Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Tình hình nghiên cứu, sản xuất ngô trên thế giới và Việt Nam 1. Tình hình nghiên cứu chọn tạo giống ngô lai 1. Tình hình nghiên cứu chọn tạo giống ngô lai trên thế giới Ngô lai (Hybrid Maize) - một thành tựu khoa học nông nghiệp nổi bật của thế kỷ thứ 20 là kết quả của việc ứng dụng ưu thế lai trong tạo giống ngô, có một số đặc điểm chính sau: hiệu ứng trội và siêu trội được sử dụng trong quá trình tạo giống, giống có nền di truyền hẹp, thường thích ứng hẹp, yêu cầu thâm canh cao, độ đồng đều tốt, năng suất cao, cần có hệ thống sản xuất và chế biến hạt giống hoàn thiện, hạt giống chỉ sử dụng được một đời F1.
Những chương trình tạo giống tiên tiến đều phát triển theo trình tự từ lai kép, lai ba, lai đơn cải tiến và lai đơn. Lai đơn là giống lai có nhiều đặc tính tốt hơn và có năng suất cao nhất trong các loại giống lai. Chỉ có giống lai đơn có kiểu gen của thế hệ F1 là đồng nhất trong khi tất cả các giống lai khác có thế hệ F1 là không đồng nhất và tính không đồng nhất tăng lên khi số lượng bố mẹ tham gia tăng lên vì thế giống lai đơn hấp dẫn nhất về kiểu hình. Nhược điểm chính của lai đơn là dòng thuần bố mẹ có sức sống yếu và năng suất thấp.
Một khi trở ngại này khắc phục được thì giống lai đơn đương nhiên sẽ là mục tiêu mà các chương trình tạo giống mong muốn đạt tới. Người đầu tiên khám phá ra ngô lai là George Harrision Shull - một nhà khoa học Mỹ. Ngay từ những năm 1908, 1909 ông đã đưa ra 3 quan sát chìa khóa, đó là: (1) Từng cá thể cây ngô thụ phấn tự do bình thường là con lai; (2) bằng đồng huyết, con lai giảm xuống trở thành dòng thuần, mà ông gọi là giống cải tạo thực (true breeding strains); (3) giống lai đồng đều (lai đơn) đã được tạo ra từ hai dòng thuần. Ông cũng là người đầu tiên tạo ra dòng thuần bằng tự thụ và tạo ra những giống ngô lai đơn đầu tiên.
Shull là người đầu tiên vào năm 1914 đưa ra thuật ngữ “Heterosis” để chỉ ưu thế lai. Vào thời gian đó, Edward Murray East - người đồng thời với Shull đã tiếp tục áp dụng thực tế của ưu thế lai trong chọn tạo giống ngô, ông đã trở thành nhà cải tạo ngô 6 hàng đầu vào thời điểm đó, đóng góp nhiều kiến thức cơ bản cho sự phát triển của ngô lai hiện đại. Mặc dù những phát minh của Shull đã được công nhận rộng rãi và Edward Murray East đã tiếp bước sự nghiệp, song ngô lai đã không có sức sống vì năng suất dòng thấp, giá thành hạt giống cao. Jones - một học trò của East đã đưa ra phương pháp lai kép (double cross) vào năm 1917.
Phát hiện đó của ông đã mở ra một thời kỳ phát triển ngô lai mới, lập tức ngô lai đã hồi sinh. Suốt thời gian dài mãi tới những năm 1960 các dòng thuần năng suất cao để tạo ra các giống ngô lai đơn dần thay thế các giống ngô lai kép ra đời và phát triển sâu rộng cho đến ngày nay những giống ngô lai đơn thế hệ mới được cải tiến rất nhiều để đáp ứng nhu cầu của thực tiễn. 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, hạn, nóng, 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. Ngày nay các công ty đa quốc gia còn đưa ra các giống ngô chuyển gen kháng sâu đục thân, kháng thuốc trừ cỏ.
Việc sử dụng các công nghệ nuôi cấy bao phấn, nuôi cấy noãn chưa thụ tinh hoặc sử dụng cây kích tạo đơn bội để tạo ra các dòng thuần nhanh chóng hơn rút ngắn quá trình chọn tạo giống ngô lai. Tình hình nghiên cứu chọn tạo giống ngô lai ở Việt Nam Nghiên cứu ngô lai ở Việt Nam đã bắt đầu từ những năm 1970. Tuy nhiên vào những năm 1990 ngô lai mới thực sự có chỗ đứng ở nước ta. Đây thực sự là một thành công lớn trong lĩnh vực nghiên cứu nông nghiệp của Việt Nam.
Việt Nam cũng đã phải trải qua việc sử dụng các giống ngô lai không quy ước (Nonconventional Hybrids). Sau nhiều năm nghiên cứu đến cuối những năm 1990 các giống ngô lai đơn mới phát triển mạnh mẽ ở nước ta. Chỉ trong vòng hơn 10 năm (từ 1990 - 2005), nước ta đã tạo ra nhiều giống lai quy ước có năng suất, chất lượng không thua kém các giống lai nước ngoài. Các giống lai như: LVN4, LVN12, LVN17, LVN23, LVN24, LVN25,.
đã góp phần quyết định đến năng suất ngô của Việt Nam trong những năm gần đây. 7 Năm 2002 Trung tâm Khảo nghiệm giống cây trồng Trung ương đã tiến hành khảo nghiệm 43 giống ngô mới nguồn gốc lai tạo trong nước và một số giống nhập nội phía Bắc, kết quả là các giống ngô đã khảo nghiệm có triển vọng được đề nghị mở rộng diện tích sản xuất thử để khu vực hoá và công nhận chính thức là: nhóm chín sớm, nhóm chín muộn, nhóm chín trung bình. Giai đoạn 2003 đến nay: Thông qua dự án “Phát triển giống ngô chịu hạn nhằm cải thiện thu nhập cho nông dân vùng Đông Nam châu Á” (AMNET), chúng ta đã thu thập được một số nguồn nguyên liệu mới từ CIMMYT và các nước trong khu vực, phục vụ cho công tác tạo giống ngô lai. Nhiều giống lai có thời gian sinh trưởng khác nhau được chọn tạo bằng phương pháp truyền thống và công nghệ sinh học đã được áp dụng vào sản xuất ở tất cả các vùng sinh thái trong cả nước.
Nhờ nguồn nguyên liệu tạo dòng khá phong phú và được thử nghiệm trong nhiều điều kiện sinh thái mùa vụ khác nhau nên các giống ngô lai mới tạo ra có nhiều ưu thế như: chống đổ, ít nhiễm sâu bệnh, chất lượng tốt, mẫu mã đẹp, năng suất cao, thời gian sinh trưởng ngắn, thích nghi với nhiều vùng sinh thái khác nhau như VN8960, LCH9, LVN14, LVN99, LVN61, LVN66, LVN154,. Hơn nữa, cùng với phương pháp chọn tạo giống truyền thống thì việc ứng dụng công nghệ sinh học tuy chỉ mới bắt đầu 10 năm trở lại đây nhưng đã thu được kết quả bước đầu đáng khích lệ. Viện Nghiên cứu Ngô đang ngày càng hoàn thiện kỹ thuật nuôi cấy bao phấn và đã cho ra đời hơn 10 dòng đơn bội kép, được đánh giá là rất có triển vọng trong công tác tạo giống lai. Theo tác giả Phan Xuân Hào (2005) [19], đã tiến hành phân tích đa dạng di truyền tập đoàn dòng bằng kỹ thuật SSR, đã phối hợp chỉ thị phân tử đánh giá đặc điểm năng suất của một số tổ hợp ngô lai,.
Trong tương lai gần, các kỹ thuật mới này sẽ ngày càng có vai trò quan trọng hơn trong việc kết hợp với phương pháp chọn tạo giống truyền thống để tạo ra những giống ngô lai tốt. Để tạo các giống có khả năng chống chịu với điều kiện bất thuận đã đạt được kết quả, trong đó đáng chú ý nhất là cây ngô biến đổi gen kháng sâu đục thân, kháng vi rút, chịu thuốc trừ cỏ, chịu hạn. 8 Tại Sơn La giống ngô LVN10 đã được trồng phổ biến cho năng suất trung bình 5 - 6 tấn/ha, nhưng trong những năm gần đây một số giống mới của Viện Nghiên cứu Ngô được trồng như: LVN61, LVN14 và VN8960 đã cho năng suất cao 7 - 8 tấn/ha và có khả năng chịu hạn tốt. Bên cạnh đó có các giống của các công ty nước ngoài như: NK66, NK54, NK67 cũng cho năng suất cao 8 - 9 tấn.
Như vậy, trong hơn hai thập kỷ qua, những tiến bộ kỹ thuật mới được đưa vào sản xuất góp phần không nhỏ vào việc tăng năng suất và sản lượng ngô nước ta. Từ các nghiên cứu trên cho thấy, giống ngô được đánh giá là biện pháp quan trọng số một để thúc đẩy sản xuất phát triển, làm tăng năng suất. Tuy nhiên, một số giống chỉ phát huy hết tiềm năng của giống ở môi trường đất đai, khí hậu phù hợp. Vì vậy, việc nghiên cứu đánh giá các giống trên đồng ruộng của nông dân ở các vùng sinh thái khác nhau nhằm lựa chọn giống thích hợp có ý nghĩa quan trọng.
Tình hình sản xuất ngô trên thế giới và Việt Nam 1. Tình hình sản suất ngô trên thế giới Sản xuất ngô thế giới tăng liên tục từ đầu thế kỷ 20 đến nay. Ngô là cây trồng có tốc độ tăng trưởng về năng suất cao nhất trong các cây lương thực chủ yếu do việc lai tạo và sử dụng giống ngô lai. Ngô lai đã chứng minh là một trong những thành tựu tạo giống cây trồng lớn của loài người, đồng thời đóng góp vào việc giải quyết nạn đói ở các nước đang phát triển vùng châu Á, châu Phi và châu Mỹ La Tinh (Nguyễn Thế Hùng, 2002) [23].
Diện tích, năng suất và sản lượng ngô trên thế giới (2011-2016) Năm Diện tích (Triệu ha) Năng suất (Tạ/ha) Sản lượng (Triệu tấn) 2011 172,26 51,5 887,85 2012 178,55 48,9 872,80 2013 184,19 55,2 1016,74 2014 183,32 55,7 1021,62 2015 179,82 56,5 1015,57 2016 177,61 54,1 960,73 (Nguồn: FAO, 2015; USDA, 2016)[92][96] 9 Diện tích, năng suất và sản lượng ngô trên thế giới nhìn chung có sự tăng trưởng không ngừng từ năm 2011 đến nay. Năm 2011, diện tích ngô trên thế giới chỉ là 172,26 triệu ha, năng suất đạt 51,5 tạ/ha, sản lượng 887,85 triệu tấn, thì đến năm 2016 diện tích đạt 177,61 triệu ha, năng suất 54,1 tạ/ha, sản lượng cũng tăng rất mạnh lên tới 960,73 triệu tấn (bảng 1. Những năm gần đây với sự phát triển của khoa học công nghệ, công tác chọn tạo giống được trợ giúp bởi nhiều kỹ thuật mới mở ra tiềm năng ứng dụng rộng lớn trong cải tạo giống ngô, những kỹ thuật mới này tập trung vào hai lĩnh vực: nuôi cấy mô tế bào và tái tổ hợp ADN. Trên thế giới, sản xuất ngô tập trung chủ yếu ở châu Mỹ và châu Á.
Mỹ là nước có sản lượng ngô đạt cao nhất thế giới. Năm 2016, sản lượng ngô của Mỹ là 345,51 triệu tấn, chiếm 35,96 % tổng sản lượng của thế giới, năng suất trung bình đạt 105,7 tạ/ha, gấp 1.95 lần năng suất trung bình của thế giới. Trung Quốc là nước có diện tích trồng ngô đứng đầu thế giới, năm 2016 diện tích trồng ngô của Trung Quốc là 38,12 triệu ha, chiếm 21,46 % diện tích trồng ngô toàn thế giới (USDA, 2016) [96].