Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Cơ sở khoa học của đề tài Trong những năm qua, nền kinh tế nước ta đã có những bước tiến đáng kể; sản xuất nông nghiệp tiếp tục phát triển với tốc độ khá theo hướng sản xuất hàng hoá, nâng cao năng suất, chất lượng; kinh tế nông thôn chuyển dịch theo hướng tăng tỷ trọng công nghiệp, dịch vụ, ngành nghề. Tuy nhiên diện tích đất nông nghiệp ngày càng bị thu hẹp do sự phát triển của công nghiệp, vì vậy sản xuất nông nghiệp phải có những bước đi chắc chắn vào thị trường chung và đảm bảo an ninh lương thực. Để giải quyết vấn đề này ngoài biện pháp phát triển kỹ thuật canh tác bền vững, đòi hỏi các nhà khoa học phải nhanh chóng tạo ra những giống mới có năng suất cao, chống chịu tốt phù hợp với điều kiện sinh thái và kinh tế của mỗi vùng.
Cải thiện giống là biện pháp rất quan trọng để tăng năng suất ngô. Các nhà khoa học Việt Nam đã tạo ra nhiều giống ngô lai năng suất cao, khả năng chống chịu tốt phù hợp với các vùng sinh thái. Chọn tạo giống ngô phải thực hiện qua nhiều giai đoạn, trong đó đánh giá tổ hợp lai là giai đoạn quan trọng nhất. Qua quá trình đánh giá tổ hợp lai, các nhà khoa học chọn được các dòng thuần ưu tú làm vật liệu tạo giống và các tổ hợp lai tốt phát triển giống để phục vụ sản xuất.
Quá trình thực hiện các bước trong nghiên cứu đều phải tiến hành lặp lại nhiều lần ở nhiều vùng và mùa vụ để đảm bảo độ tin cậy của các kết quả nghiên cứu. Do đó, để lựa chọn được những tổ hợp ngô lai mới đưa vào sản xuất đại trà, góp phần làm tăng năng suất và sản lượng ngô của tỉnh Thái Nguyên nghiên cứu đã được thực hiện trong hai vụ: Vụ Đông năm 2017 và vụ Xuân năm 2018. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Nghiên cứu về giống ngô lai trên thế giới và trong nước 1.
Kết quả nghiên cứu ngô lai trên thế giới Trong quá trình nghiên cứu về ngô, hiện tượng ưu thế lai ở cây ngô được nhiều nhà khoa học quan tâm, những kết quả nghiên cứu về ngô lai góp phần quan trọng nhằm nâng cao năng suất và chất lượng ngô. Có nhiều tổ chức ngô lai trên thế giới gặt hái được những thành công rực rỡ trên lĩnh vực này. Nhà khoa học đầu tiên trên thế giới thành công trong việc khẳng định ưu thế lai ở cây ngô là Bill, năm 1876, ông đã thu được con lai có năng suất cao hơn bố mẹ từ 10 - 15% (Ngô Hữu Tình, 1997) [18]. Ngô lai là một thành tựu khoa học cực kỳ quan trọng trong nền kinh tế thế giới.
Ngô lai đã làm tăng sản lượng ngũ cốc, 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 phát triển thành công 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.
Ngô lai đã khẳng định được vị thế về năng suất ở hầu hết các vùng sinh thái trên thế giới, chính vì vậy nhiều quốc gia đã đầu tư nghiên cứu phát triển ngô lai. Tùy điều kiện cụ thể ở mỗi nước, các tiêu chí ưu tiên trong chọn tạo giống được thay đổi cho phù hợp. Ở châu Á, Ấn Độ là nước có nhu cầu sử dụng ngô rất lớn, nhưng rất nhiều vùng trồng ngô của Ấn Độ bị ảnh hưởng của điều kiện ngoại cảnh bất thuận, vì vậy chọn tạo giống có khả năng chống chịu với điều kiện ngoại cảnh bất thuận là mục tiêu hàng đầu của các nhà khoa học. Từ năm 2000, đã có hơn 165 giống có nhiều đặc tính khác nhau như: ngô lấy hạt, ngô ngọt, bắp bao tử, LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 6 ngô protein chất lượng được phổ biến ở các vùng sinh thái nông nghiệp ở Ấn Độ.
Khoảng 65% diện tích trồng ngô của Ấn Độ sử dụng các giống lai đã cải thiện năng suất từ 5,5 tạ/ha (năm 1951) lên 25,8 tạ/ha (năm 2014) (Om Prakash Yadav et al, 2015) [34]. Ưu thế lai đã góp phần cải thiện đáng kể năng suất và khả năng chống chịu của cây ngô. Tuy nhiên, khi trồng trong điều kiện phù hợp ưu thế lai sẽ biểu hiện rõ nét hơn, vì vậy các nhà khoa học đều phải tiến hành thử nghiệm trước khi phát triển giống đại trà. Để có được các giống ngô tốt góp phần phát triển sản xuất ngô của Ấn Độ, năm 2015, Ramneek Kumar et al [35] đã tiến hành thử nghiệm 24 giống ngô lai trong đó có các giống ngô Việt Nam ở 5 môi trường khác nhau.
Kết quả cho thấy: Giống lai G5 (TNAU Co-6), G14 (LVN 99) và G18 (VS 71) sinh trưởng, phát triển tốt nhất ở Udaipur, G23 (Bio 9544), G12 (VN 8960) và G21 (HTMH 5101 Sona) và G24 (Bio 9522 S) tốt nhất ở Hyderabad và Delhi. Tại Karnal G20 (900M Gold), G6 (PMH-1), G13 (LCH 9) và G22 (HTMH 5401) là các kiểu gen tốt nhất trong khi ở Kanpur G7 (PMH-2), G11 (HQPM-1) và G 2 (WLS-F133-4-1-1-B-2-BBB / CL02450 - BBB) là tốt nhất. Trung tâm cải tạo giống ngô và lúa mì Quốc tế (CIMMYT) là một trong những trung tâm nghiên cứu về ngô lớn nhất thế giới, ngoài việc cải thiện nguồn gen, trung tâm còn phát triển các gen tốt cho các vùng trồng ngô trên toàn thế giới. Từ nguồn gen do CIMMYT cung cấp, Viện nghiên cứu nông nghiệp Quốc gia Bolivia (INIAF), đã lai tạo thành công hai giống ngô lai mới là INIAF H1 và INIAF HQ2.
Giống INIAF H1 có dạng đá, màu vàng kháng bệnh tốt và lá bi che kín bắp. INIAF HQ2 màu vàng có hàm lượng cao protein và khả năng chịu hạn tương đối khá. Hai giống ngô này đạt năng suất 7 tấn/ha tại Villa Montes, nơi có lượng mưa trong cả vụ gieo trồng chỉ đạt 352 mm (CIMMYT, 2013) [32]. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 7 Tại Châu Phi, ngô được coi là nguồn lương thực chính, nhưng năng suất, sản lượng ngô còn rất thấp do điều kiện tự nhiên bất thuận và không có khả năng đầu tư thâm canh.
Vì vậy, để giúp sản xuất ngô ở một nước khó khăn ở Châu phi, Nigeria, các nhà khoa học luôn cố gắng tìm kiếm các giống năng suất cao, thời gian sinh trưởng ngắn để tránh điều kiện bất thuận và tăng vụ. Jimoh Babatunde (2015) [33] sau 5 năm nghiên cứu đã cho ra đời hai giống ngô lai mới là Ife Maizehyb-07 và Ife Maizehyb-08. Hai giống ngô lai mới này có thời gian sinh trưởng ngắn lợi thế trong mùa mưa thất thường đặc biệt là trong vụ trồng thứ hai ở Tây Nam Nigeria, góp phần thay đổi cuộc sống của hàng triệu nông dân, không chỉ ở Nigeria mà còn trên toàn Tây Phi. Giống ngô Ife Maizehyb-07 và Ife Maizehyb-08 có tiềm năng năng suất là 7,0 tấn/ha và 8,5 tấn/ha, hàm lượng tinh bột cao, rất tốt cho sử dụng làm bánh và thức ăn chăn nuôi.
Ngày nay, nghiên cứu chọn tạo giống ngô lai được hỗ trợ bằng kỹ thuật cao như: ứng dụng kỹ thuật nuôi cấy bao phấn invitro 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 tích đa dạng di truyền và phân nhóm ưu thế lai của giống. Trong đó kỹ thuật nuôi cấy bao phấn là hướng nghiên cứu tạo dòng thuần invitro có nhiều triển vọng (Trần Thị Thêm, 2006) [14]. 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 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 8 cao theo hướng tăng diện tích 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 chính 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 Trung Quốc, Mêxicô, Việt Nam. 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 ngô.
Ngày nay, các giống ngô lai đơn thế hệ mới có những đặc điểm nổi bật là năng suất cao, chống chịu tốt với các điều kiện ngoại cảnh bất thuận như nắng nóng, hạn, chống đổ, ít bị nhiễm sâu bệnh, có khả năng trồng mật độ cao từ 8-9 vạn cây/ha, năng suất đại trà đạt trên 10 tấn/ha do vật liệu sử dụng LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 9 trong chọn tạo giống ngô đã được cải tiến. Ngô là cây trồng đầy triển vọng của loài người trong thế kỷ 21.