CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.4. Cây ngô và vấn đề chịu hạn
Ngô là cây lương thực quan trọng đối với nền kinh tế toàn cầu, có tiềm năng năng suất cao và được trồng phổ biến ở nhiều nước. Trên thế giới, ngô chỉ đứng thứ ba về diện tích sau lúa mì và lúa nước nhưng ngô lại dẫn đầu về năng suất và sản lượng. Bên cạnh đó, ngô còn là cây điển hình được ứng dụng nhiều thành tựu khoa học về các lĩnh vực di truyền học, chọn giống, công nghệ sinh học,… vào công tác nghiên cứu và sản xuất (Ngô Hữu Tình, 2009). Theo USDA dự đoán, sản lượng ngô ước tính sẽ đạt 1,011 tỷ tấn trong niên vụ 2016/2017, tăng 9,58% so với niên vụ 2015/2016 (968,85 triệu tấn) (USDA-FAS, 2017).
Bảng 1.1: Sản lượng ngô trên toàn thế giới qua các niên vụ 2011/2012 – 2016/2017
Niên vụ Sản lượng (tấn) 2016/2017 1,011,068,000 2015/2016 968,855,000 2014/2015 1,013,462,000 2013/2014 990,790,000 2012/2013 869,735,000 2011/2012 889,782,000 (Nguồn: FAS/USDA, 2017) Quan sát sản lượng ngô trên thế giới qua các niên vụ (bảng 1.1), chúng ta có thể nhận thấy rằng sản lượng ngô trên thế giới tăng qua các niên vụ từ 2011/2012 đến 2014/2015 và đến niên vụ 2014/2015 đã đạt hơn 1 tỷ tấn. Có được kết quả trên, trước hết là nhờ ứng dụng rộng rãi giống ngô biến đổi gen và giống ngô lai, đồng thời không ngừng cải thiện các biện pháp kỹ thuật canh tác. Tuy nhiên, trong năm 2015/2016, sản lượng ngô đã bị giảm đi 9.55%. Nguyên nhân chính được cho là do tình trạng hạn hán diễn ra tại các nước sản xuất ngô.
Ở ngô, hạn hán gây ảnh hưởng đến toàn bộ chu trình sống. Tỷ lệ nảy mầm, tốc độ nảy mầm, hình thành cây con và sức sống của cây con bị hạn chế do hạn hán ở giai đoạn phát triển sớm. Khi bị thiếu nước, cây ngô biểu hiện một loạt các đặc điểm như toàn bộ thân và lá sẽ chuyển từ màu xanh sang màu xanh xám, các lá có hiện tượng cuộn lại, khí khổng đóng, quang hợp giảm, giảm cố định carbon qua đó sinh trưởng bị chậm lại. Giai đoạn sinh sản của ngô cũng bị hạn chế do hạn hán. Sự phát triển của cờ và bắp, quá trình thụ phấn, sự phát triển của phôi, sự phát triển của nội nhũ và hạt bị ảnh hưởng nặng nề bởi stress hạn. Nếu cây gặp hạn trước khi ra hoa 7 – 10 ngày, sự phát triển của bắp sẽ chậm hơn cờ, do đó quá trình phu râu sẽ chậm hơn sự tung phấn, điều này dẫn đến khả năng thụ phấn thấp. Nếu hạn nặng ở giai đoạn ra hoa có thể dẫn đến việc mất hoàn toàn bắp và làm mất năng suất (Chapman, Edmeades, 1999). Nếu hạn xảy ra trong thời gian tạo hạt, bắp ngô sẽ ít hàng hạt, và các hàng không có nhiều hạt (Edmeades et al., 2000). Như vậy, hạn hán dù ngắn hay dài, dù nặng hay nhẹ cũng đều ảnh hưởng không nhỏ đến sản lượng và năng suất của ngô.
Các cơ chế chống chịu khác nhau đã được phát triển ở ngô giống như các cây trồng khác, cho phép chúng tồn tại một cách hiệu quả trong điều kiện hạn hán. Thoát hạn, tránh hạn và chịu hạn là các cơ chế khác nhau của thực vật làm việc trong điều kiện hạn hán. Các giống ngô thoát hạn điều chỉnh đời sống của chúng hoàn thành trước khi bắt đầu hạn hán và các giống ngô tránh hạn tránh không bị hạn bằng cách giảm tổn thất nước hoặc tăng lượng nước hấp thụ. Các giống ngô chịu hạn duy trì sự tăng trưởng và phát triển của chúng cùng với năng suất hạt trong điều kiện hán hán.
Do nhu cầu về ngô ngày càng tăng và tình trạng khan hiếm nước ngày càng trầm trọng, cần phải nâng cao mức độ chịu hạn đối với cây ngô. Các nhà khoa học và người nông dân có thể sử dụng nhiều phương thức khác nhau để làm tăng khả năng sống sót của trồng trong điều kiện hạn hán. Các chiến lược khác nhau đã được sử dụng để cải thiện khả năng chống lại stress hạn hán của ngô như: chiến lược quản lý và chiến lược sinh học. Các chiến lược quản lý bao gồm việc sử dụng nguồn tài nguyên nước hợp lý và áp dụng các biện pháp nông học tiết kiệm nước. Các chiến lược sinh học được ưa thích hơn các chiến
lược quản lý do hiệu quả kinh tế lâu dài. Cách tiếp cận sinh học được thực hiện dưới nhiều hình thức khác nhau như phương pháp lai tạo giống truyền thống và phương pháp sử dụng công nghệ gen. Các giống ngô lai chịu hạn được trồng thực tế ở nhiều nước châu Phi. Với nghiên cứu chuyển gen chịu hạn cho ngô thì năm 2013, Monsanto đã công bố giống ngô chuyển gen chịu hạn đầu tiên DroughtGard MON 87460, chứa gen shock lạnh (CspB) được phân lập từ Bacillus subtillis. Ngoài ra, gen HVA1 và mtlD dưới sự điều khiển của promoter Act1 ở cây ngô chuyển gen đã cho thấy sự cải thiện khả năng chịu hạn và chịu mặn (Nguyen
et al., 2013). Một số gen mã hóa cho các protein tham gia vào chuyển hóa đường và tổng hợp các hợp chất phản ứng cũng đã được phân lập từ vi khuẩn như glutamate dehydrogenase (gdhA); choline dehydrogenase (betA) từ E.coli, trehalose synthase (TPS)
của vi sinh vật cũng đã được chuyển vào hệ gen ngô nhằm nâng cao tính chịu hạn của cây và đã thu được những kết quả khả quan (Chun-lin et al., 2011; Lightfoot et al., 2007; Quan
et al., 2004). Gần đây, nhóm nghiên cứu của Zou đã công bố một nghiên cứu chuyển gen
AtCBF4 – một yếu tố phiên mã không phụ thuộc ABA- nhằm nâng cao tính chịu hạn của cây ngô và đã đạt được hiệu quả tích cực khi biểu hiện bằng promoter cảm ứng hạn RD29A
(Zou et al., 2014). Ở Việt Nam, nghiên cứu tạo các dòng ngô chịu hạn đang được đầu tư và tập trung nghiên cứu. Nhóm nghiên cứu của Bùi Mạnh Cường đã xác định được một số chỉ thị SSR liên kết với các gen chịu hạn và một số chỉ thị liên quan đặc tính chịu hạn ở ngô (Bùi Mạnh Cường, 2007). Theo báo cáo của Lương Văn Vàng (2012), đã lựa chọn được một số dòng ngô chịu hạn tốt, thích ứng rộng, năng suất khá và ổn định: VS36, H119, VS71 và CN11-2. Các giống ngô lai LVN61, LVN14 và VN8960 phát triển tốt trong điều kiện hạn và có năng suất cao (Nguyễn Đức Thuận et al., 2008). Dựa trên đánh giá kiểu hình và maker phân tử, nhóm nghiên cứu Phan Đức Thịnh đã chọn ra được 5 dòng TP17, TP12, TP2, TP5 và TP4 ưu tú là những dòng phát triển từ giống ngô địa phương Việt Nam có thể sử dụng để lai thử khả năng kết hợp chọn tạo giống ngô lai chịu hạn (Phan Đức Thịnh et al., 2013).