2.6.1. Cải thiện chất lượng ngô nếp bằng gen ngô đường
Các nhà chọn giống đã cải thiện được chất lượng ngô đường thành công qua chọn tạo các tính trạng có khả năng di truyền cao theo quy luật Menden. Những lý thuyết này cũng có thể được áp dụng để cải thiện chất lượng ngô nếp. Việc kết hợp tính trạng ngọt vào hạt ngô nếp đã không thành công do ảnh hưởng ức chế của gen quy định tính ngọt lên gen quy định tính dẻo của ngô nếp. Tuy nhiên, có thể kết hợp tính ngọt vào một bắp ngô nếp thế hệ F2. Trong hầu hết các đề tài chọn giống chỉ một hoặc hai gen quy định tính ngọt được sử dụng và độ ngọt đạt được thấp hơn ngô ngọt thông thường. Kết hợp gen su, sh2 và bt vào cá thể ngô nếp lai ngược có thể thu được bắp ngô nếp lai có độ ngọt tăng và cải thiện chất lượng về độ mịn trong một bắp từ đó đa dạng hóa sản phẩm ngô nếp (Creech, 1968; Simila et al.,2009).
Lertrat and Thongnarin (2008) ở trường Đại học Khon Kaen, Thái Lan đã tiến hành thí nghiệm để liên kết những gen trên vào thể nếp lai trở lại. Tuy nhiên hầu hết các nghiên cứu trước đây chỉ tập trung vào một hoặc hai gen đơn quy định độ ngọt được biết đến trước đó. Các giống có chứa các gen này có hàm lượng đường khác nhau và cũng khác với giống có chứa them các liên kết thông thường quy định độ ngọt. Simila và et al (2009) đã nghiên cứu tính trạng chất lượng thông qua thống kê đặc điểm thế hệ để xác định các gen ảnh hưởng đến hàm lượng đường (sucrose, glucose, fructose và đường tổng số) của hai tổ hợp ngô nếp lai (101su x 101bt và 101su x 216 sh2). Hàm lượng đường trong hạt được xác định ở thời điểm 21 ngày sau thụ phấn. Các số liệu được xử lý thống kê sinh hoc để xác định các gen ảnh hưởng. Tính trội lặn của các gen ảnh hưởng giải thích hầu hết sự di truyền hàm lượng đường, đường tổng số ở tất cả các tổ hợp lai. Gen có ảnh hưởng trội không hoàn toàn cho biết hàm lượng đường ở con lai
F1 không cao như bố mẹ chúng. Gen có ảnh hưởng cộng luôn liên kết với gen quy định độ ngọt. Kết quả cho thấy, lai ngược hoặc lai 3 là sự lựa chọn tốt nhất để cải thiện độ ngọt cho ngô nếp và sử dụng các gen liên kết cho kết quả tốt hơn các gen đơn. Đây là những thông tin rất hữu ích đối với chương trình chọn tạo giống nhằm cải thiện độ ngọt của ngô nếp.
2.6.2. Cải thiện chất lượng ngô nếp bằng cách tăng hàm lượng protein
Có một số phương pháp được đưa ra để cải thiện chất lượng protein ngô nếp. Nghiên cứu cải tạo chất lượng protein ngô nếp bằng dòng kích tạo đơn bội và sử dụng chỉ thị phân tử để kiểm tra sự có mặt của gen. Ngô chất lượng protein cao (QPM) cận nhiệt đới và á nhiệt đới được lai với ngô nếp địa phương. Các tổ hợp lai được tạo ra mà mang đặc điểm của cả bố và mẹ chứa đồng thời 2 gen wx và o2 sẽ được dung làm vật liệu để lai với dòng kích tạo đơn bội để tạo hạt đơn bội (hạt đơn bội đạt từ 9,6 – 13,3%). Sau đó xử lý colchicines ở giai đoạn mầm non để tạo dòng đơn bội kép. Mặc dù những dòng đơn bội kép này có thời gian phun râu kéo dài và tỷ lệ tái sinh thấp (<30%) so với dòng đơn bội, nhưng đây cũng là một nghiên cứu cho thấy khả năng áp dụng kỹ thuật này đối với tổ hợp lai nếp cận nhiệt đới và á nhiệt đới vào việc cải tạo dòng thuần chọn tạo giống (Nguyễn Thị Tuyến, 2016).
Stam et al. (2014) báo cáo cho rằng những dân tộc ít người ở Đông Nam Á sử dụng ngô nếp làm lương thực hàng ngày, nhưng trong ngô nếp thiếu một số amino axit cần thiết. Gần đây, nghiên cứu phối hợp các alen lặn wx và opaque2
để tăng gấp đôi chất lượng trong hạt ngô (w/o, amylopectin, protein cao), sự kết hợp này cần thực hiện lai chuyển gen vào nguồn vật liệu di truyền ngô nếp địa phương của dân tộc ít người. Các tác giả sử dụng hai dòng w/o có nền di truyền của Trung Quốc và Thái Lan lai với hai giống ngô nếp địa phương Việt Nam, hai giống địa phương của dân tộc ít người có chất lượng ăn uống tốt ký hiệu là WVN 3 và WVN 10. Thu hoạch và phân tích lại thời gian thu hoạch cho ăn tươi và giai đoạn chín sữa các con cái F2 của w/o WVN 3 đồng đều bắp đã bóc lá bi như với ngô nếp lai thương mại và 40% của 10 con cái F2 với giống WVN 10. Trong tổ hợp lai WVN 3 và F2 lại trở lại với WVN3, tất cả bắp đã bóc lá bi w/o đồng đều về chất lượng ăn uống và hàm lượng protein; nhưng năng suất bắp và hàm lượng tryptophan cao nhất ở tổ hợp lai đỉnh. Các tác giả cho rằng nguồn vật liệu di truyền chất lượng cao hiện có như là một nguồn QPM của dân tộc ít người. Tổ hợp lai nguồn dòng w/o hướng đến cân bằng chất lượng protein khi lai với giống
địa phương, nhưng các tổ hợp lai năng suất cao chỉ ra rằng đây là nguồn tiềm năng cho tạo giống ngô lai QPM thương mại ở Đông Nam Á (Nguyễn Thị Tuyến, 2016).
2.6.3. Cải thiện tính trạng vỏ mỏng để nâng cao chất lượng ngô nếp
Vỏ mỏng là mục tiêu chọn lọc cải tiến hạt mềm ở ngô đường (Ito and Brewbaker, 1981), khả năng nổ lớn hơn đối với ngô nổ, và tỷ lệ hạt khô. Vì thế vỏ mỏng cũng là mục tiêu chủ yếu chọn cải tiến ngô nếp ăn tươi mềm hơn. Trên cơ sở những nghiên cứu ở ngô đường lai và xác định độ dày vỏ ở ngô nếp lai trong nghiên cứu này đề xuất độ dày vỏ thích hợp cho tiêu dung ngô nếp ăn tươi từ xấp xỉ 35µm đến 60µm. Thành phần chính là chất xơ ngô, không lên men trong sản xuất ethanol truyền thống. Vì vậy, hiểu biết về mối quan hệ di truyền độ dày vỏ giữa các vùng khác nhau của hạt và đánh giá di truyền độ dày vỏ có thể giúp chương trình chọn lọc ngô nếp vỏ mỏng thiết kế để tăng hiệu xuất ethanol. Độ dày vỏ biến động rất lớn từ 35µm ở ngô đường mềm đến 200µm ở ngô răng ngựa Corn Belt. Có hạt hay đổi hình thái góp vào phương sai độ dày vỏ là: số lớp tế bào vỏ, độ dày khác nhau của vỏ hai mặt hạt và độ dày vách tế bào vỏ (Ito and Brewbaker,1991).
Ngô nếp ăn tươi phổ biến ở các nước Châu Á, trong đó có Việt Nam. Chọn lọc vỏ hạt mỏng để nâng cao độ mềm trong chọn tạo giống ngô nếp ăn tươi đang được các nhà tạo giống quan tâm. Nghiên cứu đã đánh giá 48 dòng, giống ngô nếp địa phương để nhận biết nguồn vật liệu di truyền có tính trạng vỏ hạt mỏng phục vụ chọn tạo giống ngô nếp chất lượng cao. Thí nghiệm đồng ruộng thực hiện trong vụ thu đông năm 2012 tại Gia Lâm, Hà Nội với 2 lần lặp lại đã xác định 48 dòng, giống có các đặc điểm nông sinh học như thời gian sinh trưởng, chiều cao cây, màu sắc hạt và các đặc điểm khác phù hợp với chọn tạo giống ngô nếp. Độ dày vỏ hạt của 48 dòng giống được đo bằng vi trắc kế và đã xác định được các dòng, giống có độ dày vỏ hạt biến động từ 51 đến 118 μm, trong đó có 6 dòng, giống có độ dày vỏ hạt phù hợp theo nghiên cứu của Eunsou Choe 2010 là D27, D14, D22, D34, D35 và D36, trong đó D27 độ dày vỏ hạt là 51,6 μm. Sử dụng marker phân tử SSR nhận biết được 28 mẫu có chứa QTL điều khiển tính trạng vỏ hạt mỏng. Trên cơ sở đánh giá kiểu hình và marker phân tử, đã chọn ra được 6 dòng, giống ưu tú nhất là D14, D22, D27, D47, D36 và D44 có đặc điểm nông sinh học và vỏ hạt mỏng phù hợp để khuyến cáo cho chương trình chọn tạo giống ngô nếp ăn tươi chất lượng cao ở Việt Nam. (Trần Thị Thanh Hà và cs., 2013).
2.6.4. Màu sắc hạt ảnh hưởng đến chất lượng của ngô nếp
Các tác giả đầu tư nghiên cứu cơ bản về các chất carotenoids, anthocyanins, phenolics, và chất khàng oxy hóa antioxidant của 3 dạng ngô nếp có màu hạt khác nhau (trắng, vàng và đen) trong thời gian chín, cũng như ngô vàng thường làm đối chứng. Kết quả cho thầy ngô nếp đen có chất lượng anthocyanis, phenolics và chất khàng oxy hoa antioxidant cao nhất, ngô nếp vàng liên quan đến số lượng carotenoids lớn nhất, ngô trắng có hàm lượng carotenoids, anthocyanins, phenolics và chất kháng oxy hóa thấp nhất. Để mỗi loại ngô có hàm lượng carotenoids cao hơn nên tìm ở giai đoạn M2 (không có sai khác lớn giữa giai đoạn M1 và M2 ở ngô vàng). Hàm lượng anthocyanin và phenolics giảm ở ngô trắng và ngô vàng, trái ngược với ngô nếp đen trong thời gian chín. Hàm lượng chất kháng oxy hoa antioxidant xác định bằng máy quét Scavenging 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl (DPPH), máy giảm năng lượng oxy hóa sắt (the ferric reducing antioxidant power (FRAP), và máy Trolox equivalent antioxidant capacity (TEAC) đánh giá tăng lên với quá trình chín, nhưng không nhận biết sự sai khác giữa M2 và các giai đoạn chín của ngô vàng và ngô nếp đen. Ngô trắng DPPH đầu tiên tăng sau đó giảm, trong khi xác định antioxidant bằng TEAC FRAP giảm trong quá trình chín. Sự khác nhau của các thông số chỉ ra rằng các dạng ngô và thời gian thu hoạch ảnh hưởng có ý nghĩa đến đặc tính chức năng của ngô nếp (Qing – ping and Jian – guo, 2011).
Nghiên cứu đặc tính oxy hóa và chống ung thư của anthocyanin được thực hiện chủ yếu ở ngô nếp thường, tạo ra sự thu hút của thị trường thực phẩm dinh dưỡng và thực phẩm chức năng. Các hạt và lõi ngô tía được sử dụng chế biến chất kháng oxy hóa và phẩm màu tuyệt vời. Vì vậy chọn tạo giống ngô nếp có hàm lượng anthocyanin vô cùng quan trọng. Năng suất cao vẫn là mục tiêu cơ bản của hầu hết các chương trình tạo giống ngô. Kháng côn trùng, cứng cây, đồng đều, chất lượng hạt và chín sớm cũng là mục tiêu cơ bản của chương trình chọn tạo giống ngô nếp. Ngày nay hầu hết các giống ngô là giống lai, nhưng những giống ngô nếp ở châu Á vẫn là giống thụ phấn tự do (OPVs). Do vậy chọn lọc cải tiến giống thụ phấn tự do là một tiền năng lớn như là nguồn vật liệu di truyền cho phát triển giống lai. Giống OPVs có năng suất cao hoặc thích nghi tốt.(Nguyễn Thị Tuyến, 2016).
Nghiên cứu đánh giá và chọn lọc các dòng ngô nếp tím tự phối đời S3 đến S6 tốt nhất có năng suất hạt, năng suất bắp tươi thương phẩm, hàm lượng anthocyanin cao, chất lượng ăn uống tốt và đặc điểm nông sinh học phù hợp.
Những dòng nghiên cứu phát triển từ nguồn gen trong nước và nhập nội. Số liệu kiểu hình thu thập trong thí nghiệm đồng ruộng gồm các đặc điểm sinh trưởng phát triển, năng suất, yếu tố cấu thành năng suất, năng suất bắp tươi thương phẩm. Phân tích hàm lượng anthocyanin bằng phương pháp pH vi sai, độ dày vỏ hạt đo bằng vi trắc kế, hàm lượng đường bằng máy đo độ brix, đánh giá chất lượng ăn uống độ mềm, độ đậm bằng thử nếm. Chọn lọc dòng ưu tú dựa trên chỉ số chọn lọc mô hình cây lý tưởng với 12 tính trạng. Kết quả đã chọn được 18 dòng ưu tú nhất cho nghiên cứu tiếp theo. Các dòng này có hàm lượng anthocyanin cao từ 22,4 đến 260,10 µg/L, năng suất hạt từ 2,0 đến 3,5 t/ha và năng suất bắp tươi thương phẩm từ 3,8 đến 6,4 t/ha, chất lượng ăn uống tốt và đặc điểm nông sinh học phù hợp để tiếp tục tự phối phát triển dòng thuần cho tạo giống ngô nếp tím ưu thế lai. Nghiên cứu cũng cung cấp thông tin đầu tiên về hàm lượng anthocyanin trong nguồn gen ngô nếp tím ở Việt Nam (Pham Quang Tuan và cs., 2016).
2.7. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ CHỌN TẠO GIỐNG NGÔ NẾP TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM
2.7.1. Tình hình nghiên cứu và chọn tạo giống ngô nếp trên thế giới
Ngô nếp được trồng nhiều nhất ở Mỹ, nhưng phần lớn diện tích được trồng ở miền trung Illinois và Indian, phía bắc của Iowa, phía nam của Minnesota và Nebraska (US. Grains Council, 2001). Ở bang Ohio việc chọn lọc giống lai của những dạng ngô đặc biệt rất phức tạp vì thiếu những dạng ngô làm đối chứng. Cả 2 dạng giống lai có hàm lượng lizin cao và ngô nếp đã được đưa ra những năm qua nhưng không có số liệu về amyloza cao và dầu cao. Tiềm năng năng suất hạt của những giống lai đặc biệt này nhìn chung là thấp hơn so với ngô tẻ. Những giống nếp lai mới đã được báo cáo là có khả năng cạnh tranh hơn với giống răng ngựa về năng suất.
Theo thông tin từ hội nghị ngô châu Á lần thứ 9 tại Bắc Kinh – T9/2005, Trung Quốc đã tạo ra khá nhiều giống ngô nếp lai cho năng suất cao và chất lượng tốt. Ví dụ: Giống nếp lai đơn màu trắng JYF 101, cho năng suất trung bình 150 tạ bắp tươi/ha; giống nếp lai đơn màu tím Jingkenou 218, năng suất khoảng 120 tạ bắp tươi/ha; giống ngô nếp trắng Jingkenou 2000 năng suất trung bình trên 130 tạ bắp tươi/ha; giống ngô nếp lai đơn tím trắng Jingtianzihuanuo và giống ngô nếp trắng lai đơn Yahejin 2006, cho năng suất tới 200 tạ bắp tươi/ha...(Beijing Maize Reseach Center, 2005).
Ngô nếp được sử dụng làm lương thực và thức ăn chăn nuôi gia súc, gia cầm. Khi nấu chín có độ dẻo, mùi vị thơm ngon. Nó có giá trị dinh dưỡng cao, bởi tinh bột của nó có cấu trúc đặc biệt, dễ hấp thụ hơn so với tinh bột của ngô tẻ. Có khá nhiều báo cáo về những kết quả đạt được trong chăn nuôi cho cả động vật thường và động vật nhai lại (Fergason, 1994). Một số thử nghiệm ở Mỹ đã chỉ ra rằng, bò đực non lớn nhanh hơn khi được nuôi bằng ngô nếp (US.Grains Council). Một trong những nguyên nhân dẫn đến hiệu quả trên là do trong ngô nếp có hàm lượng các axitamin không thay thế như lyzin và triptophan cao (Grawood, 197; Brewbaker, 1998).
Ngô nếp được dùng vào các mục đích khác nhau: ăn tươi, đóng hộp, chế biến tinh bột... Nhìn chung, có 2 cách sử dụng chính: Làm thực phẩm và chế biến tinh bột. Ở Mỹ và các nước phát triển, phần lớn sản lượng ngô nếp được dùng để chế biến tinh bột. Người ta chế biến tinh bột ngô nếp bằng cách xay ướt để dùng trong công nghiệp chế biến thực phẩm, keo dán, chất hồ dính, công nghiệp dệt, công nghiệp giấy, lên men sản xuất cồn và chuyển thành đường Fructo, chế sirô ... Tinh bột ngô nếp còn được sử dụng như một dạng sữa ngô làm đồ gia vị cho món salad. Phạm vi sử dụng tinh bột ngô nếp ngày một phát triển, nhờ những tính chất đặc biệt của nó (Brewbaker, 1998)
Tại Hội thảo làm vườn quốc tế lần thứ 27 năm 2006, các nhà khoa học Lertrat, Thongnarin đã công bố một phương pháp tiếp cận mới cải thiện chất lượng ăn uống của các giống ngô nếp địa phương. Theo kktacs giả ngô nếp Waxy hoặc glutinous corn (Zea mays L. Var. Ceratina), là một đột biến từ ngô rau đã tìm thấy ở Trung Quốc năm 1909, nó được sản xuất thương mại ở Thái Lan và nhiều nước khác ở Châu Á. Các giống ngô nếp địa phương thụ phấn tự do rất nhiều loại khác nhau về độ lớn bắp, dạng bắp, màu sắc hạt và chất lượng ăn uống. Chính vì thế có thể phát triển giống ngô ưu thế lai với chất lượng tốt. Một chương trình chọn giống ngô nếp ưu thế lai đã được phát triển nhằm tạo ra giống ngô nếp ưu thế lai có chất lượng tốt như chất lượng ăn uống, màu sắc hạt, kích thước bắp tại Trung tâm tạo giống cây trồng cho phat triển nông nghiệp bền vững từ năm 2001. Các giống ngô nếp địa phương của Thái Lan và Trung Quốc cùng các giống ngô siêu ngọt của Thái Lan và Mỹ đã được sử dụng để phát triển quần thể. Đã tạo dòng tự phối và khả năng kết hợp nhằm tạo giống ngô lai đơn. Hai tổ