòng: Gieo 18 dòng + hai cây thử

2015

5 Đánh giá khả năng kết hợp chung, kết hợp tự

phối làm thuần dòng: Gieo 36 THL và 18 dòng + hai cây thử

Thu Đông

2015

3 6 Phát triển dòng thuần bằng phương pháp tự

thụ phấn: gieo 9 dòng đã được chọn và tiếp tục tự thụ phấn

Xuân 2015 - Xuân 2016

7 Đánh giá các dòng tự phối, kết hợp duy trì

các dòng thuần: gieo 40 dòng x 3 lần nhắc lại

Xuân 2016

8 Phát triển dòng thuần từ 10 dòng ngô (6 dòng

ngô nếp trắng, 4 dòng ngô nếp tím có ns, hàm lượng anthocyanin cao nhưng độ Brix thấp chọn ra từ thí nghiệm 1) bằng phương pháp lai trở lại (để cải thiện độ ngọt) và tự phối:

Xuân 2015 - Xuân 2017

4 9 Lai diellel 9 dòng, tạo ra 36 tổ hợp lai Hè Thu 2016

10 Đánh giá các tổ hợp lai diellel: (36 THL+9

dòng bố mẹ)x3 lần nhắc lại

Thu Đông

2016

11 Thí nghiệm so sánh 15 tổ hợp lai ưu tú với

giống đối chứng FANCY111: tổng 16x3 lần nhắc lại

Xuân 2017

12 Đánh giá độ mỏng vỏ hạt của các THL ưu tú

bằng chỉ thị phân tử SSR của 15 THL

Xuân 2017

5 13 khảo sát 7 tổ hợp lai về khả năng thích ứng ở

các vùng sinh thái: (7THL+1 giống đối chứng)x3 lần nhắc lại

Đông 2017 - Xuân 2018

1, 2, 3,

4, 5

14 Phân tích hàm lượng anthocyanin của các vật

liệu ngô ở các thí nghiệm trên đồng ruộng

Xuân 2015 - Xuân 2018

3.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

1) Đánh giá sàng lọc nguồn vật liệu ngô nếp có các đặc điểm nông sinh học: năng suất, chống chịu sâu bệnh, chất lượng ăn uống tốt và giàu anthocyanin, đa dạng di truyền dựa trên kiểu hình, chỉ thị phân tử

2) Lai thử khả năng kết hợp chung (GCA) để chọn dòng có KNKH phát triển dòng thuần tạo giống lai

3) Phát triển dòng thuần ngô nếp bằng phương pháp tự thu phấn cưỡng bức và phương pháp lai trở lại kết hợp với tự thụ phấn cưỡng bức

4) Lai tạo, đánh giá khả năng kết hợp riêng SCA của các dòng thuần tự phối ưu tú và chọn lọc tổ hợp lai triển vọng

5) Thử nghiệm các tổ hợp lai triển vọng ở các vúng sinh thái đại diện cho các tỉnh phía Bắc Việt Nam là Đồng bằng Sông Hồng, Trung Du miền núi

và Bắc Trung Bộ

3.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.4.1 Phương pháp thí nghiệm đồng ruộng

Theo phương pháp của Gomez A.A, 1984 gồm thí nghiệm đánh giá dòng, tổ hợp lai và thí nghiệm so sánh

+ Thí nghiệm đánh giá dòng được thực hiện bố trí khối ngẫu nhiên hoàn chỉnh (RCBD) hai lần lặp lại, diện tích ô thí nghiêm 14m2, khoảng cách trồng 65 x 25 cm, ô thí nghiệm: 2,6x5m

+ Thí nghiệm đánh giá THL và so sánh THL bố trí khối ngẫu nhiên hoàn chỉnh (RCBD) ba lần lặp lại, diện tích ô thí nghiệm 14m2 (2,8x5m) khoảng cách trồng 70 x 25cm tương ứng với 5,7 vạn cây /ha

+ Thí nghiệm đánh giá tổ hợp lai ở một số điều kiện môi trường theo

phương pháp của Ketthaisong et al (2015) và Khampas et al (2015)

3.4.2 Phương pháp đánh giá đa dạng di truyền

Đánh giá đa dạng di truyền bằng chỉ thị phân tử SSR với 19 mồi được tham khảo lựa chọn từ cơ sở dữ liệu của ngô (Maize Genetics and Genomics Database) 2010 và do công ty Singapore | Sigma-Aldrich Inc cung cấp

3.4.3 Phương pháp phân tích hàm lượng anthocyanin

Phân tích hàm lượng anthocyanin theo phương pháp pH vi sai của Huỳnh Thị Kim Cúc và cs (2004)

3.4.4 Phương pháp đánh giá chất lượng sử dụng chỉ thị phân tử DNA

Thí nghiệm sử dụng chỉ thị phân tử SSR với các mỗi đặc hiệu đã được

các tác giả công bố (Park et al., 2013)

Các mồi cặp 2 phía của các QTL liên quan đến chất lượng ngô nếp gồm

các QTL điều khiển vỏ hạt mỏng, QTL điều khiển tổng hợp amylose trong

đó mồi phi027 cũng dò tìm gen điều khiển tổng hợp amylospectin ở ngô

nếp, QTL điều khiển hàm lượng đường glucose và sucarose

3.4.5 Phương pháp xác định độ Brix

Độ Brix: được xác định bằng dụng cụ đo Khúc xạ kế cầm tay và thời điểm đánh giá là giai đoạn hạt ngô chín sữa,

Vị trí lấy mẫu đo: tại 3 vị trí trên bắp ngô là đầu, giữa và cuối bắp ngô

3.4.6 Phương pháp đánh giá chất lượng cảm quan

Đánh giá chất lượng cảm quan gồm: độ ngọt, độ dẻo, hương vị và màu sắc bắp, hạt, lõi; bảng cho điểm theo Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia: QCVN 01-56-2011-BNNPTNT; UPOV (2010) và Park et al (2013)

3.4.7 Phương pháp xác định độ dày vỏ hạt

Độ dày vỏ hạt được đo bằng vi trắc kế tại 3 vùng khác nhau của hạt: Mặt trước hạt (mặt có phôi), mặt sau hạt (mặt không có phôi) và đỉnh hạt theo

phương pháp của Wolf et al (1969) Eunsoo Choe (2010) nghiên

cứu về ngô nếp đã đề xuất độ dày vỏ hạt thích hợp cho tiêu dùng ăn tươi từ 35 μm đến 60μm

3.4.8 Phương pháp phát triển dòng thuần

Phương pháp phát triển dòng thuần bằng tự thụ phấn cưỡng bức theo phương pháp của Shull, 1908; 1909, có cải tiến ở thế hệ tự phối thứ 5 trở đi khi dòng thuần quá yếu sử dung phương pháp half-sib để nâng cao sức sống

3.4.9 Phương pháp lai trở lại

Phương pháp lai trở lại theo Kendall R Lamkey et al (1994) Lai trở lại đến thế hệ thứ 6 và so sánh cho thấy quần thể lai trở lại phát triển dòng thuần ưu thế hơn tự thụ phấn cưỡng bức từ thế hệ F2

3.4.10 Phương pháp chọn dòng ưu tú theo mục tiêu

Đánh giá và chọn dòng ưu tú sử dụng phương pháp chọn lọc theo phương pháp của Hazel (1943), chọn lọc không ưu tiên với 10 tính trạng, cường độ chọn lọc 20%

3.4.11 Phương pháp thiết kế thí nghiệm lai thử khả năng kết hợp chung

Lai thử khả năng kết hợp chung (GCA) ở các thế hệ S3 đến S6 bằng phương pháp lai đỉnh

3.4.12 Phương pháp thiết kế thí nghiệm lai thử khả năng kết hợp riêng

Sử dụng phương pháp lai luân phiên, theo mô hình Griffing 4, 1956: Giá trị trung bình của F1 không bố mẹ, không thuận nghịch, số tổ hợp tạo ra là: 1/2P(P-1)=36 tổ hợp lai

3.4.13 Chỉ tiêu theo dõi thí nghiệm

Các chỉ tiêu theo dõi, đánh giá theo quy chuẩn Việt Nam QCVN 01-56 : 2011/BNNPTNT, gồm các nhóm chỉ tiêu chính sau:

+ Sinh trưởng phát triển: các 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 và yêu tố cấu thanh năng suất: Số bắp/cây, chiều dài bắp, đường kính bắp, số hàng hạt/bắp, số hạt/hàng Khối lượng 100 hạt, năng suất bắp tươi, năng suất lý thuyết, năng suất thực thu

+ Một số chỉ 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 nhất có ý nghĩa (LSD0,05)

+ Phân tích đa dạng bằng phương pháp nhóm không trọng số (UPGMA)

để nhận biết các kiểu gen ngô

+ Phân tích ổn định theo mô hình của Eberhart S A and Russel W A , 1966 + Phân tích khả năng kết hợp theo mô hình của 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 và NTSYSpc 2.0

PHẦN 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

4.1 ĐÁNH GIÁ VÀ CHỌN LỌC DÒNG TỰ PHỐI NGÔ NẾP

4.1.1 Kết quả chọn dòng ngô nếp tím ưu tú

Các dòng ngô được chọn có chất lượng ăn uống tốt biểu hiện ở hàm lượng anthocayanin cao (39,1-260,1 mg/100g), trong đó 8 dòng có hàm lượng anthocyanin >100 mg/100g là NT21, NT6, NT9, NT8, NT19, NT32, NT35 và NT38 Độ brix biến động từ 10,8-14,3%, chất lượng nếm thử về hương vị và độ mềm tốt (điểm 2-4) Các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất cao, với năng suất thực thu biến động từ 2,4-3,7 tấn/ha và năng suất bắp tươi đạt từ 3,8-6,1 tấn/ha Mười tám dòng ngô nếp tím trên là các vật liệu quý cho chọn tạo giống ngô nếp tím chất lượng, năng suất cao và được sử dụng cho các nghiên cứu tiếp theo