Luận án Khai thác nguồn gen ngô địa phương và nhập nội phục vụ chọn tạo giống ngô nếp lai thích ứng với điều kiện canh tác tỉnh Lào Cai

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM LÊ THỊ MINH THẢO KHAI THÁC NGUỒN GEN NGÔ ĐỊA PHƯƠNG VÀ NHẬP NỘI PHỤC VỤ CHỌN TẠO GIỐNG NGÔ NẾP LAI THÍCH ỨNG VỚI ĐIỀU KIỆN CANH TÁC TỈNH LÀO CAI HÀ NỘI - 2015 HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM LÊ THỊ MINH THẢO KHAI THÁC NGUỒN GEN NGÔ ĐỊA PHƯƠNG VÀ NHẬP NỘI PHỤC VỤ CHỌN TẠO GIỐNG NGÔ NẾP LAI THÍCH ỨNG VỚI ĐIỀU KIỆN CANH TÁC TỈNH LÀO CAI Chuyên ngành: Di truyền và Chọn giống cây trồng Mã số: 62.62.01.11 Người hướng dẫn khoa học: 1. GS. TS. Vũ Văn Liết 2. TS. Lê Quý Kha HÀ NỘI - 2015 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận án là trung thực, khách quan và chưa từng dùng bảo vệ để lấy bất kỳ học vị nào. Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận án đã được cám ơn, các thông tin trích dẫn trong luận án này đều được chỉ rõ nguồn gốc. Hà Nội, ngày tháng năm 2015 Tác giả luận án Lê Thị Minh Thảo ii LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận án này, tôi đã nhận được sự quan tâm giúp đỡ của các thầy, cô giáo, các tập thể, cá nhân cùng gia đình, bạn bè đồng nghiệp. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến GS.TS. Vũ Văn Liết - Học viện Nông nghiệp Việt Nam, TS. Lê Quý Kha, Viện Khoa học Kỹ thuật Nông nghiệp miền Nam, người thầy đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo Viện Nghiên cứu và Phát triển Cây trồng, Khoa Nông học, Bộ môn Di truyền giống, Khoa Công nghệ sinh học thuộc Học Viện Nông nghiệp Việt Nam; Viện Nghiên cứu Ngô; Trường Cao đẳng Cộng đồng Lào Cai đã giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành công trình nghiên cứu này. Tôi xin chân thành cảm ơn các Anh, Chị em Phòng Cây trồng cạn - Viện Nghiên cứu và Phát triển Cây trồng, Bộ môn Tạo giống ngô - Viện Nghiên cứu Ngô, Khoa Nông lâm - Trường Cao đẳng Cộng đồng Lào Cai, các em sinh viên khóa 58 chuyên ngành Di truyền và Chọn giống cây trồng đã giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu. Tôi xin chân thành cảm ơn Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn Lào Cai, huyện Bảo Thắng, huyện Bát Xát đã tạo điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành luận án. Sau cùng tôi xin cảm ơn gia đình đã luôn động viên, khích lệ, tạo mọi điều kiện thuận lợi để giúp tôi hoàn thành luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng năm 2015 Tác giả Lê Thị Minh Thảo iii MỤC LỤC Trang Lời cam đoan ..................................................................................................................... i Lời cảm ơn ........................................................................................................................ ii Mục lục ............................................................................................................................ iii Danh mục viết tắt ............................................................................................................ vii Danh mục bảng .............................................................................................................. viii Danh mục biểu đồ ............................................................................................................ xi Danh mục hình ................................................................................................................ xii Trích yếu luận án ........................................................................................................... xiii Thesis abstract ................................................................................................................ xvi Phần 1. Mở đầu ............................................................................................................... 1 1.1. Đặt vấn đề ............................................................................................................. 1 1.2. Mục tiêu nghiên cứu ............................................................................................. 3 1.3. Những đóng góp mới của luận án ......................................................................... 3 1.4. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tàI ................................................. 3 Phần 2. Tổng quan tài liệu ............................................................................................. 5 2.1. Sản xuất ngô trên thế giới và việt nam ................................................................. 5 2.1.1. Sản xuất ngô trên thế giới ..................................................................................... 5 2.1.2. Sản xuất ngô của Việt Nam ................................................................................. 7 2.2. Nguồn gốc, phân loại, đặc điểm cây ngô nếp ....................................................... 8 2.2.1. Nguồn gốc ............................................................................................................. 8 2.2.2. Phân loại thực vật của ngô nếp ........................................................................... 10 2.2.3. Đặc điểm của ngô nếp ......................................................................................... 10 2.3. Đa dạng di truyền nguồn gen ngô nếp ................................................................ 11 2.3.1. Nghiên cứu đa dạng di truyền nguồn gen cây ngô ............................................. 11 2.3.2. Đa dạng nguồn gen ngô nếp ............................................................................... 15 2.3.3. Nghiên cứu đa dạng nguồn gen ngô ở Việt Nam ................................................ 17 2.4. Nghiên cứu di truyền ở ngô nếp.......................................................................... 18 2.5. Nghiên cứu khả năng chịu hạn ở ngô ................................................................. 21 2.6. Nghiên cứu phát triển dòng thuần ....................................................................... 24 2.6.1. Phát triển dòng thuần ngô bằng tự phối và chọn lọc........................................... 24 iv 2.6.2. Phát triển dòng đơn bội kép (DH) ....................................................................... 25 2.6.3. Thành tựu nghiên cứu phát triển dòng thuần trên thế giới .................................. 27 2.6.4. Nghiên cứu phát triển dòng thuần ở Việt Nam ................................................... 28 2.7. Nghiên cứu khả năng kết hợp chọn tạo ngô nếp ................................................. 29 2.8. Thành tựu chọn giống ngô nếp trên thế giới và Việt Nam ................................. 32 2.8.1 Những thành tựu đạt được trong nghiên cứu ngô trên thế giới ........................... 32 2.8.2. Thành tựu đạt được trong nghiên cứu ngô nếp ở Việt Nam ............................... 35 Phần 3. Phương pháp nghiên cứu ............................................................................... 40 3.1. Vật liệu, thời gian và địa điểm nghiên cứu ......................................................... 40 3.1.1. Vật liệu nghiên cứu ............................................................................................. 40 3.1.2. Thời gian, địa điểm nghiên cứu .......................................................................... 42 3.1.3. Đặc điểm của giống đối chứng ........................................................................... 43 3.2. Nội dung nghiên cứu ........................................................................................... 44 3.3. Phương pháp thí nghiệm ..................................................................................... 44 3.3.1. Nội dung 1 .......................................................................................................... 44 3.3.2. Nội dung 2 .......................................................................................................... 45 3.3.3. Nội dung 3 .......................................................................................................... 45 3.3.4. Nội dung 4 .......................................................................................................... 48 3.3.5. Nội dung 5 .......................................................................................................... 50 3.4. Chỉ tiêu theo dõi các thí nghiệm ......................................................................... 51 Phần 4. Kết quả nghiên cứu và thảo luận ................................................................... 56 4.1. Kết quả đánh giá đa dạng kiểu hình của 29 mẫu giống ngô nếp địa phương và nhập nội vụ thu đông 2010 tại Lào Cai ............................................. 56 4.1.1. Thời gian sinh trưởng của các giống ngô............................................................ 56 4.1.2. Một số đặc điểm hình thái của các giống ngô nếp .............................................. 58 4.1.3. Khả năng chống chịu trên đồng ruộng và tỷ lệ đổ gãy của các giống ngô ......... 60 4.1.4. Các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của các mẫu giống ngô nếp ........... 62 4.1.5. Một số chỉ tiêu đánh giá chất lượng cảm quan của các mẫu giống ngô ............. 64 4.1.6. Phân tích đa dạng dựa trên kiểu hình 29 mẫu giống ngô nếp ............................ 65 4.2. Đánh giá đặc điểm hình thái, năng suất các dòng ngô nếp đời thấp vụ xuân 2011 tại Gia Lâm, Hà Nội ......................................................................... 66 4.2.1. Thời gian sinh trưởng của các dòng ngô nếp đời thấp ........................................ 66 v 4.2.2. Một số đặc điểm hình thái của các dòng ngô nếp ............................................... 68 4.2.3. Khả năng chống chịu trên đồng ruộng của các dòng ngô nếp ............................ 68 4.2.4. Năng suất và yếu tố cấu thành năng suất của các dòng ngô nếp ........................ 69 4.2.5. Một số chỉ tiêu đánh giá chất lượng cảm quan của các dòng ngô nếp................ 72 4.3. Đánh giá knkh chung của các dòng ngô nếp đời thấp trồng vụ thu đông 2011 tại Lào Cai .................................................................................................. 73 4.3.1. Một số đặc điểm hình thái của các tổ hợp lai (THL) .......................................... 73 4.3.2. Khả năng chống chịu sâu bệnh của các THL ...................................................... 75 4.3.3. Năng suất và yếu tố cấu thành năng suất của các THL ...................................... 75 4.3.4. Năng suất thực thu và chất lượng của các THL .................................................. 78 4.3.5. Khả năng kết hợp của các dòng ngô nếp ............................................................ 80 4.4. Đánh giá đa dạng di truyền dựa vào đặc điểm hình thái và chỉ thị phân tử ssr của 24 dòng thuần vụ thu đông năm 2012 tại Gia Lâm - Hà Nội ................. 82 4.4.1. Thời gian sinh trưởng và hình thái của 24 dòng ngô nếp thuần ......................... 83 4.4.2. Một số đặc điểm hình thái của các dòng ngô nếp ............................................... 84 4.4.3. Năng suất và yếu tố cấu thành năng suất của 24 dòng thuần .............................. 85 4.4.4. Khả năng chống chịu và chất lượng ăn tươi của các dòng thuần ....................... 88 4.4.5. Phân tích đa dạng di truyền 24 dòng ngô nếp thuần ........................................... 89 4.5. Đánh giá khả năng chịu hạn của các dòng ngô nếp thuần bằng thí nghiệm chậu vại vụ thu đông năm 2012 tại Hà Nội ........................................................ 93 4.6. Thí nghiệm đánh giá 6 dòng bố mẹ và 15 thl trên đồng ruộng và trong chậu vại vụ xuân 2013 tại Hà Nội ....................................................................... 95 4.6.1. Kết quả đánh giá khả năng chịu hạn của 6 dòng bố mẹ và 15 THL bằng gây hạn nhân tạo ................................................................................................. 95 4.6.2. Thí nghiệm so sánh khả năng chịu hạn của 6 dòng bố mẹ và 15 THL trên đồng ruộng và trong nhà có mái che vụ Xuân 2013 tại Gia Lâm, Hà Nội ....... 100 4.6.3. Đánh giá ưu thế lai trung bình (Hm%) của các tổ hợp ngô nếp lai vụ Xuân 2013 tại Gia Lâm, Hà Nội ....................................................................... 112 4.6.4. Phân tích chọn lọc dòng và THL có khả năng chịu hạn ................................... 118 4.6.5. Kết quả phân tích khả năng kết hợp của 24 dòng ngô nếp vụ Xuân 2013 tại Gia Lâm, Hà Nội .......................................................................................... 123 vi 4.7. Kết quả thí nghiệm so sánh các thl ngô nếp triển vọng vụ thu đông 2013 vụ xuân 2014 tại Lào Cai .................................................................................. 125 4.7.1. Thời gian sinh trưởng và phát triển của các THL ngô nếp triển vọng .............. 125 4.7.2. Một số đặc điểm hình thái của THL ngô nếp triển vọng .................................. 126 4.7.3. Khả năng chống chịu của các THL ngô nếp triển vọng .................................... 126 4.7.4. Năng suất và các yếu tố năng suất của một số THL ngô nếp triển vọng .......... 127 4.7.5. Một số chỉ tiêu đánh giá chất lượng cảm quan của tổ hợp lai triển vọng ......... 130 Phần 5. Kết luận và kiến nghị .................................................................................... 132 5.1. Kết luận ............................................................................................................. 132 5.2. Đề nghị .............................................................................................................. 133 Danh mục các công trình đã công bố có liên quan đến luận án .................................... 134 Tài liệu tham khảo ........................................................................................................ 135 Phụ lục .......................................................................................................................... 143 vii DANH MỤC VIẾT TẮT Từ viết tắt Nghĩa tiếng Việt CDR Chiều dài rễ CHDCND Cộng hòa dân chủ nhân dân CYMMYT International Maize and Wheat Improvement Center (Trung tâm phát triển ngô và lúa mỳ quốc tế) DH Double Haploid (Dòng đơn bội kép) DT Diện tích DTL Diện tích lá ĐK Đường kính ĐR Đồng ruộng GN Giống nếp THL Tổ hợp lai KLTK Khối lượng thân khô KNKH Khả năng kết hợp NC & PTCT Nghiên cứu và Phát triển cây trồng NS Năng suất NSLT Năng suất lý thuyết NSBT Năng suất bắp tươi NSTT Năng suất thực thu PIC Polymorphic information content (Giá trị thông tin đa hình) PR Phun râu SL Sản lượng STT Số thứ tự TCN Tiêu chuẩn ngành TB Trung bình TĐ -13 Thu Đông 2013 TGST Thời gian sinh trưởng TP Tung phấn TTR Thể tích rễ X - 14 Xuân 2014 viii DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1. So sánh tăng trưởng về diện tích (DT), năng suất (NS) và sản lượng (SL) của ba cây lương thực chính từ năm 1961 đến 2013 ............................. 5 Bảng 2.2. Diện tích, năng suất và sản lượng ngô toàn cầu giai đoạn 1990 - 2013 ............. 6 Bảng 2.3. Diện tích, năng suất và sản lượng ngô của các châu lục năm 2013 ............... 6 Bảng 2.4. Diện tích, năng suất và sản lượng ngô của Việt Nam từ 1990 đến 2013 ........... 8 Bảng 2.5. Một số đặc tính chất lượng của ngô nếp so với ngô thường ........................ 11 Bảng 3.1. Danh sách các mẫu giống ngô nếp do Viện Nghiên cứu và Phát triển cây trồng, Học Viện Nông nghiệp Việt Nam cung cấp ............................... 40 Bảng 4.1. Các giai đoạn sinh trưởng phát triển của các mẫu giống ngô ...................... 57 Bảng 4.2. Một số đặc điểm hình thái của các giống ngô .............................................. 59 Bảng 4.3. Khả năng chống chịu sâu bệnh và đổ gãy của các giống ngô ...................... 61 Bảng 4.4. Các yếu tố cấu thành năng suất của các mẫu giống ngô nếp ....................... 63 Bảng 4.5. Một số chỉ tiêu chất lượng cảm quan của các mẫu giống ngô nếp .............. 64 Bảng 4.6. Các giai đoạn sinh trưởng phát triển của các dòng ngô nếp ........................ 67 Bảng 4.7. Một số yếu tố cấu thành năng suất của các dòng ngô nếp ........................... 70 Bảng 4.8. Một số yếu tố cấu thành năng suất và năng suất thực thu của các dòng ngô nếp ................................................................................................ 71 Bảng 4.9. Đặc điểm hình thái của các tổ hợp lai .......................................................... 74 Bảng 4.10. Một số chỉ tiêu về bắp của các THL ............................................................ 76 Bảng 4.11. Các yếu tố cấu thành năng suất của các THL .............................................. 77 Bảng 4.12. Năng suất bắp tươi và năng suất thực thu của các THL .............................. 79 Bảng 4.13. Khả năng kết hợp chung của các dòng ngô nếp ........................................... 80 Bảng 4.14. Một số đặc điểm nông sinh học của 24 dòng ngô nếp thuần ....................... 83 Bảng 4.15. Một số đặc điểm hình thái của các dòng thuần ............................................ 85 Bảng 4.16. Các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của 24 dòng ngô nếp ............ 86 Bảng 4.17. Năng suất, yếu tố cấu thành năng suất của 24 dòng ngô nếp thuần ............. 87 Bảng 4.18. Khả năng chống chịu và chất lượng cảm quan của các dòng ngô nếp thuần ........ 88 Bảng 4.19. Số alen và giá trị PIC của các chỉ thị SSR sử dụng trong nghiên cứu nhận biết trên 24 dòng ngô thuần ................................................................. 90 Bảng 4.20. Một số đặc điểm về bộ rễ khi gây hạn của các dòng thuần ......................... 94 ix Bảng 4.21. Đặc điểm về diện tích và khối lượng thân khô của các dòng bố mẹ và các THL trong thí nghiệm vụ Xuân 2013 tại Hà Nội .................................. 96 Bảng 4.22. Thể tích rễ và chiều dài rễ của các dòng bố mẹ và THL trong thí nghiệm chậu vại vụ Xuân 2013 tại Hà Nội .................................................. 98 Bảng 4.23. Một số chỉ tiêu về bộ rễ của các dòng thuần và THL trồng vụ Xuân 2013 tại Hà Nội ............................................................................................ 99 Bảng 4.24. So sánh các giai đoạn sinh trưởng của các vật liệu thí nghiệm trong nhà có mái che ở 4 thời điểm gây hạn ....................................................... 101 Bảng 4.25. So sánh chiều cao cây của các mẫu giống ngô trong thí nghiệm đồng ruộng và trong nhà mái che ........................................................................ 102 Bảng 4.26. So sánh chiều dài bắp của các dòng bố mẹ và THL ngô nếp trong thí nghiệm đồng ruộng và trong nhà mái che .................................................. 104 Bảng 4.27. So sánh khối lượng 1000 hạt của các dòng và THL ngô nếp trong thí nghiệm đồng ruộng và trong nhà mái che .................................................. 106 Bảng 4.28. So sánh năng suất thực thu của các dòng và THL ngô nếp trong thí nghiệm đồng ruộng và trong nhà mái che ............................................ 108 Bảng 4.29. Ưu thế lai của các THL so với trung bình bố mẹ về năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất trong điều kiện đồng ruộng vụ Xuân 2013 tại Gia Lâm, Hà Nội ................................................................................... 113 Bảng 4.30. Ưu thế lai của các THL so với trung bình bố mẹ về năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất trong nhà mái che thời điểm gây hạn I (vào chắc) ................................................................................................... 114 Bảng 4.31. Ưu thế lai của các THL so với trung bình bố mẹ về năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất trong nhà mái che thời điểm gây hạn II (trỗ cờ - phun râu) ...................................................................................... 115 Bảng 4.3