mở đầu cho sự phát triển các giống ngô biến đổi gen mang những đặc tính mong muốn ở nhiều vùng trồng ngô trên thế giới. Đặc biệt việc sử dụng các giống ngô biến đổi gen chứa đa gen (kháng sâu đục thân, sâu đục rễ và kháng thuốc trừ cỏ) tăng lên nhanh chóng. Bên cạnh đó, xu hướng chuyển gen vào ngô nâng cao khả năng chống chịu với những điều kiện bất thuận như hạn, mặn, nghèo đạm, sản xuất vaccine hay làm tăng hàm lượng dầu, vitamin… đang được đầu tư nghiên cứu và đã có những kết quả khả quan. Việt Nam đã cho phép đánh giá khảo nghiệm và cấp phép đủ điều kiện về an toàn sinh học và sử dụng làm thực phẩm và thức ăn chăn nuôi cho nhiều sự kiện ngô biến đổi gen kháng thuốc diệt cỏ và kháng sâu đục thân.
Cho đến nay nhiều giống ngô biến đổi gen đã được trồng và sản xuất đại trà tại một số vùng trồng ngô lớn trong cả nước. Những năm gần đây, sản xuất ngô ở nước ta đang phải đương đầu với tình trạng hạn hán, đặc biệt là tại các tỉnh Tây Nguyên và Nam Bộ. Khô hạn cũng là yếu tố quan trọng bậc nhất ảnh hưởng đến an ninh lương thực thế giới. Nguyên nhân chủ yếu do sự thiếu hụt về nước tưới cho nông nghiệp khi nguồn tài nguyên nước đang phải chịu áp lực từ gia tăng dân số và sự phát triển đô thị cùng quá trình công nghiệp hóa.
Không những thế, biến đổi khí hậu hiện nay đang diễn ra theo chiều hướng phức tạp làm cho tình trạng khô hạn ngày càng nghiêm trọng. Công tác chọn tạo giống cây trồng chịu hạn nói chung và cây ngô nói riêng là thách thức lớn cho các nhà chọn giống, bởi chịu hạn được quy định bởi hệ thống đa gene. Nghiên cứu di truyền phân tử tính chịu hạn đã chỉ ra rằng, phản ứng chống chịu điều kiện hạn được điều khiển bởi một vài gene trong hệ thống các gene quy định tính chịu hạn. Việc ứng dụng công nghệ chuyển gene nhằm chuyển các gene đóng vai trò điều khiển vào cây trồng đang được thế giới tiến hành nhiều năm qua nhằm tạo ra giống ngô chống chịu với điều kiện hạn.
Với mục đích nghiên cứu tạo sự kiện ngô biến đổi gen chịu hạn và chọn lọc đánh giá khả năng chịu hạn của các dòng ngô chuyển gen cho hiệu quả cao, chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài: “Đánh giá khả năng chịu hạn của một số dòng ngô chuyển gen ZmDREB”. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI Đánh giá khả năng chịu hạn của một số dòng ngô chuyển gen ZmDREB thông qua thí nghiệm gây hạn nhân tạo trong nhà lưới và so sánh với dòng nền không chuyển gen tương ứng nhằm xác định nguồn dòng ngô chuyển gen có khả năng chịu hạn cao sử dụng cho nghiên cứu tạo giống ngô chuyển gen chịu hạn. Ý NGHĨ KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 1. Ý nghĩa khoa học Kết quả của đề tài bổ sung cơ sở dữ liệu khoa học trong chương trình chuyển gen chịu hạn vào cây ngô, phân tích đánh giá và tạo sự kiện ngô biến đổi gen chịu hạn, cũng như hiểu thêm về cơ chế chịu hạn và 1 số chỉ tiêu hóa sinh liên quan đến hạn ở cây ngô và cây trồng nói chung.
Kết quả của luận văn còn bổ sung thông tin trong việc xây dựng bộ cơ sở dữ liệu sinh học phân tử và bộ cơ sở dữ liệu về một số chỉ tiêu hình thái chính của các sự kiện/dòng ngô chuyển gen phục vụ trong công tác nghiên cứu chọn tạo sự kiện ngô biến đổi gen chịu hạn đáp ứng về an toàn sinh học và có giá trị kinh tế. Ý nghĩa thực tiễn Cung cấp cho nghiên cứu chọn tạo các dòng ngô mang gen chịu hạn ZmDREB sử dụng làm nguồn vật liệu trong chọn tạo giống ngô biến đổi gen. Đánh giá và xác định một số dòng mang gen ZmDREB có khả năng chịu hạn hiệu quả cao thông qua thí nghiệm gây hạn nhân tạo giai đoạn cây con và giai đoạn trước trỗ trong điều kiện nhà lưới phục vụ chương trình nghiên cứu chọn tạo giống ngô chịu hạn. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.
TỔNG QUAN TÌNH HÌNH SẢN XUẤT NGÔ TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 2.Tình hình sản xuất ngô trên thế giới Tình hình sản xuất ngô trên thế giới tăng liên tục, nhất là thế kỷ 20 khi hiện tượng ưu thế lai được phát hiện, ứng dụng và cuộc cách mạng giống ngô lai ra đời. Ngô là cây trồng có tốc độ tăng trưởng cao nhất về năng suất cũng như sản lượng (bảng 2. Từ năm 1961, khi bắt đầu bùng nổ cuộc cách mạng giống lai và đánh dấu sự phát triển của các giống lai đơn công nghiệp, diện tích trồng ngô chỉ đạt 105,5 triệu ha, năng suất 19,4 tạ/ha và sản lượng 205,0 triệu tấn. Đến năm 2017, diện tích trồng ngô trên thế giới đã đạt 197,2 triệu ha, tăng 1,87 lần so với năm 1961; năng suất ngô đạt 57,5 tạ/ha tăng gấp 2,96 lần so với năm 1961; và sản lượng đạt 1.134,7 triệu tấn tăng gấp 5,54 lần so với năm 1961 (FAOSTAT, 2017).
Diện tích, năng suất, sản lượng của ngô trên thế giới (1961-2017) Diện tích Năng suất Sản lượng Năm (triệu ha) (tạ/ha) (triệu tấn) 1961 105,5 19,4 205,0 2005 148,2 48,2 714,2 2010 164,0 51,9 851,7 2015 190,4 55,2 1.134,7 Tỷ lệ tăng 2017 1,87 2,96 5,54 so với 1961 Nguồn: FAOSTAT (2017) Hình 2. Thị phần sản xuất ngô theo từng vùng Nguồn: FAOSTAT (2017) 3 Ngô là một trong những cây trồng quan trọng nhất ở Hoa Kỳ. Trong những năm qua, người dân sản xuất ngô tại Hoa Kỳ luôn cải tiến không ngừng các phương thức sản xuất qua đó đạt được sự tăng trưởng không ngừng doanh thu hàng năm. Trong năm 2016/2017, Hoa Kỳ đóng góp hơn 1/3 sản lượng ngô toàn cầu.
Năm 2016, Hoa Kỳ đã xuất khẩu khoảng 56,5 triệu tấn ngô, đưa quốc gia này trở thành nước xuất khẩu ngô lớn nhất thế giới. Nhật Bản và Mexio là những nước nhập khẩu ngô lớn nhất của Mỹ trong năm 2015, tương ứng khoảng 12,1 triệu tấn và 11,31 triệu tấn. Cho tới nay, Hoa Kỳ vẫn luôn đứng ở đứng đầu những quốc gia sản xuất ngô lớn nhất thế giới với khối lượng sản xuất đã lên tới khoảng 366,7 triệu tấn, đứng ngay sau là Trung Quốc và Brazil với sản lượng lần lượt là 257,3 và 94,5 triệu tấn (Statista, 2019). Sản xuất ngô thế giới năm 2018/2019 (triệu tấn) 2.
Tình hình sản xuất ngô ở Việt Nam Ở Việt Nam, cây ngô trở thành cây lương thực chính đứng thứ 2 sau cây lúa và là cây màu quan trọng nhất. Từ nhiều năm qua, nhờ những chính sách chủ trương của Nhà nước cùng với những tiến bộ về giống và kỹ thuật canh tác, cây ngô đã có những bước tiến đáng kể được thể hiện qua sự tăng trưởng về diện tích, năng suất và sản lượng. Sản xuất ngô ở Việt Nam từ 1990 đến nay có những bước nhảy vượt bậc về diện tích năng suất và tổng sản lượng, nhờ việc không ngừng mở rộng giống ngô lai ra sản xuất, đồng thời cải thiện các biện pháp kỹ thuật canh tác theo đòi hỏi của giống mới. Năm 1990, diện tích trồng giống lai chiếm 0% trên hơn 400 nghìn ha ngô, năm 2017 giống lai đã chiếm khoảng >95% trong tổng số > 1 triệu ha.
Diện tích, năng suất và sản lượng ngô của Việt Nam giai đoạn 1990-2017 Diện tích Năng suất Sản lượng Tỷ lệ giống lai Năm ( nghìn ha) (tạ/ha) (nghìn tấn) (%) 1990 431,8 15,5 671,0 0 2000 730,2 27,5 2005,9 65 2010 1125,7 41,1 4625,7 90 2014 1179,0 44,1 5202,3 >95 2015 1178,9 44,8 5287,2 >95 2016 1152,7 45,5 5246,5 >95 2017 1099,9 46,7 5131,9 >95 Nguồn: Tổng cục thống kê (2018) Tốc độ phát triển của cây ngô ở nước ta từ năm 2014 đến năm 2017 mặc dù diện tích trồng ngô có giảm nhưng năng suất tăng theo từng năm. Cụ thể năm 2014 diện tích trồng ngô đạt 1179,0 nghìn ha, năng suất 44,1 tạ/ha, sản lượng đạt 5202,3 nghìn tấn. Đến năm 2017 theo đánh giá sơ bộ thì diện tích ngô còn 1099,9 nghìn ha, giảm 79 nghìn ha, năng suất đạt 46,7 tạ/ha và sản lượng 5131,9 nghìn tấn. Trong vòng 20 năm trở lại đây (từ năm 2000 đến năm 2017) năng suất ngô tăng 1,7 lần, sản lượng tăng 2,5 lần so với năm 2000 (bảng 2.
Tuy nhiên, so với trung bình năng suất ngô của thế giới, năng suất ngô ở Việt Nam vẫn còn thấp hơn nhiều đặc biệt so sánh với những nước phát triển về ngô như Mỹ, Canada thì năng suất ngô thấp hơn 2 - 3 lần. Với sự phát triển nhanh của ngành chăn nuôi, nhu cầu ngô hạt của ngành này tăng nhanh hơn mức phát triển về sản lượng ngô ở nước ta. Vì vậy, hiện nay ngành chế biến thức ăn gia súc vẫn phải nhập khoảng 7- 9 triệu tấn ngô hạt hàng năm để bù đắp cho thiếu hụt này. Nhiều năm qua, Viện Nghiên cứu Ngô đã ứng dụng công nghệ sinh học trong chọn tạo giống ngô và đã thu được những kết quả đáng khích lệ.
Cụ thể đã sàng lọc và hoàn thiện kỹ thuật nuôi cấy bao phấn và xác định được một số dòng triển vọng cho tỷ lệ tái sinh cao như C436, C7N, V27, V152, V164, C152N,. Việc ứng dụng chỉ thị phân tử trong đánh giá đa dạng di truyền của tập đoàn dòng và một số quần thể đã được Viện triển khai trong thời gian qua. Phần lớn các dòng thuần của Viện đã được phân nhóm ưu thế lai, giúp định hướng chọn tạo giống lai có hiệu quả. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VỀ CÂY TRỒNG BIẾN ĐỔI GEN TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM 2.
Tình hình nghiên cứu về cây trồng biến đổi gen trên thế giới Trong giai đoạn 2011 – 2020, những nghiên cứu về cây trồng biến đổi gen chủ yếu tập trung vào các đặc tính chống chịu với điều kiện môi trường bất lợi, nâng cao năng suất, cải thiện các thành phần hóa học, biến đổi hàm lượng lignin, sản xuất các dược phẩm trị liệu, các hợp chất chức năng từ thực vật. Bên cạnh đó, đặc tính kháng sâu bệnh, cỏ dại, chịu hạn tiếp tục được cải tiến và mở rộng áp dụng cho nhiều nhóm đối tượng cây trồng khác nhau. Đặc biệt, các cây trồng biến đổi gen đa tính trạng đã và đang được chú ý phát triển. Trên thế giới hiện tính đến năm 2016 đã có 185,1 triệu ha diện tích cây trồng biến đổi gen trên tổng số 26 nước trong đó 19 nước đang phát triển và 7 nước phát triển.
Đứng đầu các nước trồng cây biến đổi gen đó là Mỹ với 72,9 triệu ha chiếm 39 %, tiếp đến là Brazil với 49,1 triệu ha chiếm 27 %, Argentina đạt 23,8 triệu ha chiếm 13 %.