Năng suất cây trồng là kết quả của sự tương tác giữa kiểu gen và môi trường, là tổng hợp của nhiều yếu tố cấu thành, trong có yếu tố phụ thuộc chủ yếu vào kiểu gen và tương đối ổn định như số hàng hạt, có yếu tố phụ thuộc nhiều vào điều kiện môi trường, điều kiện canh tác như chiều dài bắp, đường kính bắp, số hạt/hàng,...
Theo CIMMYT, đối với thí nghiệm đánh giá khả năng chịu hạn ở ngô trong điều kiện hạn có kiểm soát, năng suất thực thu là tính trạng mục tiêu cần được xác định. Qua đánh giá và khảo sát 12 tổ hợp lai đỉnh (6 tổ hợp lai được tạo ra từ các dòng chuyển gen và 6 tổ hợp lai được tạo ra từ các dòng nền) trong điều kiện hạn có kiểm soát, kết quả cho thấy:
Năng suất của 12 tổ hợp lai tham gia thí nghiệm dao động từ 18,44 - 39,61 tạ/ha, trong đó năng suất của các tổ hợp lai D3 x NT (39,61 tạ/ha), D21 X NT (38,94 tạ/ha), D3 X H (38,48 tạ/ha) và D21 X H (35,91 tạ/ha) cho năng suất cao hơn các tổ hợp lai mang gen chịu hạn và cao hơn có ý nghĩa so với THL nền tương ứng ở mức độ tin cậy 95%. Trong đó THL D3 x H; D21 x NT và D21 x H là tổ hợp lai cho năng suất vượt THL nền cao nhất lần lượt 11,4; 9,7 và 10,0 tạ/ha tương đương 33 – 42%.
57
Bảng 4.20. Năng suất của các tổ hợp lai trong điều kiện hạn-Vụ Hè Thu 2019 STT THL 1 D3 x NT 2 C436 x NT (nền) 3 D14 x NT 4 C7N x NT (nền) 5 D21 x NT 6 V152 x NT (nền) 7 D3 x H 8 C436 x H (nền) 9 D14 x H 10 C7N x H (nền) 11 D21 x H 12 V152 x H (nền) LSD0,05 CV (%)
Qua thí nghiệm đánh giá khả năng chịu hạn của các tổ hợp lai trong điều kiện hạn có kiểm soát ở vụ Hè Thu 2019, năng suất của các tổ hợp lai được tạo ra từ dòng chuyển gen cao hơn có ý nghĩa ở mức độ tin cậy 95% so với các tổ hợp lai được tạo ra từ dòng nền, đó là 3 tổ hợp lai D21 x NT, D3 x H và D21 x H. Kết quả này, cho thấy gen chuyển vào cây ngô đã giúp nâng cao khả năng chịu hạn của các tổ hợp lai nền so với nền di truyền ban đầu của chúng. Đây là mục tiêu của nghiên cứu chuyển gen chịu hạn vào các nguồn vật liệu ưu tú, là một hướng đi có nhiều triển vọng.
Bảng 4.21. Các tổ hợp lai chuyển gen được chọn trong điều kiện hạn vụ Hè Thu 2019
Năng suất (tạ/ha) ASI(ngày)
Thời gian sinh trưởng(ngày)
Tốc độ già hoá bộ lá (LSE 3) (điểm)
Tỷ lệ đổ rễ (%) Tỷ lệ gãy thân (%) Tỷ lệ bắp/cây (%)
Ghi chú: LSE _3: Độ già hoá bộ lá sau thụ phấn 15 ngày
PHẦN 5. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 5.1. KẾT LUẬN
- Dòng D3 và D21 chuyển gen thể hiện khả năng chịu hạn cao hơn ở các chỉ tiêu theo dõi so với dòng nền C436 và V152. Dòng chuyển gen D14 không thể hiện rõ khả năng chịu hạn cao hơn so với dòng nền tương ứng ở mức có ý nghĩa.
- Trong điều kiện hạn, hàm lượng proline, chlorophyll trong lá, hàm lượng đạm tổng số và hydrat cacbon không cấu trúc trong các dòng chuyển gen đều tăng từ 2 đến 3 lần so với dòng nền. Trong đó, tăng mạnh nhất là dòng D3 và thấp nhất là sự kiện D14.
- Trong điều kiện không xử lý hạn, không có sự khác biệt về đặc điểm nông sinh học và các chỉ tiêu được theo dõi của các dòng ngô chuyển gen và dòng nền. Trong điều kiện 14 ngày gây hạn nhân tạo, các dòng ngô chuyển gen
ZmDREB2A thể hiện tính chịu hạn tốt hơn dòng ngô nền về các chỉ tiêu như chiều dài thân lá, chiều cao cây, chiều cao đóng bắp, chiều dài cờ, số nhánh cờ cấp một, các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất.
- Dòng D21 chuyển gen đạt năng suất cao hơn 9.3 tạ/ha so với dòng nền V152 không chuyển gen. Dòng D3 đạt năng suất 18.2 tạ/ha cao hơn so với dòng nền C436 là 3.9 tạ/ha.
- Các THL chuyển gen thể hiện các tính trạng chiều cao cây, tốc độ già hóa và khả năng chống chịu cao hơn so với các THL nền. Thời gian sinh trưởng của các THL tham gia thí nghiệm không có sự sai khác có ý nghĩa tuy nhiên khoảng cách tung phấn phun râu của cá THL chuyển gen ngắn hơn so với THL nền.
- Năng suất của các tổ hợp lai được tạo ra từ dòng chuyển gen cao hơn so với các tổ hợp lai được tạo ra từ dòng nền.
- Xác định được 3 tổ hợp lai D21 x NT, D3 x H và D21 x H thể hiện khả năng chịu hạn cao hơn THL nền tương ứng. Kết quả này, cho thấy gen chuyển vào cây ngô đã giúp nâng cao khả năng chịu hạn của các tổ hợp lai nền so với nền di truyền ban đầu của chúng.
5.2. ĐỀ NGHỊ
Tiếp tục đánh giá 2 nguồn dòng chuyển gen D3 và D21 ở các điều kiện gây hạn khác nhau và ở các giai đoạn sinh trưởng phát triển khác nhau trên cơ sở sử dụng 2 dòng chuyển gen này làm nguồn vật liệu phục vụ công tác tạo giống ngô chuyển gen chịu hạn.
59
Tiếp tục đánh giá 3 THL chuyển gen D21 x NT, D3 x H và D21 x H nhằm phát triển THL ưu tú cho hiệu quả cao nhất đáp ứng các chỉ tiêu đăng ký khảo nghiệm đối với cây trồng biến đổi gen.
60
TÀI LIỆU THAM KHẢO
ADB (2009), "Economics - Climate - Change." Asian Development Bank
Banziger, M., Edmeades, G.O., Beck, D. & Bellon, M. (2000). Breeding for drought and nitrogen stress tolerance in maize: From theory to practice. Mexico, D.F.: International Maize and Wheat Improvement Centre (CIMMYT).
Bohnert HJ & Cushman JC (1996) Transcriptional activation of CAM genes during development and environmental stress. In: Winter K &Smith JAC (eds) Crassulacean Acid Metabolism, Biochemistry, Ecophysiology and Evolution, Vol 114, pp 135-158. Springer-Verlag, Berlin.
Bolaños, J. & G. O. Edmeades (1996), "The importance of the anthesis-silking interval in breeding for drought tolerance in tropical maize." Field Crops Research. 48(1): 65-80.
Bolaños, J., G. O. Edmeades., & L. Martinez (1993) “Eight cycles of selection for drought tolerance inlowland tropical maize”. III. Responses in drought-adaptive physiological and morphological traits. Field Crops Research 31:269-286
Bộ Tài nguyên và Môi trường (2007). "50 năm nữa Việt Nam sẽ bị thiếu nước trầm trọng" Bộ Tài nguyên và Môi trường (MONRE).
Cairns, J. E., Crossa, J., Zaidi, P. H., Grudloyma, P., Sanchez, C., Araus, J. L., ... & Menkir, A. (2013). Identification of drought, heat, and combined drought and heat tolerant donors in maize. Crop Science, 53(4), 1335-1346.
Camacho, R. G & Caraballo, D.F., (1994). “Evaluation of morphological characteristics in Venazuelan maize (Zea mays L.) genotypes under drought stress” Sci. Agri., piracibaca, 51(3):453-458, set./dez. 1994.
CIMMYT & IBPGR –ROME (1991). Hướng dẫn mô tả nguyên liệu ngô (Lê Quý Kha dịch). Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật, Hà Nội, Việt Nam,
CIMMYT (2004) “Insect resistant maize for Africa: IRMA in 2004 briefs. Centro Internacional de Mejoramiento de Maíz y Trigo (CIMMYT). KARI. CIMMYT. Series: IRMA Project Document.
Cooper M., F. van Eeuwijk, S.C. Chapman, D.W. Podlich and C. Loeffler (2006), "Genotype-by-environment interactions under water-limited conditions" Edited by J.-M. Ribaut. In: Drought adaptation in cereals. Haworth, NY: 51-96.
Chen, Z. -Y., Cleveland, T. E., Brown, R. L., Bhatnagar, D., Cary, J. W., & Rajasekaran, K. (2002). “Corn as a source of antifungal genes for genetic engineering of crops for resistance to aflatoxin contamination”. In Crop Biotechnology (Eds. K. Rajasekaran, J. W. Finley, & T. J. Jacks), ACS Symposium Series No. 829, American Chemical Society, Washington, DC, pp. 131-150.
61
Chutipaijit. S., S. Cha-Um & K. Sompornpailin (2008) “Differential accumulations of proline and flavonoids in indica rice varieties against salinity”. Pakistan Journal ofBotany 41(5).
Dubouzet, J. G., Sakuma, Y., Ito, I., Kasuga, M., Miura, S., Seki, M., Shinozaki, K & Yamaguchi-Shinozaki, K. (2003). "OsDREB genes in rice, Oryza sativa L., encode transcription activators that function in drought‐, high‐salt‐and cold‐responsive gene expression." The Plant Journal 33(4): 751-763.
Dương Đình Tường (2011). Sản xuất ngô bền vững vùng Tây Bắc. Truy cập từ http://nongnghiep.vn ngày 08/09/2011.
Dương Thị Loan, Trần Thị Thanh Hà, Vũ Thị Bích Hạnh & Vũ Văn Liết (2014), "Ðánh giá khả năng chịu hạn của các dòng tự phối và tổ hợp lai ngô nếp" Tạp chí Khoa học và Phát triển. 12(8): 202 - 212.
Đặng Trọng Lương (2001). “Nghiên cứu áp dụng kỹ thuật chuyển gen nhờ vi khuẩn Agrobacterium tumerfacien nhằm góp phần tạo vật liệu chọn giống bắp cải kháng sâu ở Việt Nam”. Luận án tiến sĩ nông nghiệp. 9-13.
Đoàn Thị Bích Thảo, Nguyễn Xuân Thắng, Nguyễn Thị Thu Hoài, Tạ Thị Thuỳ Dung, Lê Công Tùng, Bùi Mạnh Cường & Nông Văn Hải (2016). “Biến nạp gen chịu hạn ZmDREB2A vào một số nguồn vật liệu ngô Việt Nam thông qua vi khuẩn Agrobacterium”, Tạp chí KHCNNN số 3-2016
Edmeades G.O. (2013). "Progress in Achieving and Delivering Drought Tolerance in Maize - An Update" Published by: The International Service for the Acquisition of Agri-biotech Applications (ISAAA). 1 - 32
Edmeades. G.O, J. Bolanos, A. Elings, J.-M. Ribaut & M. Banziger (2000). “The role and regulation of the anthesis-silking interval in maize. Physiology and modeling kernel set in maize”, (physiologyandmo): p. 43-73.
Efeoglu, B., Y, Ekmekci & N, Cicek (2008) “Physiology responses of three maize cultivars to drought stress & recovery”. South African Journal of Botany 75(1):34-42
FAOSTAT (2017). The state of food and agriculture, ISBN 987-92-5-109873-8.
Fischer. T, D. Byerlee & G. Edmeades (2014). “Crop yields and Global food security”. (Eds). Will yield increase continue to feed the world? The Australian Centre for International Agricultural Research (ACIAR), GPO Box 1571, Canberra ACT 2601, Australia, aciar@aciar.gov.au, GRDC_Grains Research & Development Corporation. 158: 1-26; 181-237.
62
Foreign Agricultural Service, United States Department of Agriculture (February/2019). World Agricultural Production. Avalable at https://www.fas.usda.gov/data/world- agricultural-production
Graumann, P. L., & Marahiel, M. A. (1998). A superfamily of proteins that contain the cold-shock domain. Trends in biochemical sciences, 23(8): 286-290
Heinigre, R.W (2000). “Irrigation & drought management. Crop Science Department”. http://www.ces.ncsu.edu/plymouth/cropsci/cornguide/Chapter4.html
Heisey, P.W., Lantican, M.A. & Dubin, H.J. (1999). 'An overview of the global wheat impacts study', in CIMMYT (ed.), 1998-9 World Wheat Facts and Trends, Mexico, DP: CIMMYT.
http://www.annualreports.com/HostedData/AnnualReportArchive/m/NYSE_MON_200 7.pdf.
https://www.europabio.org/agricultural-biotech/publications/benefits-bt-maize- spain- 1998-2015-benefits-economic-social-and
Hussain, S. S & Kayani, M. A. (2011). "Transcription factors as tools to engineer enhanced drought stress tolerance in plants." Biotechnology progress 27(2): 297-306.
Huỳnh Thị Thu Huệ, Bùi Mạnh Minh, Nông Văn Hải, Đoàn Thị Bích Thảo & Bùi Mạnh Cường. (2015). Thiết kế vector biểu hiện thực vật mang gen ZmDREB2A- S tổng hợp nhân tạo và biến nạp vào Agrobacterium Tumefaciens. Khoa học và công nghệ Việt Nam. Tập 2 số 9: 44-48
Huỳnh Thị Thu Huệ, Nguyễn Văn Trường, Bùi Mạnh Minh, Đoàn Thị Bích Thảo, Nguyễn Xuân Thắng, Nông Văn Hải & Bùi Mạnh Cường (2014). Thiết kế vector biểu hiện mang gen modiCspB và chuyển gen này vào cây ngô. Tạp chí Công nghệ Sinh học, số 12(1), tr 125-132.
IAS (2013). "Năm 2013: Nhập khẩu ngô tăng mạnh". Institute of Agricultural Science for Southern Viet Nam. 15/11/2013. pp.
International Grain Council (January 2019). Grain Market Report.
ISAAA (2016). Global Status of Commercialized Biotech/GM Crops: 2016. ISAAA Brief No. 52. ISAAA: Ithaca, NY.
ISAAA (2018). Global Status of Commercialized Biotech/GM Crops: 2018. ISAAA Brief No. 54. ISAAA: Ithaca, NY.
James C., (2015). Global status of commercialized biotech/GM crops. ISAAA Brief No- 51, Beijing, China.
Jamieson. P.D., R.J. Martin., G.S. Francis & D.R. Wilson. (1995). “Drought effects on biomass production and radiation-use efficiency in barley” Field Crops Research Volume 43, Issues 2–3, October 1995, Pages 77-86
63
Kassa. S, Raman. B, Sarah. H & Michael. O (2013). Single nucleotide polymorphism genotyping using Kompetitive Allele Specific PCR (KASP): overview of the technology and its application in crop improvement.Mol Breeding. DOI 10.1007/s11032-013-9917-x
Kjeldahl, J. (1883) A New Method for the Determination of Nitrogen in Organic Matter. Zeitschrift für Analytische Chemie, 22, 366-382.
Koyro, H.W., P. Ahmad, & N. Geissler. (2012). “Abiotic stress responses in plants: An Overview”. In: Ahmad P. & M. Prasad (eds) Environmental Adaptations and Stress Tolerance of Plants in the Era of Climate Change. Springer, New York, NY. https://doi.org/10.1007/978-1-4614-0815-4_1. ISBN: 978-1-4614-0814-7 Lê Quý Kha (2005). Nghiên cứu khả năng chịu hạn và biện pháp kỹ thuật phát triển
giống ngô lai cho vùng nước trời. Luận án Tiến sĩ Nông nghiệp, Viện Khoa học Kỹ thuật Nông nghiệp Việt Nam.
Lê Thị Thu Hiền (2014). Khái quát tình hình nghiên cứu và ứng dụng công nghệ sinh học tại Việt Nam. Tạp chí Khoa học và Công nghệ, tập 1, số 1.
Li, W., Li, Y & Gao, F.B. (2005). “Abelson, enabled, and p120 catenin exert distinct effects on dendritic morphogenesis in Drosophila”. Dev. Dyn. 234(3): 512--522. Lobell, D.B., Schlenker, W. and Costa-Roberts, J. (2011) Climate Trends and Global
Crop Production since 1980. Science, 333, 616-620.
http://dx.doi.org/10.1126/science.1204531 .
Luật đa dạng sinh học số 20/2008/QH12 do Quốc hội ban hành ngày 13/11/2008
Mansour, M.M.F (2000). “Nitrogen Containing Compounds and Adaptation of Plants to Salinity Stress”. Biologia Plantarum 43(4):491-500
Matsukura, S., Mizoi J, Yoshida T, Todaka D, Ito Y, Maruyama K, Shinozaki K & Yamaguchi-Shinozaki K. (2010). "Comprehensive analysis of rice DREB2-type genes that encode transcription factors involved in the expression of abiotic stress-responsive genes." Molecular Genetics and Genomics 283(2): 185-196. McKersie, D., & Y. Leshem. (1994). “Stress and stress coping in cultivated plants”.
Kluwer Academic Publishers, London, UK.
McLaughlin. J.E & J.S. Boyer (2004). “Sugar-responsive Gene Expression, Invertase Activity, and Senescence in Aborting Maize Ovaries at Low Water Potentials”. Ann Bot. 2004 Nov; 94(5): 675–689.
Muthukuda Arachchi D. H., Robert E.L. Naylor & I. J. Bingham (2001). “Performanca of maize (Zea mays L.) Seedlings of diffirent genotypes during post germination drought”. In The 8th Asian Regional Maize workshop, Bangkok – Thai Lan.
64
Nayyar, H. & Gupta, D. (2006). “Differential Sensitivity of C3 and C4 Plants to Water Deficit Stress”: Association with Oxidative Stress and Antioxidants. Environmetal and Experimental Botany, 58, 106-113.
Ngô Hữu Tình (2003). Cây ngô, Viện Nghiên cứu & Phổ biến kiến thức bách khoa. Nhà Xuất Bản Nghệ An, Nghệ An.
Nguyễn Văn Đồng, Phạm Thị Lý Thu, Lê Thị Mai Hương, Lê Thị Lan, Nguyễn Chiến Hữu & Lê Huy Hàm (2013). Nghiên cứu tạo giống ngô chịu hạn bằng công nghệ gen, Hội thảo quốc gia về Khoa học Cây trồng lần thứ nhất 405-411.
Ohnishi, M & Horie, T. (1999). “A Proxy Analysis of Nonstructural Carbohydrate in Rice Plant by Using the Gravimetric Method”, 1999 Volume 68 Issue 1 Pages 126-136
Phạm Thị Lý Thu (2007). Nghiên cứu xây dựng hệ thống tái sinh từ phôi non và xác định phương pháp chuyển gen thích hợp ở ngô. Luận án tiến sĩ Sinh học, Viện Công nghệ Sinh học, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
Phạm Thị Thanh Nhàn, Lê Xuân Đắc & Lê Trần Bình (2013). “Nghiên cứu mối tương quan giữa sự biến đổi hàm lượng anthocyanin và khả năng chịu hạn của cây ngô nếp địa phương giai đoạn cây non”, Đăng trên Tạp chí Sinh học.
Pham Van Cuong (2009). Photosynthetic and root characters related to drought tolerance in plant, Journal of Science and Development, 7(1): 1-8.
Phạm Xuân Hội, Cao Lệ Quyên & Phạm Thị Vân (2011). “Nghiên cứu khả năng tạo callus và tái sinh cây từ một số giống lúa nương Việt Nam nhập nội phục vụ cho công tác chuyển gen”, Tạp chí sinh học, 33(1), tr. 80-85.
Phan Đức Thịnh, Hoàng Thị Thùy, Phạm Quang Tuân, Vũ Thị Bích Hạnh, Nguyễn Thị Hân & Vũ Văn Liết (2013). "Chọn lọc dòng ngô có khả năng chịu hạn dựa trên kiểu hình và marker phân tử" Tạp chí Khoa học và Phát triển. 11(2): 184-193. Phan Thị Vân (2006) “So sánh một số giống ngô lai trung ngày trong vụ xuân năm 2006
tại trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên” T2006-27.
Qin, F, Kakimoto M, Sakuma Y, Maruyama K, Osakabe Y, Tran LS, Shinozaki K & Yamaguchi-Shinozaki K. (2007). "Regulation and functional analysis of ZmDREB2A in response to drought and heat stresses in Zea mays L." The Plant Journal 50(1): 54-69.
Qiu, F., Huang, Y., Sun, L., Zhang, X., Liu, Z. & Song, W. (2007). Leifsonia ginsengi sp. nov., isolated from ginseng root. Int J Syst Evol Microbiol 57, 405–408.