Luận án Nghiên cứu chọn tạo giống ngô lai ngắn ngày trồng trên đất tăng vụ tại miền núi Đông Bắc Việt Nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM --------------------------------- NGUYỄN TIẾN TRƯỜNG NGHIÊN CỨU CHOṆ TAỌ GIỐNG NGÔ LAI NGẮN NGÀY TRỒNG TRÊN ĐẤT TĂNG VU ̣TẠI MIỀN NÚI ĐÔNG BẮC VIÊṬ NAM LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI – 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM --------------------------------- NGUYỄN TIẾN TRƯỜNG NGHIÊN CỨU CHOṆ TAỌ GIỐNG NGÔ LAI NGẮN NGÀY TRỒNG TRÊN ĐẤT TĂNG VU ̣TẠI MIỀN NÚI ĐÔNG BẮC VIÊṬ NAM Chuyên ngành: Di truyền và chọn giống cây trồng Mã số: 62.62.01.11 LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP Người hướng dẫn khoa học: 1. TS. Mai Xuân Triệu 2. TS. Nguyễn Tất Khang HÀ NỘI - 2017 i LỜI CẢM ƠN Trong quá trình thực hiện đề tài tôi luôn nhận được sự ủng hộ và giúp đỡ của các cơ quan, các thầy cô, bạn bè đồng nghiệp và gia đình. Trước tiên, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới TS. Mai Xuân Triệu, TS Nguyễn Tất Khang đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn tôi trong quá trình thực hiện đề tài và hoàn thành luận án. Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Ban lãnh đạo Viện Nghiên cứu Ngô và tập thể cán bộ Bộ môn Chọn tạo giống ngô đã tạo mọi điều kiện thuận lợi và nhiệt tình giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài và hoàn thành luận án. Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban lãnh đạo và tập thể cán bộ Ban Đào tạo Sau đại học, Ban lãnh đạo Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam đã tạo điều kiện thuận lợi và quan tâm giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và hoàn thành luận án. Nhân dịp này tôi xin cảm ơn bạn bè, đồng nghiệp và gia đình đã luôn động viên, khích lệ và tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp tôi hoàn thành luận án. Hà Nội, ngày tháng năm 2017 Tác giả Nguyễn Tiến Trường ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận án này là công trình nghiên cứu của tôi dưới sự chỉ dẫn của các thầy hướng dẫn và sự giúp đỡ của đồng nghiệp. Các số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận án là hoàn toàn trung thực, các thông tin trích dẫn đều được ghi rõ nguồn gốc. Tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm về những số liệu đã công bố trong luận án. Tác giả Nguyễn Tiến Trường iii MỤC LỤC Nội dung Trang DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ................................................ vi DANH MỤC BẢNG ................................................................................................ vii DANH MỤC CÁC HÌNH, ĐỒ THỊ ........................................................................ xii MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 1 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI: ........................................................................................ 4 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI: ....................................... 4 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU: .......................................................... 5 Chương 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU ......................................................................... 6 1.1. TÌNH HÌNH SẢN XUẤT VÀ TIÊU THỤ NGÔ TRÊN THẾ GIỚI ..................... 6 1.1.1. Tình hình sản xuất ngô trên thế giới ....................................................................... 6 1.1.2. Tình hình tiêu thụ ngô trên thế giới ......................................................................... 8 1.2. TÌNH HÌNH SẢN XUẤT VÀ TIÊU THỤ NGÔ Ở VIỆT NAM ....................... 9 1.2.1. Tình hình sản xuất ngô ở Việt Nam ........................................................................ 9 1.2.2. Tình hình tiêu thụ ngô ở Việt Nam ....................................................................... 12 1.3. ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN, XÃ HỘI VÀ SẢN XUẤT NGÔ CỦA CÁC TỈNH MIỀN NÚI ĐÔNG BẮC VIỆT NAM ..................................................................... 13 1.3.1. Điều kiện tự nhiên và xã hội .................................................................................. 13 1.3.3. Vai trò cây ngô trong sản xuất nông nghiệp của vùng miền núi Đông Bắc ....... 19 1.3.4. Khả năng mở rộng diện tích trồng ngô vùng miền núi Đông Bắc theo hướng tăng vụ ............................................................................................................................... 20 1.4. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU, SỬ DỤNG GIỐNG NGÔ NGẮN NGÀY TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM ..................................................................................... 24 1.4.1. Nghiên cứu về phân nhóm thời gian sinh trưởng ở ngô ...................................... 24 1.4.2. Tình hình nghiên cứu, sử dụng giống ngô lai ngắn ngày trên thế giới ............... 27 iv 1.4.3. Nghiên cứu chọn tạo giống ngô lai ngắn ngày ở Việt Nam ................................ 32 1.5. MÔṬ SỐ PHƯƠNG PHÁP CHOṆ TAỌ DÒNG THUẦN NGÔ .................... 33 1.5.1. Phương pháp tư ̣phối ......................................................................................... 33 1.5.2. Phương pháp câṇ phối....................................................................................... 35 1.5.3. Phương pháp lai trở laị ........................................................................................... 37 1.5.4. Phương pháp taọ dòng đơn bôị kép ...................................................................... 37 1.6. ƯU THẾ LAI TRONG CHOṆ TAỌ GIỐNG NGÔ LAI ................................. 39 1.7. KHẢ NĂNG KẾT HƠP̣ VÀ ỨNG DUṆG TRONG CHOṆ TAỌ GIỐNG NGÔ LAI .................................................................................................................. 42 1.8. NGHIÊN CỨU ĐA DAṆG DI TRUYỀN VÀ ỨNG DUṆG TRONG CHOṆ TAỌ GIỐNG NGÔ LAI .......................................................................................... 46 1.8.1. Đa daṇg di truyền trong dư ̣đoán ưu thế lai dưạ vào nguồn gốc và phả hê ̣........ 46 1.8.2. Đa daṇg di truyền trong dư ̣đoán ưu thế lai dưạ vào các chỉ thi ̣ di truyền .......... 47 Chương 2. VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ........... 51 2.1. Vật liệu .............................................................................................................. 51 2.2. Nội dung nghiên cứu ......................................................................................... 51 2.3. Địa điểm và thời gian nghiên cứu ..................................................................... 52 2.4. Phương pháp nghiên cứu ................................................................................... 52 2.4.1. Phương pháp chọn tạo dòng thuần ........................................................................ 52 2.4.2. Phương pháp đánh giá đa dạng di truyền của các dòng nghiên cứu ................... 53 * Điện di sản phẩm PCR: ................................................................................................ 55 2.4.3. Phương pháp đánh giá dòng .................................................................................. 57 2.4.4. Phương pháp nghiên cứu ngoài đồng ruộng ........................................................ 57 Chương 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ...................................... 61 3.1. Kết quả chọn tạo và đánh giá dòng ................................................................... 61 3.1.2. Kết quả đánh giá đa dạng di truyền của các dòng nghiên cứu ....................... 64 v 3.1.3. Đặc điểm hình thái, khả năng chống chịu sâu bệnh hại chính và năng suất hạt của các dòng ............................................................................................................. 68 3.1.3.1. Thời gian sinh trưởng, đặc điểm hình thái, khả năng chống chịu và năng suất hạt của các dòng nhóm I .................................................................................................. 68 3.1.3.2. Thời gian sinh trưởng, đặc điểm hình thái, khả năng chống chịu và năng suất hạt của các dòng nhóm II ................................................................................................ 75 3.2. Kết quả đánh giá ưu thế lai và khả năng kết hợp của các dòng ........................ 82 3.2.1. Kết quả đánh giá KNKH chung của các dòng bằng phương pháp lai đỉnh ...... 82 3.2.2. Kết quả đánh giá KNKH chung, KNKH riêng của các dòng và ƯTL của các THL bằng phương pháp luân giao .................................................................................. 96 3.2.3. Kết quả nghiên cứu mối tương quan giữa các tính trạng trong thí nghiệm luân giao .................................................................................................................................. 136 3.3. Kết quả khảo nghiệm sản xuất các tổ hợp lai triển vọng trong cơ cấu tăng vụ ở một số vùng miền núi Đông Bắc ............................................................................ 139 3.3.1. Kết quả khảo nghiệm các tổ hợp lai triển vọng trong vụ Xuân Hè năm 2012 trước vụ lúa Mùa trên ruộng bậc thang (Đất 1 vụ lúa Mùa/năm bỏ hóa vụ Xuân) tại Phúc Sen – Quảng Uyên – Cao Bằng ........................................................................... 139 3.3.2. Kết quả khảo nghiệm các tổ hợp lai triển vọng trong vụ Thu Đông năm 2012 trên đất gò đồi (tăng vụ ngô Thu Đông) tại Võ Nhai – Thái Nguyên ......................... 141 3.3.3. Kết quả xây dựng mô hình trình diễn giống ngô LVN111 và LVN883 trên đất tăng vụ tại Võ Nhai – Thái Nguyên và Quảng Uyên – Cao Bằng .............................. 143 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ..................................................................................... 147 1. Kết luận ............................................................................................................... 147 2. Đề nghị ................................................................................................................ 148 CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN .................. 149 TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 150 vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Viết tắt Viết đầy đủ và nghĩa tiếng Việt CIMMYT Centro Internacional de Mejoramiento de Maiz y Trigo – Trung tâm cải lương giống ngô và lúa mì quốc tế CV Coefficients of variation – Hệ số biến động DH Double haploid – Đơn bội kép Đ Vụ Đông GCA General combining ability – Khả năng kết hợp chung HMP Midparent heterosis – Ưu thế lai trung bình HBP Heterobeltiosis – Ưu thế lai thực HS Standard heterosis – Ưu thế lai chuẩn KNKHC Khả năng kết hợp chung KNKHR Khả năng kết hợp riêng LSD Least Signification Difference – Sai khác nhỏ nhất có ý nghĩa P1000 Khối lượng 1000 hạt IRRISTAT International Rice Research Institute statistical research tool – Phần mềm quản lý nghiên cứu thống kê QTLs Quanlititative Trait Loci- Locus tính trạng số lượng SCA Specific Combining Ability – Khả năng kết hợp riêng TB Giá trị trung bình THL Tổ hợp lai ƯTL Ưu thế lai X Vụ Xuân vii DANH MỤC BẢNG Bảng Tên bảng Trang 1.1 Tình hình sản xuất ngô của môṭ số vùng ngô lớn năm 2014 7 1.2 Các nước xuất khẩu ngô lớn trên thế giới năm 2013 8 1.3 Các nước nhập khẩu ngô lớn trên năm 2013 9 1.4 Tình hình sản xuất ngô taị môṭ số vùng ngô chính Viêṭ Nam 11 1.5 Thực trạng xuất nhập khẩu ngô của Việt Nam 12 1.6 Diễn biến thời tiết tại trạm khí tượng Thái Nguyên trong 5 năm qua 14 1.7 Tình hình sản xuất ngô ở các tỉnh miền núi Đông Bắc 18 1.8 Cơ cấu cây ngô trong sản xuất nông nghiêp̣ năm 2013 taị các tỉnh miền núi Đông Bắc 19 1.9 Chỉ số đánh giá thời gian sinh trưởng theo thang điểm FAO 25 1.10 Phân nhóm giống dựa theo các bộ phận của cây ngô 25 1.11 Lượng nhiệt của một số nhóm ngô trên các vĩ độ khác nhau 26 1.12 Phân nhóm giống ngô theo thời gian sinh trưởng và vùng sinh thái 27 2.1 Nội dung, địa điểm và thời gian nghiên cứu 52 2.2 Thành phần phản ứng PCR 54 2.3 Chu trình nhiệt của phản ứng PCR 54 3.1 Nguồn gốc 56 dòng ngô thuần của đề tài 62 3.2 Thời gian sinh trưởng và một số đặc điểm hình thái của các dòng nghiên cứu nhóm I tại Thái Nguyên năm 2010 68 3.3 Khả năng chống chịu của các dòng nghiên cứu nhóm I tại Thái Nguyên năm 2010 70 viii 3.4 Hình thái bắp, các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất thực thu của các dòng nhóm I tại Thái Nguyên vụ Xuân năm 2010 73 3.5 Hình thái bắp, các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất thực thu của các dòng nhóm I tại Thái Nguyên vụ Đông năm 2010 74 3.6 Thời gian sinh trưởng và một số đặc điểm hình thái của các dòng nghiên cứu nhóm II tại Thái Nguyên năm 2010 76 3.7 Khả năng chống chịu của các dòng nghiên cứu nhóm II tại Thái Nguyên năm 2010 78 3.8 Hình thái bắp, các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất thực thu của các dòng nhóm II tại Thái Nguyên vụ Xuân năm 2010 79 3.9 Hình thái bắp, các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất thực thu của các dòng nhóm II tại Thái Nguyên vụ Đông năm 2010 80 3.10 Thời gian sinh trưởng và ưu thế lai về tính chín sớm của các tổ hợp lai đỉnh I tại Thái Nguyên năm 2010 83 3.11 Các giá trị trung bình về TGST và ưu thế lai tính chín sớm của các THL có chung nguồn gốc vật liệu 84 3.12 Năng suất thực thu và ưu thế lai ở tính trạng năng suất hạt của các tổ hợp lai đỉnh I tại Thái Nguyên năm 2010 86 3.13 Giá trị khả năng kết hợp chung, riêng (KNKHC, KNKHR) và phương sai khả năng kết hợp riêng (σ2si) ở tính trạng năng suất hạt của 14 dòng và 2 cây thử trong lai đỉnh I tại Thái Nguyên năm 2010 88 3.14 Thời gian sinh trưởng và ưu thế lai về tính chín sớm của các tổ hợp lai đỉnh II tại Thái Nguyên năm 2010 91 3.15 Năng suất thực thu và ưu thế lai ở tính trạng năng suất hạt của các tổ hợp lai đỉnh II tại Thái Nguyên năm 2010 92 ix 3.16 Giá trị khả năng kết hợp chung, riêng (KNKHC, KNKHR) và phương sai khả năng kết hợp riêng (σ2si) ở tính trạng năng suất hạt của 14 dòng và 2 cây thử trong lai đỉnh II tại Thái Nguyên năm 2010 94 3.17 Một số đặc điểm hình thái của các THL luân giao I tại Thái Nguyên năm 2011 98 3.18 Khả năng chống chịu của các THL luân giao I tại Thái Nguyên năm 2011 100 3.19 Hình thái bắp và các yếu tố cấu thành năng suất của các THL luân nhóm I tại Thái Nguyên năm 2011 101 3.20 Các yếu tố cấu thành năng suất của các THL luân giao I tại Thái Nguyên năm 2011 103 3.21 Thời gian sinh trưởng và ưu thế lai về tính chín sớm của các THL luân giao I tại Thái Nguyên năm 2011 104 3.22 Các giá trị trung bình về TGST và ưu thế lai tính chín sớm của các THL có chung nguồn gốc vật liệu 106 3.23 Năng suất thực thu và ưu thế lai ở tính trạng năng suất hạt của các THL luân giao I tại Thái Nguyên năm 2011 107 3.24 Các giá trị trung bình về năng suất thực thu và ưu thế lai ở tính trạng năng suất hạt của các THL có chung nguồn gốc vật liệu 108 3.25 Giá trị KNKH chung (ĝi), KNKH riêng (ŝij) và phương sai KNKH riêng (2sij) ở tính trạng năng suất hạt của các dòng nhóm I tại Thái Nguyên năm 2011 110 3.26 Giá trị KNKH chung (ĝi), KNKH riêng (ŝij) và phương sai KNKH riêng (2sij) ở tính trạng TGST của các dòng nhóm I tại Thái Nguyên năm 2011 112 x 3.27 Giá trị KNKH chung (ĝi) và phương sai KNKH riêng (2sij) ở tính trạng TGST và năng suất hạt của các dòng nhóm I tại Thái Nguyên năm 2011 114 3.28 Một số đặc điểm hình thái của các THL luân giao II tại Thái Nguyên năm 2011 118 3.29 Khả năng chống chịu của các THL luân giao II tại Thái Nguyên năm 2011 120 3.30 Hình thái bắp và các yếu tố cấu thành năng suất của các THL luân giao II tại Thái Nguyên năm 2011 121 3.31 Các yếu tố cấu thành năng suất của các THL luân giao II tại Thái Nguyên năm 2011 122 3.32 Thời gian sinh trưởng và ưu thế lai về tính chín sớm của các THL luân luân giao II tại Thái Nguyên năm 2011 125 3.33 Các giá trị trung bình về TGST và ưu thế lai tính chín sớm của các THL có chung nguồn gốc vật liệu 126 3.34 Năng suất thực thu và ưu thế lai ở tính trạng năng suất hạt của các THL luân giao II tại Thái Nguyên năm 2011 127 3.35 Các giá trị trung bình về năng suất thực thu và ưu thế lai ở tính trạng năng suất hạt của các THL có chung nguồn gốc vật liệu 128 3.36 Giá trị KNKH chung (ĝi), KNKH riêng (ŝij) và phương sai KNKH riêng (2sij) ở tính trạng năng suất hạt của các dòng nhóm II tại Thái Nguyên năm 2011 130 3.37 Giá trị KNKH chung (ĝi), KNKH riêng (ŝij) và phương sai KNKH riêng (2sij) ở tính trạng TGST của các dòng nhóm II tại Thái Nguyên năm 2011 132 xi 3.38 Giá trị KNKH chung (ĝi) và phương sai KNKH riêng (2sij) ở tính trạng TGST và năng suất của các dòng nhóm II tại Thái Nguyên năm 2011 133 3.39 Hệ số tương quan giữa TGST với các tính trạng nông sinh học trong thí nghiệm Luân giao I tại Thái Nguyên năm 2011 136 3.40 Hệ số tương quan giữa TGST với các tính trạng nông sinh học trong thí nghiệm Luân giao II tại Thái Nguyên năm 2011 137 3.41 Thời gian sinh trưởng, một số đặc điểm nông sinh học, khả năng chống chịu và năng suất của các tổ hợp lai 140 3.42 Thời gian sinh trưởng, một số đặc điểm nông sinh học, khả năng chống chịu và năng suất của các tổ hợp lai 142 3.43 Một số đặc điểm hình thái, chống chịu và năng suất của các giống trong mô hình 143 3.44 Hiệu quả kinh tế của LVN883, LVN111 trong mô hình 144 3.45 Một số đặc điểm hình thái, chống chịu và năng suất của các giống trong mô hình 145 3.46 Hiệu quả kinh tế của LVN883, LVN111 trong mô hình 146 xii DANH MỤC CÁC HÌNH, ĐỒ THỊ Hình Tên hình, đồ thị Trang 1.1 Bản đồ vùng miền núi Đông Bắc Việt Nam 13 1.2 Biểu hiện ưu thế lai của giống ngô lai (giữa) tạo ra từ dòng B73 (trái) và Mo17 (phải) 40 3.1 Sơ đồ phả hệ của 58 dòng ngô tự phối dựa trên 30 mồi SSR theo phương pháp phân nhóm UPGMA 65 3.2 Giá trị KNKHC ở chỉ tiêu năng suất hạt của 14 dòng trong thí nghiệm lai đỉnh 1 vụ Xuân và vụ Đông 2010 89 3.3 Giá trị KNKHC ở chỉ tiêu năng suất hạt của 14 dòng trong thí nghiệm lai đỉnh II vụ Xuân và vụ Đông 2010 95 3.4 Hình ảnh bắp của 7 dòng tham gia thí nghiệm luân giao I 97 3.5 Giá trị KNKH chung (ĝi) và phương sai KNKH riêng (2sij) ở tính trạng năng suất hạt của các dòng nhóm I tại Thái Nguyên năm 2011 111 3.6 Giá trị KNKH chung (ĝi) và phương sai KNKH riêng (2sij) ở tính trạng TGST của các dòng nhóm I tại Thái Nguyên năm 2011 113 3.7 Hình ảnh ưu thế lai, cây và bắp tổ hợp lai LVN883 (D17 x D27) vụ Xuân 2011 tại Thái Nguyên 115 3.8 Hình ảnh bắp của 7 dòng tham gia thí nghiệm luân giao II 117 3.9 Giá trị KNKH chung (ĝi) và phương sai KNKH riêng (2sij) ở tính trạng năng suất hạt của các dòng nhóm II tại Thái Nguyên năm 2011 129 3.10 Giá trị KNKH chung (ĝi), KNKH riêng (ŝij) và phương sai KNKH riêng (2sij) ở tính trạng TGST của các dòng nhóm II tại Thái Nguyên năm 2011 133 3.11 Ưu thế lai, cây và bắp giống ngô lai LVN111 (D30 x D37) vụ Xuân 2012 tại Thái Nguyên 135 1 MỞ ĐẦU Ngô là môṭ trong ba cây cốc quan troṇg nhất cung cấp lương thưc̣ cho loài người và thức ăn chăn nuôi. Đồng thời ngô còn là cây thưc̣ phẩm như bắp nếp, bắp đường cho ăn tươi, làm sữa ngô, các loaị đồ uống, đồ hôp̣ và bắp ngô bao tử làm rau cao cấp. Bên caṇh đó ngô còn cung cấp nguyên liêụ cho các nhà máy sản xuất các măṭ hàng của ngành công nghiêp̣ lương thưc̣ – thưc̣ phẩm – dươc̣ phẩm và công nghiêp̣ nhe,̣ đăc̣ biêṭ là nguyên liêụ lý tưởng cho năng lươṇg sinh hoc̣. Ngô cũng là măṭ hàng nông sản xuất khẩu có giá tri ̣, mang laị ngoaị tê ̣cho nhiều quốc gia và vùng lañh thổ. Với những vai trò hết sức quan troṇg trong nền kinh tế như đa ̃nêu trên, cùng với tính thích ứng rôṇg và khả năng cho năng suất cao, cây ngô đa ̃đươc̣ hầu hết các quốc gia và vùng lañh thổ ở tất cả các châu luc̣