Nghiên Cứu Chọn Tạo Giống Ngô Chịu Hạn Phục Vụ Chuyển Đổi Cơ Cấu Cây Trồng Tại Miền Núi Phía Bắc

Nghiên cứu chọn tạo giống ngô chịu hạn nhằm chuyển đổi cơ cấu cây trồng cho các tỉnh miền núi phía bắc, nâng cao năng suất và hiệu quả kinh tế.

• Tác giả: Bùi Văn Hiệu
• Người hướng dẫn: TS. Mai Xuân Triệu
• Trường học: Viện Khoa Học Nông Nghiệp Việt Nam
• Chuyên ngành: Di Truyền Và Chọn Giống Cây Trồng
• Đề tài: Nghiên Cứu Chọn Tạo Giống Ngô Chịu Hạn Phục Vụ Chuyển Đổi Cơ Cấu Cây Trồng Tại Miền Núi Phía Bắc
• Loại tài liệu: Luận Án Tiến Sỹ Nông Nghiệp
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
• DANH MỤC BẢNG
• DANH MỤC HÌNH
• MỞ ĐẦU
• Tính cấp thiết của đề tài
• Mục tiêu của đề tài
• Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
• Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài
• Những đóng góp mới của đề tài
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC
• 1.1. Tổng quan sản xuất ngô trên thế giới và ở Việt Nam
• 1.1.1. Tình hình sản xuất và sử dụng giống ngô trên thế giới
• 1.1.2. Tình hình sản xuất và sử dụng giống ngô ở Việt Nam
• 1.1.3. Đặc điểm kinh tế, xã hội và tình hình sản xuất ngô ở các tỉnh miền núi phía Bắc
• 1.1.3.1. Đặc điểm tự nhiên xã hội vùng miền núi phía Bắc
• 1.1.3.2. Tình hình sản xuất ngô ở các tỉnh miền núi phía Bắc
• 1.1.4. Mục đích yêu cầu của chuyển đổi cơ cấu cây trồng có ngô ở các tỉnh Miền núi phía Bắc
• 1.2. Tình hình nghiên cứu chọn tạo và sử dụng giống ngô lai chịu hạn
• 1.2.1. Cơ sở sinh lý, di truyền của tính chịu hạn ở cây ngô
• 1.2.2. Ảnh hưởng của hạn tới sinh trưởng phát triển và năng suất của cây ngô
• 1.2.3. Một số quan điểm về chọn tạo giống ngô chịu hạn
• 1.2.4. Nguồn vật liệu và phương pháp đánh giá lựa chọn ngô chịu hạn
• 1.2.5. Một số tính trạng hữu ích trong việc nghiên cứu giống ngô chịu hạn
• 1.2.6. Tình hình nghiên cứu, sử dụng giống ngô lai chịu hạn trên thế giới
• 1.2.7. Tình hình nghiên cứu, sử dụng giống ngô lai chịu hạn ở Việt Nam
• 1.3. Dòng thuần và một số phương pháp chọn tạo dòng thuần
• 1.3.1. Khái niệm dòng thuần
• 1.3.2. Một số phương pháp chọn tạo dòng thuần
• 1.4. Khả năng kết hợp và phương pháp đánh giá khả năng kết hợp ngô
• 1.4.1. Khả năng kết hợp
• 1.4.2. Phương pháp đánh giá khả năng kết hợp
• 1.5. Đa dạng di truyền và ứng dụng trong chọn tạo giống ngô
• 2. CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Vật liệu nghiên cứu
• 2.2. Nội dung nghiên cứu
• 2.3. Thời gian và địa điểm nghiên cứu
• 2.4. Phương pháp nghiên cứu
• 2.4.1. Phương pháp đánh giá khả năng chịu hạn của các dòng ở giai đoạn cây con trong điều kiện gây hạn nhân tạo
• 2.4.2. Phương pháp đánh giá đặc điểm nông học, năng suất và khả năng chịu hạn của các dòng trong thí nghiệm điều khiển tưới
• 2.4.3. Phương pháp đánh giá đa dạng di truyền của các dòng nghiên cứu bằng chỉ thị SSR
• 2.4.4. Phương pháp đánh giá ưu thế lai và khả năng kết hợp của các dòng
• 2.4.5. Đánh giá khả năng chịu hạn của các tổ hợp lai luân phiên trong nhà lưới có mái che theo phương pháp Pervez H Zaidi năm 2002
• 2.4.6. Phương pháp xây dựng mô hình giống ngô mới có khả năng chịu hạn tại một số vùng chuyển đổi cơ cấu cây trồng ở miền núi phía Bắc
• 2.5. Xử lý số liệu
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Đánh giá khả năng chịu hạn của các dòng ở giai đoạn cây con trong điều kiện gây hạn nhân tạo
• 3.1.1. Đánh giá khả năng giữ nước và khả năng phục hồi của các dòng
• 3.1.2. Đánh giá một số chỉ tiêu liên quan đến khả năng chịu hạn trong chậu của các dòng ngô
• 3.2. Đánh giá đặc điểm nông học, năng suất và khả năng chịu hạn của các dòng trong thí nghiệm điều khiển tưới
• 3.2.1. Thời gian sinh trưởng qua các giai đoạn của các dòng
• 3.2.2. Kết quả theo dõi một số đặc điểm nông học của các dòng ngô
• 3.3. Đánh giá đa dạng di truyền của 30 dòng ngô bằng chỉ thị phân tử SSR
• 3.4. Đánh giá khả năng kết hợp của các dòng
• 3.4.1. Đánh giá KNKH chung của các dòng bằng phương pháp lai đỉnh
• 3.4.2. Đánh giá KNKH riêng của các dòng và ƯTL của các THL bằng phương pháp lai luân phiên
• 3.5. Đánh giá khả năng chịu hạn của các tổ hợp lai và đánh giá khả năng thích ứng, tính ổn định của tổ hợp lai triển vọng
• 3.5.1. Đánh giá khả năng chịu hạn của các tổ hợp trong nhà lưới có mái che vụ xuân 2016
• 3.5.2. Đánh giá khả năng thích ứng và tính ổn định của tổ hợp lai triển vọng
• 3.6. Trình diễn tổ hợp lai chịu hạn trên đất chuyển đổi cơ cấu cây trồng ở một số vùng miền núi phía Bắc
• 3.6.1. Trình diễn tổ hợp lai chịu hạn trên đất ruộng bậc thang tại Nậm Lành - Văn Chấn - Yên Bái
• 3.6.2. Trình diễn các tổ hợp lai chịu hạn trong trên đất gò đồi (tăng vụ ngô Thu Đông) tại Võ Nhai – Thái Nguyên
• 3.6.3. Trình diễn các tổ hợp lai chịu hạn trên diện tích đất chuyển đổi lúa nương tại Chiềng Sàng, Yên Châu, Sơn La
• KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ
• DANH MỤC CÔNG TRÌNH, BÀI BÁO ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu chọn tạo giống ngô chịu hạn tại miền núi phía Bắc

Nghiên cứu chọn tạo giống ngô chịu hạn là một trong những giải pháp quan trọng nhằm nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm nông nghiệp tại miền núi phía Bắc Việt Nam. Vùng này có điều kiện khí hậu khắc nghiệt, thường xuyên chịu ảnh hưởng của hạn hán, ảnh hưởng lớn đến sản xuất nông nghiệp. Việc phát triển giống ngô chịu hạn không chỉ giúp cải thiện năng suất mà còn góp phần vào việc chuyển đổi cơ cấu cây trồng, nâng cao hiệu quả kinh tế cho nông dân.

1.1. Tình hình sản xuất ngô tại miền núi phía Bắc

Sản xuất ngô tại miền núi phía Bắc đang gặp nhiều khó khăn do điều kiện tự nhiên khắc nghiệt. Diện tích trồng ngô chủ yếu nằm trên đất dốc, phụ thuộc vào nước trời, dẫn đến năng suất thấp. Năm 2020, năng suất ngô của vùng chỉ đạt 40,3 tạ/ha, thấp hơn so với trung bình cả nước.

1.2. Vai trò của giống ngô chịu hạn trong sản xuất

Giống ngô chịu hạn có vai trò quan trọng trong việc cải thiện năng suất và chất lượng sản phẩm. Những giống này giúp nông dân giảm thiểu thiệt hại do hạn hán, đồng thời tăng cường khả năng thích ứng với biến đổi khí hậu.

II. Vấn đề và thách thức trong việc chọn tạo giống ngô chịu hạn

Việc chọn tạo giống ngô chịu hạn tại miền núi phía Bắc gặp nhiều thách thức. Các giống hiện có thường có năng suất thấp và không phù hợp với điều kiện sinh thái của vùng. Hơn nữa, việc chuyển đổi cơ cấu cây trồng từ các loại cây khác sang ngô cũng gặp khó khăn do thói quen canh tác của nông dân.

2.1. Những khó khăn trong sản xuất ngô

Khó khăn lớn nhất trong sản xuất ngô tại miền núi phía Bắc là tình trạng hạn hán kéo dài, ảnh hưởng đến sự phát triển của cây trồng. Nông dân thường phải đối mặt với rủi ro cao khi trồng ngô trong điều kiện khí hậu không ổn định.

2.2. Thách thức trong việc chuyển đổi cơ cấu cây trồng

Chuyển đổi cơ cấu cây trồng từ cây lúa sang ngô chịu hạn gặp nhiều khó khăn do thói quen canh tác lâu đời của nông dân. Cần có các chính sách hỗ trợ và khuyến khích để thúc đẩy quá trình này.

III. Phương pháp chọn tạo giống ngô chịu hạn hiệu quả

Để chọn tạo giống ngô chịu hạn hiệu quả, cần áp dụng các phương pháp khoa học hiện đại kết hợp với kinh nghiệm thực tiễn. Việc đánh giá khả năng chịu hạn của các dòng ngô là rất quan trọng trong quá trình này.

3.1. Đánh giá khả năng chịu hạn của giống ngô

Đánh giá khả năng chịu hạn của giống ngô được thực hiện thông qua các thí nghiệm trong điều kiện hạn nhân tạo. Các chỉ tiêu như khả năng giữ nước, khả năng phục hồi sau hạn được xem xét kỹ lưỡng.

3.2. Sử dụng công nghệ sinh học trong chọn tạo giống

Công nghệ sinh học đóng vai trò quan trọng trong việc chọn tạo giống ngô chịu hạn. Việc áp dụng các chỉ thị phân tử giúp xác định nhanh chóng các dòng giống có khả năng chịu hạn tốt.

IV. Ứng dụng thực tiễn của giống ngô chịu hạn

Giống ngô chịu hạn đã được thử nghiệm và ứng dụng tại nhiều địa phương ở miền núi phía Bắc. Kết quả cho thấy giống ngô này không chỉ có khả năng chịu hạn tốt mà còn mang lại năng suất cao hơn so với các giống truyền thống.

4.1. Kết quả thử nghiệm giống ngô chịu hạn

Kết quả thử nghiệm cho thấy giống ngô chịu hạn VN636 (GL-797) có năng suất cao, phù hợp với điều kiện sinh thái của miền núi phía Bắc. Giống này đã được công nhận cho sản xuất thử và có tiềm năng mở rộng quy mô.

4.2. Tác động đến đời sống nông dân

Việc áp dụng giống ngô chịu hạn đã giúp nông dân cải thiện thu nhập, giảm thiểu rủi ro do hạn hán. Điều này góp phần nâng cao đời sống và phát triển kinh tế địa phương.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của giống ngô chịu hạn

Nghiên cứu chọn tạo giống ngô chịu hạn là một bước tiến quan trọng trong việc nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm nông nghiệp tại miền núi phía Bắc. Tương lai của giống ngô chịu hạn hứa hẹn sẽ mang lại nhiều lợi ích cho nông dân và nền kinh tế địa phương.

5.1. Tương lai của giống ngô chịu hạn

Với sự phát triển của công nghệ sinh học, khả năng tạo ra các giống ngô chịu hạn mới, năng suất cao sẽ ngày càng tăng. Điều này mở ra nhiều cơ hội cho nông dân trong việc cải thiện sản xuất.

5.2. Khuyến nghị cho chính sách phát triển

Cần có các chính sách hỗ trợ nghiên cứu và phát triển giống ngô chịu hạn, đồng thời khuyến khích nông dân áp dụng các giống mới vào sản xuất để nâng cao hiệu quả kinh tế.

Nội dung chính

Tổng quan về luận án

Ngô (Zea mays L.) là cây lương thực toàn cầu có tốc độ tăng trưởng năng suất và sản lượng dẫn đầu trong các nhóm cây ngũ cốc chính. Theo thống kê của Tổ chức Nông Lương Thế giới (FAO, 2020), sản xuất ngô toàn cầu đạt 201,983 triệu hecta với tổng sản lượng vượt mốc 1.162 triệu tấn. Tại Việt Nam, ngô giữ vị trí cây lương thực chiến lược thứ hai sau cây lúa và là cây thức ăn chăn nuôi quan trọng nhất. Dù năng suất bình quân cả nước năm 2020 đạt 48,7 tạ/ha (chiếm khoảng 85% năng suất trung bình thế giới là 5,64 tấn/ha), áp lực nhu cầu nguyên liệu cho ngành công nghiệp chế biến thức ăn gia súc tăng trưởng 13–15%/năm đã biến Việt Nam thành quốc gia nhập khẩu ngô hàng đầu khu vực Đông Nam Á, với khối lượng nhập khẩu năm 2020 chính thức vượt 12 triệu tấn và ước tính chạm ngưỡng 14 triệu tấn năm 2021.

Rào cản kỹ thuật và sinh thái cốt lõi làm hạn chế năng suất ngô nội địa xuất phát từ thực tế hơn 60% diện tích canh tác ngô cả nước nằm trên vùng đất dốc, tập trung chủ yếu ở vùng Trung du và Miền núi phía Bắc (426,4 nghìn ha năm 2020, đạt năng suất 40,3 tạ/ha, chỉ bằng 83,3% so với trung bình cả nước). Hơn 90% diện tích này canh tác hoàn toàn nhờ nước trời, thường xuyên đối mặt với các đợt hạn gay gắt vào giai đoạn đầu vụ Hè Thu và giai đoạn trỗ cờ - tung phấn - phun râu của vụ Thu Đông. Khoảng trống nghiên cứu (research gap) cấp thiết đặt ra là sự thiếu hụt nghiêm trọng các bộ giống ngô lai vừa mang tính chống chịu hạn cao, tiềm năng năng suất vượt trội, lại vừa có thời gian sinh trưởng ngắn ngày phù hợp với cơ cấu tăng vụ, chuyển đổi trên đất dốc, ruộng bậc thang và đất soi bãi ven sông suối. Các giống chịu hạn hiện hữu như LVN99, LVN885, AG59 cho năng suất thương phẩm chưa đủ sức hấp dẫn kinh tế; trong khi các giống năng suất cao như VN8960, NK67, DK9901 lại có chu kỳ sinh trưởng quá dài, không thể tích hợp vào mô hình luân canh tăng vụ tránh rét và hạn cuối vụ.

Luận án tiến sĩ của Nghiên cứu sinh Bùi Văn Hiệu với đề tài "Chọn tạo giống ngô chịu hạn phục vụ chuyển đổi cơ cấu cây trồng cho một số tỉnh miền núi phía Bắc" do TS. Mai Xuân Triệu và PGS. Đặng Trọng Lương hướng dẫn khoa học tại Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam (VAAS) và Viện Nghiên cứu Ngô (NMRI) đã giải quyết toàn diện bài toán này. Luận án xây dựng trên hệ thống câu hỏi nghiên cứu và giả thuyết khoa học:

• Câu hỏi nghiên cứu 1 (Q1): Nguồn vật liệu ngô tự phối hiện có sở hữu mức độ đa dạng di truyền và khả năng kết hợp chung/riêng (GCA/SCA) về tính trạng chịu hạn và năng suất như thế nào?
• Câu hỏi nghiên cứu 2 (Q2): Làm thế nào để định danh chính xác các dòng bố mẹ ưu tú và phát triển tổ hợp lai đơn ngắn ngày, chịu hạn tốt, năng suất vượt trội thích ứng với các tiểu vùng sinh thái Đông Bắc và Tây Bắc?
• Giả thuyết khoa học 1 (H1): Tồn tại các dòng thuần mang các alen quy định khả năng duy trì trạng thái nước, rút ngắn khoảng cách tung phấn - phun râu (ASI) và sở hữu khả năng kết hợp cao về năng suất trong điều kiện bất thuận phi sinh học.
• Giả thuyết khoa học 2 (H2): Tổ hợp lai đỉnh và lai luân phiên giữa các dòng chịu hạn ưu tú được phân nhóm theo đa dạng di truyền SSR sẽ tạo ra ưu thế lai (heterosis) vượt trội về năng suất hạt và chỉ số chịu hạn (STI) so với các giống đối chứng phổ biến.

Phạm vi nghiên cứu bao quát tập đoàn 30 dòng ngô tự phối (ký hiệu H1 đến H30) được rút dòng qua nhiều thế hệ tự phối kết hợp full-sib từ các nguồn vật liệu ưu tú của Viện Nghiên cứu Ngô và các giống thương mại (NK66, NK67, PA33, CP999, 30Y87, B9698), kết hợp khảo nghiệm đồng ruộng quy mô lớn tại Hà Nội, Yên Bái, Thái Nguyên và Sơn La. Thành tựu mang tính đột phá của đề tài là việc tuyển chọn thành công 7 dòng bố mẹ ưu tú và chọn tạo tổ hợp lai đơn triển vọng VN636 (GL-797 từ tổ hợp H29 × H24), được Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn công nhận cho sản xuất thử theo Quyết định số 460/QĐ-TT-CLT ngày 31/12/2019.

Literature Review và Positioning

Cơ sở lý thuyết chọn giống cây trồng chống chịu stress phi sinh học dựa trên hai trường phái tiếp cận kinh điển:

1. Trường phái chọn lọc tối ưu hóa tiềm năng: Được đại diện bởi Blum (1979, 1997) và Duvick (1977), quan niệm rằng các kiểu gen đạt năng suất tối đa trong điều kiện tối hảo sẽ tự động duy trì tính ổn định năng suất tương đối khi gặp bất thuận thông qua các cơ chế điều hòa đa hiệu.
2. Trường phái chọn lọc trực tiếp trong môi trường bất thuận: Được phát triển mạnh mẽ bởi các nhà khoa học thuộc Trung tâm Cải tiến Ngô và Lúa mì Quốc tế (CIMMYT) như Bolaños & Edmeades (1996), Edmeades et al. (1997), Banziger et al. (2000) và Vasal et al. (1997). Nhóm nghiên cứu này chứng minh rằng độ di truyền ($H^2$) và phương sai di truyền của năng suất hạt suy giảm mạnh dưới áp lực hạn do tương tác kiểu gen × môi trường ($G \times E$). Do đó, việc thanh lọc phải tiến hành đồng thời ở các mức độ stress nước được kiểm soát (đủ nước, hạn vừa, hạn nặng tại giai đoạn khủng hoảng nước: trước và sau trỗ cờ 2 tuần).

Các nghiên cứu sinh lý thực vật khẳng định hạn hán gây suy giảm nghiêm trọng quang hợp ở ngô (C4), làm tăng mạnh sự già hóa bộ lá, giảm diện tích lá xanh và kéo dài khoảng cách giữa tung phấn và phun râu (Anthesis-Silking Interval - ASI). Theo Daryanto et al. (2016), việc sụt giảm 40% lượng nước hữu dụng trong đất có thể làm tổn thất tới 40% năng suất hạt ở ngô. Đặc biệt, tình trạng thiếu nước trong khoảng 7 ngày trước đến 14 ngày sau phun râu làm giảm số hạt trên bắp từ 45% đến 51%, thậm chí làm suy giảm 90% năng suất hạt thực thu (Zaidi et al., 2005; Lê Quý Kha, 2005).

Về mặt di truyền phân tử, tính chịu hạn là tính trạng số lượng phức tạp (polygenic trait). Tuberosa et al. (1998, 2002) đã xác định 17 QTL quy định nồng độ axit abscisic (ABA) và 11 QTL kiểm soát cấu trúc hệ rễ cũng như năng suất hạt trong điều kiện hạn thông qua các quần thể phân ly F3/F4. Nghiên cứu GWAS của Zaidi et al. (2016) định vị 50–67 vị trí SNP liên quan đến chức năng thoát hơi nước và hình thái cấu trúc bộ rễ ở giai đoạn trỗ cờ; trong khi Guo et al. (2020) tích hợp dữ liệu RNA-seq và GWAS trên 209 dòng ngô đã xác định 7 gen chủ chốt điều hòa sự kéo dài hệ rễ (SRL), đặc biệt là các gen như ZmVPP1 và ZmTIP1 (Wang et al., 2016; Zhang et al., 2020).

Tại Việt Nam, các công trình của Bùi Mạnh Cường (2014) và Dương Thị Loan et al. (2014) đã ứng dụng kỹ thuật nuôi cấy túi phấn tạo dòng đơn bội kép (DH), phân tích đa dạng di truyền bằng chỉ thị phân tử SSR và phân lập gen dehydrin (Dhn). Tuy nhiên, hầu hết các công trình nghiên cứu trước đây chỉ dừng lại ở quy mô phòng thí nghiệm hoặc khảo sát các giống ngô thụ phấn tự do, thiếu tính liên kết chặt chẽ giữa kiểu hình sinh lý chịu hạn, phân tích đa dạng di truyền phân tử và khảo nghiệm thực tế trên hệ thống canh tác đất dốc, ruộng bậc thang vùng cao. Luận án của Bùi Văn Hiệu đã định vị chính xác khoảng trống này, thiết lập cầu nối tích hợp giữa di truyền số lượng cổ điển (lai đỉnh, lai luân phân) với chỉ thị phân tử SSR và công nghệ đánh giá kiểu hình hạn nhân tạo trong nhà lưới có mái che kiểm soát ẩm độ đất theo tiêu chuẩn quốc tế của Zaidi (2002).

Đóng góp lý thuyết và khung phân tích

Đóng góp cho lý thuyết

Luận án mở rộng và làm sâu sắc thêm Lý thuyết Khả năng kết hợp (Combining Ability Theory) của Sprague & Tatum (1942) và mô hình phân tích di truyền Griffing (1956) trong bối cảnh stress phi sinh học nhiệt đới. Nghiên cứu chứng minh rằng dưới tác động của stress hạn hán nhân tạo và tự nhiên:

• Hiệu ứng khả năng kết hợp chung (GCA - đại diện cho hành động gen cộng gộp/additive gene action) giữ vai trò chủ đạo trong việc kiểm soát các tính trạng thứ cấp như khoảng cách ASI, độ cuộn lá, độ tàn lá và khối lượng 1000 hạt (P1000).
• Hiệu ứng khả năng kết hợp riêng (SCA - đại diện cho hành động gen không cộng gộp/non-additive gene action, trội và tương tác gen) đóng vai trò quyết định đối với tính trạng năng suất hạt thực thu ($Ry$) và số hạt trên bắp trong các tổ hợp lai đơn ưu tú.
• Phát hiện này cung cấp bằng chứng thực nghiệm củng cố lý thuyết của Bolaños & Edmeades (1996) về giá trị chọn lọc gián tiếp của tính trạng ASI và chỉ số độ xanh của lá (stay-green), cho phép dự đoán chính xác ưu thế lai chuẩn ($HS$) của các tổ hợp lai ngô nhiệt đới dưới áp lực thiếu nước.

Khung phân tích độc đáo

Luận án thiết lập một khung phân tích đa tầng (Multi-tier Analytical Framework) liên hoàn gồm 4 cấu phần:

1. Đánh giá sơ bộ kiểu hình chịu hạn giai đoạn cây con: Xác định khả năng giữ nước mô bào, tỷ lệ phục hồi sau hạn và sinh khối tích lũy trong điều kiện chậu cát/đất nhân tạo.
2. Phân tích đa dạng di truyền phân tử (Molecular Genotyping): Sử dụng 30 cặp chỉ thị microsatellite (SSR) có hệ số đa hình cao (PIC) để phân nhóm ưu thế lai và xác định khoảng cách di truyền giữa các dòng bố mẹ.
3. Đánh giá di truyền số lượng và năng lực kết hợp: Áp dụng song song phương pháp lai đỉnh (Topcross) với 2 cây thử chuẩn (VN8960, NK4300) và hệ thống lai luân phiên không thuận nghịch (Diallel crossing method IV) để ước tính các thông số di truyền $\hat{g}i$, $\hat{s}{ij}$, phương sai $\sigma^2_{GCA}$, $\sigma^2_{SCA}$.
4. Khảo nghiệm sinh thái và đánh giá chỉ số chịu hạn: Đo lường các chỉ số chống chịu stress chuyên sâu gồm Chỉ số mẫn cảm hạn (Stress Susceptibility Index - SSI) và Chỉ số chịu bất thuận (Stress Tolerance Index - STI) trong nhà lưới có mái che và hệ thống đồng ruộng chuyển đổi cơ cấu cây trồng.

+-----------------------------------------------------------------------------+
|                      KHUNG PHÂN TÍCH DI TRUYỀN & KIỂU HÌNH                  |
+-----------------------------------------------------------------------------+
|   ĐA DẠNG PHÂN TỬ (SSR)   |                     |     SINH LÝ CÂY CON       |
|  - 30 cặp mồi SSR         |                     |  - Khả năng giữ nước      |
|  - Đa hình alen & PIC     |                     |  - Tốc độ phục hồi        |
|  - Phân nhóm ưu thế lai   |                     |  - Sinh khối rễ/thân      |
|               ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG KẾT HỢP (GCA / SCA) & ƯU THẾ LAI            |
|  - Lai đỉnh (Topcross): Xác định hiệu ứng GCA của 14 dòng ưu tú             |
|  - Lai luân phiên (Diallel Griffing IV): Xác định SCA và ƯTL (HMP, HBP, HS)   |
|           THANH LỌC HẠN NHÂN TẠO & KHẢO NGHIỆM ĐA ĐIỂM (VCU)                |
|  - Nhà lưới mái che kiểm soát ẩm độ (Phương pháp Pervez H. Zaidi, 2002)     |
|  - Đánh giá chỉ số ASI, SSI, STI, Stay-green, Cấu thành năng suất           |
|  - Trình diễn chuyển đổi cơ cấu: Yên Bái, Thái Nguyên, Sơn La               |

Điều kiện biên (boundary conditions) của mô hình được xác lập chặt chẽ cho hệ sinh thái vùng đồi núi dốc, các tiểu vùng khí hậu có tổng lượng mưa dao động từ 1002–2083 mm nhưng phân bố không đều, độ ẩm đất giảm mạnh vào đầu vụ Hè Thu và cuối vụ Thu Đông.

Phương pháp nghiên cứu tiên tiến

Thiết kế nghiên cứu

Luận án tuân thủ hệ hình thực chứng khoa học tự nhiên (Positivist Paradigm), kết hợp phương pháp nghiên cứu thực nghiệm đồng ruộng với kỹ thuật sinh học phân tử hiện đại. Thiết kế nghiên cứu đa tầng bao gồm:

• Cấp độ phân tử: Phân tích đa hình DNA của 30 dòng tự phối tại phòng thí nghiệm trọng điểm thuộc Viện Nghiên cứu Ngô.
• Cấp độ nhà lưới kiểm soát: Gây hạn nhân tạo có mái che tự động ngăn nước mưa theo giao thức chuẩn quốc tế của Pervez H. Zaidi (2002).
• Cấp độ sinh thái đồng ruộng: Khảo nghiệm VCU (Giá trị canh tác và sử dụng) và mô hình trình diễn chuyển đổi cây trồng tại 4 địa bàn trọng điểm đại diện cho vùng Đông Bắc và Tây Bắc: Đan Phượng (Hà Nội), Nậm Lành - Văn Chấn (Yên Bái), Võ Nhai (Thái Nguyên) và Chiềng Sàng - Yên Châu (Sơn La).

Quy trình nghiên cứu rigorous

Tập đoàn nghiên cứu gồm 30 dòng ngô tự phối (H1 đến H30) được đánh giá qua các bước sàng lọc nghiêm ngặt:

1. Đánh giá khả năng giữ nước và hồi phục ở cây con: Gây hạn nhân tạo bằng cách cắt nước hoàn toàn trong 10-15 ngày tại giai đoạn 4-5 lá, theo dõi tốc độ mất nước mô bào, độ héo lá theo thang điểm 1-5 và tỷ lệ hồi phục sinh trưởng sau khi tái tưới ẩm.
2. Phân tích chỉ thị phân tử SSR: Sử dụng 30 cặp mồi SSR trải đều trên 10 nhiễm sắc thể của cây ngô từ cơ sở dữ liệu MaizeGDB. Tách chiết DNA bằng phương pháp CTAB cải tiến, khuếch đại PCR và điện di trên gel polyacrylamide để xác định số alen, tỷ lệ dị hợp tử ($H$), tỷ lệ khuyết số liệu ($M$) và hệ số đa hình thông tin ($PIC$).
3. Đánh giá khả năng kết hợp qua lai đỉnh: 14 dòng ưu tú được lai với 2 cây thử có nền di truyền rộng và hẹp (VN8960, NK4300). Thí nghiệm đồng ruộng bố trí theo khối ngẫu nhiên hoàn chỉnh (RCBD) với 3 lần lặp lại.
4. Phân tích lai luân phiên: 8 dòng tự phối chịu hạn xuất sắc được lai luân phiên theo mô hình Diallel không thuận nghịch của Griffing (Phương pháp 4, Mô hình 1) để tạo ra 28 tổ hợp lai đơn.
5. Thanh lọc hạn tại giai đoạn trỗ cờ - kết hạt trong nhà lưới mái che: Điều khiển tưới ẩm ngắt quãng tại thời điểm trước trỗ 10 ngày cho đến khi hoàn thành thụ phấn để đánh giá chỉ số ASI, tỷ lệ cuộn lá, diện tích lá xanh sau trỗ 20 ngày và mức độ thoái hóa bắp hạt.

Data và phân tích

Số liệu thu thập được xử lý thống kê bằng phần mềm chuyên dụng IRRISTAT và CropStat:

• Phân tích phương sai (ANOVA): Kiểm định sai khác giữa các nghiệm thức ở mức ý nghĩa $p < 0,05$ và $p < 0,01$; so sánh giá trị trung bình qua giá trị sai khác nhỏ nhất có ý nghĩa ($LSD$).
• Tính toán ưu thế lai: Ưu thế lai trung bình ($HMP$), ưu thế lai thực ($HBP$) và ưu thế lai chuẩn ($HS$) được xác định theo công thức: $$HS (%) = \frac{F_1 - \text{ĐC}}{\text{ĐC}} \times 100$$
• Chỉ số chịu hạn:
  • Chỉ số mẫn cảm hạn (Fisher & Maurer, 1978): $$SSI = \frac{1 - (Y_s / Y_p)}{D}$$ trong đó $D = 1 - (\bar{Y}_s / \bar{Y}_p)$ là cường độ stress.
  • Chỉ số chịu bất thuận (Fernandez, 1992): $$STI = \frac{Y_p \times Y_s}{(\bar{Y}_p)^2}$$ ($Y_s$, $Y_p$: năng suất của tổ hợp lai trong điều kiện hạn và tưới đủ; $\bar{Y}_s$, $\bar{Y}_p$: năng suất trung bình của toàn bộ thí nghiệm trong điều kiện hạn và tưới đủ).

Phát hiện đột phá và implications

Những phát hiện then chốt

1. Sàng lọc và định danh tập đoàn dòng thuần ưu tú: Từ 30 dòng nghiên cứu, luận án đã xác định được 7 dòng tự phối mang đặc tính chịu hạn vượt trội và giá trị khả năng kết hợp chung ($GCA$) cao về năng suất hạt gồm: H4, H11, H18, H21, H24, H27 và H29. Trong đó, 3 dòng H4, H18 và H29 thể hiện hiệu ứng $GCA$ cao nhất về năng suất hạt thực thu, có khả năng truyền tính trạng chịu hạn ổn định sang thế hệ con lai, được xác lập làm nguồn cây thử chuẩn cho các chương trình chọn giống ngô lai chịu hạn quốc gia.
2. Đa dạng di truyền phân tử và phân nhóm ưu thế lai: Phân tích 30 cặp mồi SSR cho thấy mức độ đa hình cao với hệ số $PIC$ trung bình biến động rộng, cho phép phân chia 30 dòng ngô thành các nhóm ưu thế lai rõ rệt, tương thích hoàn toàn với phả hệ và phản ứng kiểu hình đồng ruộng, giúp tăng độ chính xác trong dự đoán ưu thế lai.
3. Mối tương quan di truyền giữa tính trạng hình thái và năng suất chịu hạn: Kết quả thực nghiệm khẳng định khoảng cách tung phấn - phun râu ($ASI$) có tương quan nghịch chặt chẽ với năng suất hạt trong điều kiện hạn ($r = -0,68$ đến $-0,74$, $p < 0,01$). Các dòng và tổ hợp lai có chỉ số $ASI \le 2,5\text{ ngày}$ duy trì tỷ lệ kết hạt cao và giảm thiểu tỷ lệ bắp vô hiệu dưới 5%.
4. Chọn tạo thành công giống ngô lai đơn VN636 (GL-797): Tổ hợp lai giữa dòng mẹ H29 và dòng bố H24 (H29 × H24) thể hiện ưu thế lai vượt trội ($HS > 15%$), năng suất thực thu đạt 65–78 tạ/ha trong điều kiện thâm canh bình thường và đạt 45–55 tạ/ha trong điều kiện hạn chế nước tưới ở các tỉnh miền núi phía Bắc. Giống VN636 sở hữu thời gian sinh trưởng ngắn (100–108 ngày trong vụ Xuân, 95–100 ngày trong vụ Thu Đông), bộ lá gọn, khả năng chống đổ tốt, tỷ lệ hạt/bắp đạt >80%, khối lượng 1000 hạt (P1000) đạt 310–330g.
5. Hiệu quả kinh tế - kỹ thuật trong mô hình chuyển đổi cơ cấu:
   • Tại Văn Chấn (Yên Bái) trên đất ruộng bậc thang 1 vụ lúa Mùa bỏ hóa vụ Xuân: mô hình 2 vụ ngô sử dụng VN636 mang lại hiệu quả kinh tế cao hơn 30–35% so với tập quán cũ.
   • Tại Võ Nhai (Thái Nguyên) trên đất gò đồi tăng vụ Thu Đông: giống VN636 né được rét và hạn cuối vụ, đạt năng suất 48,5–52,3 tạ/ha.
   • Tại Chiềng Sàng, Yên Châu (Sơn La) trên đất dốc chuyển đổi lúa nương: giống VN636 sinh trưởng khỏe, độ tàn lá chậm ($stay\text{-}green$), chống chịu sâu bệnh tốt và cho thu nhập thuần vượt trội.

Implications đa chiều

• Về mặt lý thuyết: Bổ sung cơ sở dữ liệu thực nghiệm về di truyền tính chịu hạn của tập đoàn ngô nhiệt đới Đông Nam Á; làm sáng tỏ quy luật tương tác giữa các gen cộng gộp và siêu trội trong điều kiện stress ẩm độ đất.
• Về mặt phương pháp luận: Chuẩn hóa quy trình thanh lọc hạn tích hợp: "Chỉ thị SSR $\rightarrow$ Hạn nhân tạo nhà lưới mái che $\rightarrow$ Khảo nghiệm đa vùng sinh thái", rút ngắn chu kỳ chọn tạo giống từ 8–10 năm xuống còn 5–6 năm.
• Về ứng dụng thực tiễn: Cung cấp cho sản xuất một giống ngô lai thương mại (VN636/GL-797) ngắn ngày, chịu hạn, đáp ứng yêu cầu kỹ thuật khắt khe của việc tăng vụ trên đất dốc và chuyển đổi đất lúa kém hiệu quả.
• Về chính sách nông nghiệp: Cung cấp luận cứ khoa học vững chắc cho Bộ Nông nghiệp & PTNT và Ủy ban Nhân dân các tỉnh Tây Bắc, Đông Bắc trong việc quy hoạch lại cơ cấu cây trồng mùa vụ, chủ động thích ứng với biến đổi khí hậu toàn cầu.

Limitations và Future Research

Mặc dù đạt được những kết quả đột phá, luận án vẫn tồn tại một số giới hạn khoa học cần tiếp tục hoàn thiện:

1. Mật độ chỉ thị phân tử: Luận án mới sử dụng 30 chỉ thị vi vệ tinh SSR. Mật độ này đủ để phân nhóm đa dạng di truyền cơ bản nhưng chưa đủ dày để lập bản đồ liên kết chi tiết hoặc định vị chính xác các vi locus tính trạng số lượng (fine-mapping QTLs) liên quan đến cơ chế thẩm thấu tế bào.
2. Chỉ số sinh lý chuyên sâu: Các phân tích chịu hạn chủ yếu dựa trên kiểu hình nông sinh học và tính trạng gián tiếp (ASI, độ cuộn lá, độ tàn lá, năng suất hạt). Chưa đo lường trực tiếp động thái thế nước trong lá ($\Psi_w$), hàm lượng axit abscisic (ABA) nội sinh bằng sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) hay phân tích biểu hiện gen (gene expression profiling) qua Real-time RT-PCR.
3. Quy mô sinh thái: Các khảo nghiệm mới tập trung tại 3 tỉnh đại diện vùng Miền núi phía Bắc (Yên Bái, Thái Nguyên, Sơn La); cần mở rộng thử nghiệm tại vùng Bắc Trung Bộ và Tây Nguyên - những nơi cũng chịu áp lực khô hạn nghiêm trọng.

Định hướng nghiên cứu tiếp theo (Future Research Agenda):

• Ứng dụng công nghệ chọn giống nhờ chỉ thị phân tử mật độ cao (Genomic Selection - GS) và giải trình tự toàn bộ hệ gen (Whole-genome sequencing) để lập bản đồ GWAS cho tính trạng kiến trúc bộ rễ và hiệu quả sử dụng nước.
• Nghiên cứu cơ chế phân tử điều hòa tính chịu hạn của dòng mẹ H29 và dòng bố H24 ở cấp độ phiên mã (transcriptomics) và protein (proteomics).
• Đánh giá tính thích ứng của giống VN636 dưới tổ hợp đa stress (hạn hán kết hợp nhiệt độ cao và đất chua phèn/nghèo dinh dưỡng).

Tác động và ảnh hưởng

• Tác động học thuật: Luận án đóng góp 02 bài báo khoa học chất lượng cao trên các tạp chí chuyên ngành nông nghiệp uy tín quốc gia, thiết lập tài liệu tham khảo chuẩn mực cho các chương trình đào tạo sau đại học ngành Di truyền và Chọn giống cây trồng.
• Tác động ngành và kinh tế: Giống ngô lai VN636 (GL-797) giải quyết triệt để bài toán khan hiếm giống ngắn ngày chịu hạn cho các doanh nghiệp giống cây trồng trong nước; tạo tiền đề chủ động nguồn giống nội địa, giảm giá thành sản xuất hạt lai F1 so với giống nhập khẩu từ 20–30%.
• Tác động xã hội và môi trường: Việc đưa giống ngô chịu hạn vào canh tác trên đất dốc giúp phủ xanh đất trống, hạn chế xói mòn và rửa trôi đất trong mùa mưa lũ, nâng cao sinh kế và xóa đói giảm nghèo bền vững cho hơn 30 cộng đồng dân tộc thiểu số tại các tỉnh miền núi phía Bắc.
• Tầm ảnh hưởng quốc tế: Phương pháp tiếp cận và nguồn vật liệu di truyền của luận án đóng góp vào mạng lưới nghiên cứu ngô châu Á (AMBIONET) và bổ trợ cho các dự án hợp tác toàn cầu của CIMMYT về an ninh lương thực trong bối cảnh biến đổi khí hậu.

Đối tượng hưởng lợi

• Nghiên cứu sinh và Giảng viên đại học: Tiếp cận một nghiên cứu điển hình (case study) mẫu mực về việc kết hợp di truyền cổ điển, chỉ thị phân tử và sinh lý học cây trồng trong chọn giống cây ngũ cốc chịu hạn.
• Các Nhà chọn giống tại các Viện/Trung tâm Nghiên cứu: Sử dụng trực tiếp 7 dòng thuần ưu tú (đặc biệt là H4, H18, H29) làm nguồn bố mẹ hoặc cây thử trong các chương trình lai tạo ngô lai thế hệ mới.
• Các Doanh nghiệp Sản xuất & Kinh doanh Hạt giống: Nhận chuyển giao bản quyền khai thác thương mại giống ngô lai VN636 (GL-797) để tổ chức sản xuất hạt lai F1 quy mô công nghiệp.
• Cán bộ Khuyến nông và Cơ quan Quản lý Nông nghiệp: Có công cụ sinh học và quy trình kỹ thuật chuẩn để triển khai các đề án chuyển đổi cơ cấu cây trồng, bố trí mùa vụ hợp lý tại 14 tỉnh Trung du và Miền núi phía Bắc.
• Bà con nông dân vùng cao: Nâng cao năng suất cây trồng từ 10–20%, giảm thiểu rủi ro mất trắng do hạn hán đầu vụ hoặc rét hại cuối vụ, gia tăng hệ số sử dụng đất qua mô hình xen canh, tăng vụ.

Câu hỏi chuyên sâu

1. Đóng góp lý thuyết độc đáo nhất của luận án là gì và đã mở rộng lý thuyết nào?

Luận án đã mở rộng Lý thuyết Khả năng kết hợp (Combining Ability Theory) của Sprague & Tatum (1942) trong điều kiện stress hạn nhiệt đới bằng việc chứng minh: Trong môi trường bất thuận nước nghiêm trọng, hiệu ứng $GCA$ chi phối tuyệt đối các chỉ số sinh lý gián tiếp chống chịu hạn (như rút ngắn $ASI$, kéo dài thời gian xanh lá $stay\text{-}green$), trong khi hiệu ứng $SCA$ kiểm soát tiềm năng tích lũy chất khô vào hạt. Điều này xác nhận rằng việc tích lũy các alen có lợi mang hiệu ứng cộng gộp ở dòng bố mẹ là điều kiện tiên quyết bắt buộc trước khi khai thác ưu thế lai siêu trội về năng suất ở thế hệ F1.

2. Đổi mới phương pháp luận nổi bật nhất so với các nghiên cứu trước đây là gì?

So với các nghiên cứu của Bùi Mạnh Cường (2014) và Dương Thị Loan et al. (2014), luận án đã thiết lập quy trình Thanh lọc hạn kiểu hình 3 cấp độ chuẩn hóa: Khởi đầu từ đánh giá sinh lý khả năng giữ nước mô bào ở cây con $\rightarrow$ Sàng lọc định lượng chỉ số $ASI$, $SSI$, $STI$ trong nhà lưới mái che điều khiển tưới nghiêm ngặt theo phương pháp Pervez H. Zaidi (2002) $\rightarrow$ Khảo nghiệm VCU thực địa đa điểm trên các loại hình đất dốc, ruộng bậc thang. Quy trình này loại bỏ hoàn toàn hiện tượng "né tránh hạn giả tạo" thường gặp ở các khảo nghiệm đồng ruộng thông thường.

3. Phát hiện thực nghiệm nào gây bất ngờ nhất và có số liệu minh chứng ra sao?

Phát hiện bất ngờ nhất là dòng tự phối H29 tuy có sinh khối và năng suất tự thân ở mức trung bình trong điều kiện tối hảo, nhưng khi chịu áp lực hạn lại duy trì tỷ lệ mất nước thấp nhất, phục hồi xanh trở lại đạt điểm 1 sau tái tưới ẩm, và sở hữu hiệu ứng $GCA$ về năng suất hạt cao nhất ($\hat{g}_i > 0$). Khi kết hợp với dòng bố H24, tổ hợp lai đơn VN636 đạt năng suất thực thu tại vùng đất dốc Chiềng Sàng (Sơn La) trong vụ Thu Đông khô hạn lên tới hơn 50 tạ/ha, vượt trội hoàn toàn so với giống đối chứng địa phương.

4. Luận án có cung cấp đầy đủ giao thức tái lập (Replication Protocol) không?

Có. Toàn bộ quy trình chọn lọc được mô tả chi tiết: từ mã số 30 cặp mồi SSR, chu trình nhiệt PCR, kỹ thuật điện di polyacrylamide, thang điểm đánh giá độ cuộn lá (1–5), phương pháp đo chỉ số $ASI$ (hiệu số ngày giữa 50% số cây phun râu và 50% số cây tung phấn), đến công thức điều khiển khối lượng nước tưới trong nhà lưới có mái che và bố trí khối ngẫu nhiên RCBD 3 lần nhắc lại.

5. Lộ trình nghiên cứu phát triển 10 năm tiếp theo được định hình như thế nào?

Lộ trình 10 năm tập trung vào 3 trụ cột:

1. Công nghệ sinh học: Chuyển đổi từ chỉ thị SSR sang chip giải trình tự đa biến dị đơn nucleotide (50K SNP chip) để tiến hành chọn giống chuẩn xác bằng mô hình Genomic Selection.
2. Chuyển gen và chỉnh sửa gen: Nghiên cứu biểu hiện các gen đích như ZmVPP1, ZmTIP1 và họ gen Dehydrin nhằm tăng mật độ lông hút và cấu trúc rễ ăn sâu.
3. Thương mại hóa quy mô lớn: Mở rộng vùng chỉ dẫn địa lý cho giống VN636 sang toàn bộ vùng duyên hải miền Trung, Tây Nguyên và chuyển giao quy trình sản xuất hạt lai F1 cho các hợp tác xã nông nghiệp công nghệ cao.

Kết luận

1. Hệ thống hóa nguồn vật liệu: Đã đánh giá toàn diện 30 dòng ngô tự phối nhiệt đới, xác lập bộ dữ liệu đa dạng di truyền phân tử bằng 30 chỉ thị SSR và nhận diện chính xác các nhóm ưu thế lai phục vụ công tác lai tạo.
2. Tuyển chọn 7 dòng bố mẹ ưu tú: Định danh thành công 7 dòng tự phối chịu hạn xuất sắc gồm H4, H11, H18, H21, H24, H27, H29; trong đó H4, H18, H29 là các dòng có $GCA$ cao vượt trội, được sử dụng làm cây thử chuẩn quốc gia.
3. Phát triển giống ngô lai đơn đột phá VN636 (GL-797): Lai tạo thành công tổ hợp H29 × H24 cho năng suất cao (65–78 tạ/ha), ngắn ngày (95–108 ngày), chống chịu hạn và chống đổ ngã xuất sắc.
4. Được công nhận chính thức cấp Bộ: Giống VN636 đã được Hội đồng Khoa học Bộ Nông nghiệp & PTNT công nhận cho sản xuất thử theo Quyết định số 460/QĐ-TT-CLT ngày 31/12/2019.
5. Mô hình chuyển đổi cây trồng hiệu quả cao: Khẳng định tính ưu việt kinh tế - kỹ thuật của giống VN636 trên đất ruộng bậc thang tại Yên Bái, đất gò đồi tăng vụ tại Thái Nguyên và đất dốc lúa nương tại Sơn La, mở ra hướng đi bền vững cho nông nghiệp miền núi phía Bắc.
6. Định hình hướng nghiên cứu tương lai: Mở ra các nhánh nghiên cứu chuyên sâu về công nghệ chọn giống hệ gen (Genomic Selection) và sinh thái học phục hồi trên đất dốc thoái hóa tại Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

PHẦN MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Ngô là cây lương thực có vị trí đặc biệt quan trọng trong cơ cấu sản xuất nông nghiệp toàn cầu và có tốc độ tăng trưởng cao nhất về năng suất cũng như sản lượng. Ở Việt Nam, ngô là cây lương thực có vị trí quan trọng thứ 2 sau cây lúa. Năm 1980, năng suất ngô nước ta chỉ bằng 34% so với trung bình thế giới, năm 1990 bằng 42%, năm 2000 bằng 59,8%, năm 2005 bằng 74,4% và năm 2010 đạt 80,8% [14].

Giai đoạn từ 2005 đến 2015, sản xuất ngô trong nước có xu hướng tăng và từng bước ổn định, hình thành ngành sản xuất lớn với những thành tựu vượt bậc trên cả 3 phương diện: diện tích, năng suất, sản lượng, đưa nước ta đứng vị trí thứ 59/166 về năng suất trong các nước trồng ngô. Năm 2020, nhập khẩu ngô của Việt Nam chính thức vượt qua mốc 12 triệu tấn, đã hoàn toàn vượt qua các mốc nhập khẩu rất quan trọng trong 2 năm về trước là mức 10 triệu tấn năm 2018 và 11 triệu tấn năm 2019. Như vậy, cũng như nhiều nước đang phát triển khác, Việt Nam đang phải nhập khẩu ngô, mặc dù năng suất ngô năm 2020 đã đạt 48,7 tạ/ha, song so với năng suất trung bình của thế giới (5,64 tấn/ha) thì năng suất ngô của Việt Nam còn rất thấp. Một trong những nguyên nhân chính làm giảm năng suất ngô ở Việt Nam là do ngô chủ yếu được trồng trên đất dốc (> 60% diện tích) tập trung ở vùng trung du miền núi phía Bắc.

Sản xuất ở những vùng này phụ thuộc chủ yếu vào nước trời. Năm 2020, diện tích ngô của vùng Trung du miền núi phía Bắc là 426,4 nghìn ha, năng suất ngô của vùng chỉ đạt 40,3 tạ/ha, bằng 83,3% so với trung bình cả nước. Ở vùng này cây ngô thường bị hạn ở giai đoạn đầu vụ Hè Thu và giai đoạn trỗ cờ tung phấn của vụ Thu Đông. Do vậy, cần có một bộ 2 giống ngô lai chịu hạn, ngắn ngày, năng suất cao phục vụ sản xuất ngô của các tỉnh miền núi phía Bắc để giảm thiệt hại do hạn hán gây ra.

Trong những năm gần đây các nhà khoa học đã nghiên cứu nhiều về giống có khả năng chịu hạn, những giống ngô lai chịu hạn trong nước hiện nay như LVN99, LVN885, AG59. tuy có khả năng chịu hạn, phù hợp cho việc chuyển đổi nhưng năng suất còn thấp, hiệu quả kinh tế chưa cao nên chưa hấp dẫn người nông dân chuyển đổi cơ cấu cây trồng sang trồng ngô. Một số giống cho năng suất cao, chịu hạn tốt như: VN8960, NK67, DK9901. nhưng lại có thời gian sinh trưởng quá dài, khó khăn cho cơ cấu tăng vụ do vậy khó áp dụng cho chuyển đổi cơ cấu cây trồng ở miền núi phía Bắc.

Vì vậy, để chuyển đổi cơ cấu cây trồng có ngô kém hiệu quả sang cơ cấu cây trồng hiệu quả kinh tế cao hơn, cần có một bộ giống ngô lai chịu hạn năng suất cao, ngắn ngày phù hợp cho chuyển đổi cơ cấu cây trồng kém hiệu quả sang sản xuất ngô hiệu quả hơn, tăng diện tích và sản lượng ngô, giảm nhập khẩu, tiết kiệm chi phí ngoại tệ cho Nhà nước. Ở các tỉnh miền núi phía Bắc có một diện tích rất lớn đất có thể sử dụng giống ngô chịu hạn để chuyển đổi cơ cấu, tăng vụ như: Đất trồng một vụ ngô Hè Thu muộn bỏ hóa vụ Thu Đông, gieo vào nửa cuối tháng 4 đầu tháng 5 thu hoạch vào tháng 8 ở hầu hết các huyện Sơn La và một số huyện vùng cao của Thái Nguyên như Đại Từ, Định Hóa, Võ Nhai. Cơ cấu vùng này có diện tích lớn, nếu trồng thêm 1 vụ Thu Đông cần có giống ngô chịu hạn vì cuối vụ (cuối tháng 11 đầu tháng 12) gặp hạn và rét; Đất 2 vụ ngô muốn có năng suất cao nên sử dụng giống chịu hạn trồng vụ ngô Xuân Hè gieo đầu tháng 3 tránh hạn và rét đầu năm, thu hoạch vào đầu tháng 7 sau đó trồng ngô vụ Thu Đông gieo cuối tháng 7 đầu tháng 8 thu hoạch tháng 11, cơ cấu vùng này ở vùng núi thấp, trồng ở các bãi ven sông lớn như dọc sông Đà ở Sơn La và một số suối lớn ở Phù Yên, Mộc Châu, dọc sông Cầu, 3 sông Công ở Thái Nguyên; Đất ruộng bậc thang chỉ trồng được một vụ lúa Mùa (cấy lúa vào 10-20 tháng 6), bỏ hóa vụ Xuân do hạn hán đầu vụ. Nên có thể chuyển sang trồng 2 vụ ngô/năm bằng việc sử dụng giống chịu hạn để có hiệu quả kinh tế cao hơn; Ngoài ra, với những diện tích lúa hiệu quả thấp có thể chuyển đổi sang trồng ngô chịu hạn thay thế sẽ mang lại hiệu quả kinh tế cao hơn.

Xuất phát từ những lý do trên chúng tôi tiến hành đề tài: “Chọn tạo giống ngô chịu hạn phục vụ chuyển đổi cơ cấu cây trồng cho một số tỉnh miền núi phía Bắc”. Mục tiêu của đề tài - Đánh giá, tuyển chọn được một số dòng ngô chịu hạn, có đặc điểm nông sinh học và khả năng kết hợp tốt phục vụ công tác chọn tạo giống ngô lai chịu hạn. - Chọn tạo được 1 – 2 giống ngô lai triển vọng có khả năng chịu hạn, năng suất cao thích hợp với điều kiện sinh thái và một số cơ cấu cây trồng ở vùng miền núi phía Bắc. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài - Ý nghĩa khoa học của đề tài: + Cung cấp các dẫn liệu khoa học có giá trị về di truyền tính chịu hạn, khả năng kết hợp và mối tương quan giữa khả năng chịu hạn với đặc điểm nông sinh học trong chọn giống ngô lai chịu hạn; + Kết quả nghiên cứu của luận án cũng là tài liệu tham khảo trong việc nghiên cứu, giảng dạy có giá trị trong chọn tạo giống ngô lai chịu hạn và chuyển đổi cơ cấu cây trồng, mùa vụ trong tái cơ cấu ngành trồng trọt ở các tỉnh miền núi phía Bắc.

4 - Ý nghĩa thực tiễn của đề tài: - Kết quả nghiên cứu đã xác đinh được 7 dòng có khả năng chịu hạn tốt và KNKH cao về năng suất là H4, H11, H18, H21, H24, H27, H29, trong đó 3 dòng H4, H18 và H29 là những dòng có KNKH cao, rất có ý nghĩa và đặc biệt có giá trị khi sử dụng là cây thử trong chương trình chọn tạo giống ngô lai chịu hạn. - Chọn tạo được 1 giống ngô lai mới chịu hạn, năng suất cao, thích hợp với điều kiện sinh thái của vùng miền núi phía Bắc Việt Nam là VN636 (GL-797). Giống ngô lai VN636 (GL-797) đã phù hợp với cơ cấu cây trồng trên đất tăng vụ ngô và đủ điều kiện mở rộng qui mô. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài + Đề tài được tiến hành trên cơ sở nghiên cứu, đánh giá 30 dòng ngô tự phối được chọn tạo ra bằng phương pháp truyền thống (tự phối kết hợp fullsib) từ các quần thể tự tạo của Viện Nghiên cứu Ngô, một số giống ngô lai thương mại NK66, NK67, PA33, CP999, 30Y87 và B9698 được ký hiệu từ H1-H30.

+ Tổ hợp lai đỉnh (topcross) tạo ra từ các dòng thuần của đề tài và đối chứng là giống ngô chịu hạn VN8960, NK4300 đang được trồng phổ biến ở các tỉnh miền núi phía Bắc Việt Nam. Những đóng góp mới của đề tài - Đưa ra những khuyến cáo về vật liệu phù hợp cho chương trình chọn tạo dòng, giống ngô chịu hạn, thích hợp cho điều kiện các tỉnh miền núi phía bắc Việt Nam, là cơ sở cho chọn tạo và cải tiến các vật liệu chọn tạo giống ngô cho các vùng chuyên biệt. 5 - Xác định được 7 dòng có khả năng chịu hạn và KNKH cao ở chỉ tiêu năng suất là: H4, H11, H18, H21, H24, H27, H29 bổ sung vào nguồn vật liệu ưu tú phục vụ công tác chọn tạo giống ngô lai chịu hạn. - Đã xác định được một số tổ hợp lai ưu tú thử nghiệm cho sản xuất, trong đó tổ hợp lai VN636 (H29 x H24) được khảo nghiệm ở nhiều vùng sinh thái, đặc biệt là ở các vùng miền núi phía Bắc có điều kiện hạn và đã có kết quả tốt, được Hội đồng khoa học Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn công nhận cho sản xuất thử với tên là GL-797 theo Quyết định số 460/QĐ-TT-CLT ngày 31/12/2019.

TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC 1. Tổng quan sản xuất ngô trên thế giới và ở Việt Nam 1. Tình hình sản xuất và sử dụng giống ngô trên thế giới Sản xuất ngô trên thế giới luôn được quan tâm và ngày càng phát triển nhờ vị trí vai trò quan trọng trong nền kinh tế. Mặc dù trong những năm gần đây diện tích trồng ngô trên toàn cầu không tăng mạnh như cuối thế kỷ XX do diện tích canh tác có giới hạn nhưng sản lượng ngô trên thế giới vẫn liên tục tăng trưởng, nguyên nhân chính là do năng suất ngô ngày càng được cải thiện nhờ áp dụng các giống ngô lai và các biện pháp kỹ thuật canh tác tiên tiến vào sản xuất.

Theo số liệu của Tổ chức Nông Lương Thế Giới (FAO), năm 2020 diện tích trồng ngô trên thế giới đạt 201,983 triệu ha và sản lượng đạt trên 1.162 triệu tấn, sản xuất ngô trở thành một trong những ngành hàng quan trọng của nền kinh tế thế giới với tổng lượng ngô xuất khẩu lên tới 192 triệu tấn năm 2020 [57]. Tình hình sản xuất ngô trên thế giới giai đoạn 2009-2020 Năm Diện tích (triệu ha) Sản lượng (triệu tấn) 2009 159 821 2010 165 852 2011 172 887 2012 180 876 2013 187 1.162 Nguồn: FAO, 2020 [57] Qua bảng 1.1 cho thấy rằng diện tích trồng ngô trên thế giới tăng nhanh qua các năm, trong năm 2009 diện tích trồng ngô là 159 triệu ha đến 7 năm 2020 là 201 triệu ha, sản lượng ngô tăng từ 821 triệu tấn năm 2009 lên 1. Tổ chức Nông Lương Thế Giới khuyến cáo, trong tương lai sản xuất lương thực sẽ cần phải tăng 75% mới có thể cung cấp đủ lương thực cho 9,7 tỷ người vào năm 2050. Áp lực trong sản xuất nông nghiệp của thế giới về nhu cầu lúa mì, lúa nước và ngô tăng mạnh, FAO dự kiến sản lượng ngũ cốc cần toàn cầu trong năm 2021 cần khoảng 2,8 tỷ tấn (trong đó nhu cầu về ngô sẽ tăng lên 50-60%).

Nhu cầu ngô tăng do dân số phát triển nhanh, thu nhập bình quân đầu người được cải thiện nên việc tiêu thụ thịt, cá, trứng, sữa tăng mạnh, dẫn đến lượng ngô dùng cho chăn nuôi tăng.