5. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
1.2.1. Nghiên cứu ngô lai trên thế giới
Cây ngô đã được biết đến qua những nền văn minh của người da đỏ trên thế giới, hầu hết những loài phụ ngô ngày nay được biết đến; như ngô đá rắn, ngô nổ, cũng đã được người da đỏ biết đến từ thời cổ đại. Sau khi Columbus mang ngô về châu Âu, giá trị lương thực của cây ngô đã được khẳng định. Nhưng phải tới thế kỷ
XVIII, tức sau khi Columbus mang ngô về châu Âu hơn 2 thế kỷ, loài người mới có những phát hiện quan trọng về cây ngô.
Năm 1716, Cotton Mather, là người đầu tiên tiến hành thắ nghiệm về giới tắnh của cây ngô, đã quan sát thấy được sự thụ phấn chéo của cây ngô ở Masachusettes. Tám năm sau Mather, Paul Đaly đã đưa ra nhận xét về giới tắnh của cây ngô và cho rằng gió đã giúp ngô thực hiện quá trình thụ phấn (Ngô Hữu Tình và cộng sự, 1997) [26].
Năm 1766, Koeleviter lần đầu tiên miêu tả hiện tượng tăng sức sống của con lai ở cây ngô, khi tiến hành lai các cây trồng thuộc chi Nicotiana, Dianthus, Vurbascum, Mirabilic và Datura với nhau (Stuber, 1994). Hiện tượng ưu thế lai ở cây ngô được các nhà khoa học quan tâm từ rất sớm. Thực hành tạp giao đầu tiên ở ngô với mục đắch nâng cao năng suất hạt được thực hiện bởi John Lorain, năm 1812 ông đã nhận thấy rằng việc trộn lẫn các loài ngô khác nhau như người da đỏ đã làm sẽ cho năng suất ngô cao hơn. Tuy nhiên người đầu tiên đưa ra lý thuyết về hiện tượng ưu thế lai là Charles Darwin vào năm 1871, ông nhận thấy sự hơn hẳn của các cây giao phấn so với các cây tự thụ phấn về chiều cao, tốc độ nẩy mầm của hạt, số quả trên cây, chống chịu với điều kiện bất thuận và năng suất hạt.
Việc nghiên cứu, ứng dụng ưu thế lai trong chọn tạo giống được bắt đầu từ năm 1876 bởi nhà nghiên cứu người Mỹ W. J. Beal. Ông đã thu được các cặp con lai hơn hẳn các cặp bố mẹ về năng suất từ 10 - 15%.
Năm 1877, Charles Darwin sau khi làm thắ nghiệm so sánh hai dạng ngô tự thụ và giao phối đã kết luận: ỘChiều cao cây ở dạng ngô giao phấn cao hơn 19% và chắn sớm hơn 9% so với dạng tự phốiỢ (Hallauer and Miranda, 1986) [40].
G.H.Shull (1904) đã tiến hành tự thụ cưỡng bức ở ngô để thu được các dòng thuần. Năm 1909, Shull công bố các giống ngô lai đơn (single cross) cho năng suất cao hơn hẳn so với các giống ngô khác thời gian đó. Năm 1914, Shull đã đưa vào tài liệu khoa học thuật ngữ Heterosis để chỉ ưu thế lai của các giống lai dị hợp tử (CIMMYT, 1990) [37]. Những công trình nghiên cứu về ngô lai của Shull đã đánh dấu điểm khởi đầu cho chương trình chọn tạo giống ngô trên thế giới. Để giải thắch cơ sở di truyền của ưu thế lai ngày nay trên thế giới đang tồn tại nhiều thuyết khác nhau và chưa có thuyết nào giải thắch được toàn diện các mặt biểu hiện của ưu thế lai, song các thuyết Trội (Bruce, 1910; Collins, 1921; Jone, 1917) và siêu trội (East,
1912; Hull, 1945) nhận được sự ủng hộ của nhiều nhà khoa học (Ngô Hữu Tình và cs, 1997) [25].
Các nhà khoa học đều cho rằng ưu thế lai là hiện tượng con lai có sức sống mạnh hơn bố mẹ, sinh trưởng và phát triển nhanh hơn, cho năng suất và phẩm chất cao hơn bố mẹ của chúng (Taktajan, 1977) [20].
Năm 1918, Jone đã đề xuất ứng dụng hạt lai kép trong sản xuất để giảm giá thành hạt giống, thành công của sử dụng hạt giống ngô lai kép đã tạo điều kiện cho cây ngô lai phát triển mạnh mẽ ở Mỹ và một số nước phát triển trên thế giới (Ngô Hữu Tình và cs, 1997) [25].
Năm 1966, Trung tâm cải tạo giống ngô và cải tạo lúa mỳ Quốc tế (CIMMYT) được thành lập tại Mêhicô. Nhiệm vụ của Trung tâm này là nghiên cứu đưa ra giải pháp, tạo giống ngô thụ phấn tự do làm bước chuyển biến giữa giống địa phương và ngô lai. Hơn 30 năm hoạt động Trung tâm đã góp phần đáng kể vào việc xây dựng, phát triển và cải tiến hàng loạt vốn gen, quần thể và giống ngô trên 80 quốc gia trên thế giới.
Bên cạnh việc tạo ra những ngô lai cho năng suất cao, các nhà chọn tạo giống ngô tại CIMMYT đã nghiên cứu phát triển các giống ngô hàm lượng protein cao QPM (Quality Protein Maize). Giống ngô giàu đạm chất lượng cao (QPM) đã được chọn tạo thành công 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 lượng đạm, đặc biệt là hàm lượng Lizine và Tryptophan, đã giải quyết đòi hỏi của thị trường ngô ngày càng cao theo hướng tăng diện tắch ở mức độ nhất định đi đôi với tăng năng suất và chất lượng.
Giai đoạn đầu nhiều chương trình quốc gia, tổ chức quốc tế, cá nhân tập trung nghiên cứu giống ngô giàu đạm nội nhũ mềm (nội nhũ xốp). Nhưng các chương trình này đều thất bại vì không nâng cao được tỷ lệ và chất lượng đạm, sâu bệnh nhiều, bắp dễ bị thối, bảo quản trong kho dễ bị sâu mọt phá hại và dễ bị mất sức nảy mầm, lâu khô. Cuộc cách mạng về ngô QPM, nội nhũ cứng chắnh thức bắt đầu cách đây 21 năm. Các nhà khoa học ở Trung tâm cải tạo giống ngô và lúa mì quốc tế (CIMMYT) và một số nhà tạo giống đã phải tìm ra những hướng đi khác. Bằng những phương pháp tạo giống đặc biệt khắc phục những nhược điểm của ngô QPM nội nhũ mềm và xác định đột biến gen Opaque 2 sử dụng có hiệu quả nhất. Các giống ngô QPM có ưu điểm đặc
biệt là hàm lượng Triptophan (0,11%), Lysine (0,475%) và Protein (11%) cao hơn rất nhiều so với ngô thường (tỷ lệ này ở ngô thường là 0,05; 0,225 và 9,0%).
Cho đến nay nhiều nước trên thế giới đang tập trung nghiên cứu và ứng dụng các giống ngô QPM như Mêhicô, Trung Quốc, Việt Nam ...
Ngô lai là một thành tựu khoa học cực kỳ quan trọng trong nền kinh tế thế giới. Ngô lai là Ộcuộc cách mạng xanhỢ của nửa đầu thế kỷ 20 đã làm tăng sản lượng ngũ cốc một cách rõ rệt. Ngô lai đã tạo ra bước nhảy vọt về sản lượng trước lúa mỳ nhiệt đới hàng thập kỷ, song giai đoạn đầu nó chỉ phát huy hiệu quả ở Mỹ và các nước phát triển.
Có thể nói ngô lai đã thành công rực rỡ ở Mỹ. Các nhà di truyền, cải lương giống ngô của Mỹ đã sớm thành công trong việc chọn lọc và lai tạo giống loại cây trồng này. Cuối thế kỷ 19, Mỹ đã có 770 giống ngô chọn lọc, cải lương. Theo E.Rinke (1979) việc sử dụng giống ngô lai ở Mỹ đã được bắt đầu từ năm 1930, giống lai ba và lai kép được sử dụng đến năm 1957, sau đó giống lai đơn cải tiến và lai đơn, chiếm 80 Ờ 85% tổng số giống lai.
Để tạo ra các giống ngô lai tốt, các nhà khoa học Mỹ luôn quan tâm đến vật liệu khởi đầu trong tạo giống là dòng thuần. Kết quả điều tra của Bauman năm (1981) [36] cho thấy các nhà tạo giống ở Mỹ đã sử dụng 15% quần thể có nguồn di truyền rộng, 16% quần thể có nền di truyền hẹp, 14% quần thể của các dòng ưu tú, 39% tổ hợp lai của các dòng ưu tú và 17% quần thể hồi giao để tạo dòng.
Các giống ngô lai này ngày càng được phát triển mạnh mẽ ở tất cả các quốc gia trồng ngô. Trong đó các giống ngô lai đơn có ưu thế lai cao nhất nhưng do quá trình sản xuất hạt giống cho năng suất thấp nên giá thành hạt giống lai đơn rất cao. Vì vậy người ta tiến hành lai tạo các giống ngô lai 3, lai kép cho năng suất hạt giống cao mà giá thành lại rẻ, ưu thế lai cao (Nguyễn Thế Hùng, Phùng Quốc Tuấn, 1997) [10].
Với sự phát triển của khoa học và công nghệ, công tác chọn tạo giống cây trồng ở thế kỷ 21 đã được trợ giúp bởi nhiều kỹ thuật mới, các phương pháp nghiên cứu sinh học hiện đại đã ra đời, nhanh chóng trở thành công cụ hữu hiệu để cải tạo năng suất cây trồng. Những kỹ thuật mới này tập trung chủ yếu vào hai lĩnh vực: nuôi cấy mô tế bào và kỹ thuật tái tổ hợp ADN. Hai kỹ thuật trên đã mở ra tiềm
năng ứng dụng rộng lớn trong cải tạo giống cây trồng, góp phần cùng nhân loại trả lời câu hỏi làm thế nào để giải quyết đủ lương thực cho loài người ở thế kỷ XXI.
Kỹ thuật nuôi cấy bao phấn invitro đã được ứng dụng vào công tác chọn tạo dòng thuần, thụ tinh trong ống nghiệm để khôi phục nguồn gen trong tự nhiên, sử dụng súng bắn gen và chuyển gen thông qua vi khuẩn A. tumefaciens, ứng dụng các kỹ thuật RAPD, SSP để phân tắch đa dạng di truyền và phân nhóm ưu thế lai của giống.
Tiến bộ kỹ thuật công nghệ sinh học hiện đại được áp dụng vào công tác chọn tạo giống đã giúp các nhà khoa học tạo ra những giống ngô chuyển gen. Ngô biến đổi gen được đưa vào canh tác đại trà từ năm 1996, mang lại lợi ắch ổn định, đã đóng góp một lượng ngô đáng kể làm nhiên liệu sinh học và thức ăn gia súc ở Mỹ. Năm 2007, diện tắch trồng ngô chuyển gen trên thế giới đã đạt 35,2 triệu ha; riêng ở Mỹ đã lên đến 27,4 triệu ha (Phan Xuân Hào, 2008) [6]. Trong những năm gần đây ngô biến đổi gen có mức tăng đáng kể ở các thị trường truyền thống như: Mỹ, Canada, Achentina, Nam Phi, Tây Ban Nha, Philippin và Hondura. Ngoài ra còn có các thị trường quan trọng khác mới quan tâm, phát triển các giống ngô chuyển gen như: Braxin, Mêhicô, Ai Cập, Kenia, Nigeria Trung quốc, Ấn Độ, Thái Lan....
Ngô là cây trồng đầy triển vọng của loài người trong thế kỷ 21. Các nhà khoa học trên thế giới vẫn không ngừng nghiên cứu, chọn tạo ra những giống ngô mới ưu việt hơn đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của con người.