4. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài
1.3.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới
Cây ngô đã đƣợc biết đến qua những nền văn minh của ngƣời da đỏ trên thế giới, hầu hết những loài phụ ngô ngày nay đƣợc biết đến nhƣ: ngô đá rắn, ngô nổ... cũng đã đƣợc ngƣời da đỏ biết đến từ thời cổ đại. Sau khi Columbus mang ngô về châu Âu, ngƣời châu Âu đã nhanh chóng nhận ra giá trị lƣơng thực của cây ngô. Vào thế kỷ XVI và XVII, ngƣời châu Âu đã tiếp thu cây ngô từ bộ tộc ngƣời da đỏ nhƣng chƣa có cơ sở đi xa hơn so với những gì mà ngƣời da đỏ làm đƣợc. Đến thế kỷ thứ XVIII, những phát hiện khoa học về cây ngô đã dần đƣợc hé mở. Vào năm 1716 Cotton Mather, là ngƣời đầu tiên tiến hành thí nghiệm về giới tính ở cây ngô, đã quan sát thấy đƣợc sự thụ phấn chéo ở cây ngô. Tám năm sau công bố của Mather, Paul Dadly đã đƣa ra nhận xét về giới tính của cây ngô và cho rằng gió đã mang phấn ngô cho quá trình thụ tinh (Ngô Hữu Tình và cs, 1997) [8]. Năm 1760, nhà bác học ngƣời Nga Koelreiter đã quan sát và mô tả hiện tƣợng ƣu thế lai qua việc lai giữa Nicotinana tabacum và N. robusa. Năm 1766, Koelreuter lần đầu tiên miêu tả hiện tƣợng tăng sức sống của con lai ở cây ngô, khi tiến hành lai các cây trồng thuộc chi Nicotiana, Dianthus, Verbascum, Mirabilis và Datura
Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
với nhau (Stuber, 1994) [14]. Đây là cơ sở để Charles Darwin quan sát thấy hiện tƣợng ƣu thế lai ở cây ngô vào năm 1871. Việc ứng dụng ƣu thế lai trong tạo giống ngô đƣợc nhà nghiên cứu W.J.Beal ngƣời Mỹ bắt đầu từ 1876, ông đã thu đƣợc các cặp lai hơn hẳn các giống bố mẹ về năng suất từ 10 - 15%. Sau đó vào năm 1877, Charles Darwin sau khi làm thí nghiệm so sánh hai dạng ngô tự thụ và giao phối đã đi tới kết luận: “Chiều cao cây ở dạng ngô giao phối cao hơn 19% và chín sớm hơn 9% so với dạng ngô tự phối” (Hallauer and Miranda, 1986) [13].
Tiếp sau đó là G.H.Shull đã áp dụng sự giao phối bắt buộc ở ngô (giao phối gần hoặc cƣỡng bức) để thu đƣợc dòng thuần. Năm 1906 ông bắt đầu tiến hành lai đơn giữa một số dòng. Rõ ràng năng suất và sức sống ở giống lai tăng lên đáng kể. Cho tới 1909, G.H.Shull công bố các giống lai đơn (single cross) cho năng suất cao hơn hẳn so với các giống ngô khác thời gian đó. Năm 1914, chính Shull đã đƣa vào tài liệu khoa học thuật ngữ Heterosis để chỉ ƣu thế lai của các giống lai dị hợp tử (CIMMYT, 1990). Ƣu thế lai là hiện tƣợng tăng sức sống qua lai đã đƣợc chú ý nghiên cứu bởi nhiều nhà khoa học trên thế giới. Tuy nhiên, các nhà khoa học chƣa đƣa ra đƣợc một thuyết duy nhất để giải thích hiện tƣợng này. Để giải thích cơ sở di truyền của ƣu thế lai ngày nay trên thế giới đang tồn tại nhiều thuyết khác nhau song các thuyết Trội (Bruce, 1910; Collins, 1921; Jones, 1917) và thuyết Siêu trội (East, 1912; Hull, 1945) có lẽ đƣợc sự ủng hộ của nhiều nhà khoa học. Năm 1917, D. F. Jones đã đề xuất sử dụng hạt lai kép trong sản xuất để giảm giá thành hạt giống, việc áp dụng ƣu thế lai vào trồng trọt và chăn nuôi đƣợc phát triển nhanh chóng.
Trung tâm cải tạo giống ngô và lúa mì quốc tế (CIMMYT) đƣợc thành lập năm 1966 tại Mêxicô nhằm phát triển và nâng cao chất lƣợng các giống lúa mỳ và ngô. Từ khi thành lập đến nay, CIMMYT đã xây dựng, cải thiện và phát triển khối lƣợng lớn nguồn nguyên liệu, vốn gen, các giống thí nghiệm, cung cấp cho khoảng hơn 80 nƣớc trên thế giới thông qua mạng lƣới khảo nghiệm giống Quốc tế. Các nguồn nguyên liệu mà chƣơng trình ngô CIMMYT cung cấp cho các nƣớc là cơ sở cho chƣơng trình tạo dòng và giống lai. Trung tâm này
Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
đã nghiên cứu đƣa ra giải pháp, tạo giống ngô thụ phấn tự do (OPV) làm bƣớc chuyển tiếp giữa giống địa phƣơng và ngô lai. Các giống ngô lai ngày càng đƣợc trồng rộng rãi và phổ biến, trong đó các giống ngô lai đơn có ƣu thế lai cao nhất nhƣng do quá trình sản xuất hạt giống cho năng suất thấp nên giá thành hạt giống lai đơn rất cao. Vì vậy, ngƣời ta tiến hành tạo các giống ngô lai 3, lai kép cho năng suất hạt giống cao, giá thành hạt giống giẻ, ƣu thế lai cao (Nguyễn Thế Hùng và Phùng Quốc Tuấn, 1997) [4]. Trong 30 năm hoạt động trung tâm đã đóng góp đáng kể vào việc xây dựng, phát triển và cải thiện hoạt động vốn gen, quần thể và giống ngô cho 80 quốc gia trên thế giới.
Bên cạnh việc tạo ra những giống ngô lai cho năng suất cao, các nhà chọn tạo giống ngô tại CIMMYT đã nghiên cứu phát triển các giống ngô hàm lƣợng protein cao QPM (Quality Protein Maize). Cách đây hơn 3 thế kỷ, những nghiên cứu về ngô QPM đã đƣợc tiến hành sau khi khám phá ra đột biến gen lặn Opaque 2 và gen trội không hoàn toàn Floury 2 ở ngô. Những gen này quy định hàm lƣợng đạm và đặc biệt là hàm lƣợng Lisine và Trytophan, đã giải quyết đòi hỏi của thị trƣờng ngô ngày càng cao theo hƣớng tăng diện tích ở mức độ nhất định đi đôi với năng suất và tăng hàm lƣợng, chất lƣợng đạm. Lúc đầu, nhiều chƣơng trình quốc gia với sự tài trợ về tài chính to lớn của nhà nƣớc, các tổ chức quốc tế và tƣ nhân đã tập trung nghiên cứu giống ngô giàu đạm nội nhũ mềm (còn gọi là nội nhũ xốp). Chƣơng trình này đã thất bại vì không nâng cao đƣợc tỷ lệ và chất lƣợng đạm, sâu bệnh nhiều, bắp dễ bị thối, bảo quản trong kho dễ bị sâu mọt phá hoại và hạt dễ bị mất sức nảy mầm và lâu khô. Cuộc cách mạng về ngô QPM, nội nhũ cứng chính thức mới đƣợc bắt đầu cách đây 20 năm. Các nhà khoa học ở Trung tâm cải tạo giống ngô và lúa mì quốc tế (CIMMYT) và một số nhà tạo giống khác đã phải tìm ra những hƣớng đi khác. Bằng những phƣơng pháp tạo giống đặc biệt để đạt đƣợc mục đích khắc phục những nhƣợc điểm của các giống ngô QPM nội nhũ mềm và xác định rằng sử dụng đột biến gen Opacque 2 là có hiệu quả nhất. Các giống ngô QPM có ƣu điểm đặc biệt là hàm lƣợng Triptophan (0,11%), Lysine (0,475%) và Protein
Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
(11%) cao hơn rất nhiều so với ngô thƣờng (tỷ lệ này ở ngô thƣờng là 0,05; 0,225 và 9,0%). Từ năm 1997, ngô QPM đã đƣợc chuyển giao đến hàng triệu ngƣời nông dân và những ngƣời tiêu dùng. Ngô chất lƣợng protein cao đƣa vào sản xuất sẽ đem lại hiệu quả lớn khi sử dụng làm thức ăn cho chăn nuôi và làm lƣơng thực chống suy dinh dƣỡng cho ngƣời nghèo, góp phần tích cực vào việc xóa đói giảm nghèo cho các nƣớc đang phát triển.
Những thành tựu mới đây về sinh học phân tử ở cây ngô đã giúp các nhà khoa học tạo ra những giống ngô chuyển gen. Ngô biến đổi gen (BT) đƣợc đƣa vào canh tác đại trà từ năm 1996, mang lại lợi ích ổn định, đã đóng góp một sản lƣợng ngô đáng kể làm lƣơng thực, nhiên liệu sinh học và thức ăn gia súc ở Mỹ. Năm 2007, diện tích trồng ngô chuyển gen trên thế giới đã đạt 35,2 triệu ha, riêng ở Mỹ đã lên đến 27,4 triệu ha (chiếm hơn 73% trong tổng số hơn 37,5 triệu ha ngô của nƣớc này). Trong những năm gần đây, ngô biến đổi gen có mức tăng đáng kể ở các thị trƣờng truyền thống nhƣ: Mỹ, Canada, Achentina, Nam Phi, Tây Ban Nha, Philippin và Honduras. Ngoài ra còn thị trƣờng quan trọng khác gồm: Braxin, Mêxico, Ai Cập, Kenia, Nigeria và một số nƣớc mới quan tâm, phát triển các giống ngô chuyển gen nhƣ: Trung Quốc, Ấn Độ, Thái Lan.
Có thể nói rằng cây ngô sẽ là loại cây trồng đầy triển vọng của loài ngƣời trong thế kỷ 21. Hiện nay công tác nghiên cứu và chọn tạo giống ngô lai trên thế giới vẫn đang đƣợc chú ý phát triển để tạo ra những giống ngô mới có những đặc điểm mong muốn đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của con ngƣời.