Nghiên Cứu Tạo Dòng Ngô Đơn Bội Kép Chịu Hạn Bằng Công Nghệ Kích Tạo Đơn Bội

Chuyên khảo kỹ thuật phân tích Nghiên cứu tạo dòng ngô đơn bội kép chịu hạn bằng công nghệ kích tạo đơn bội phục vụ chọn tạo giống, đánh giá các khía cạnh quan trọng, đề xuất

• Tác giả: Nguyễn Đức Thành
• Người hướng dẫn: TS. Đặng Ngọc Hạ
• Trường học: Viện Khoa Học Nông Nghiệp Việt Nam
• Chuyên ngành: Di truyền và Chọn giống cây trồng
• Đề tài: Nghiên Cứu Tạo Dòng Ngô Đơn Bội Kép Chịu Hạn Bằng Công Nghệ Kích Tạo Đơn Bội
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI
• 1.1. Tình hình sản xuất ngô trên thế giới và ở Việt Nam
• 1.2. Những nghiên cứu tạo dòng ngô đơn bội kép bằng cây kích tạo đơn bội
• 1.3. Cơ sở di truyền của cây kích tạo đơn bội
• 1.4. Quá trình hình thành và phát triển của cây kích tạo đơn bội
• 1.5. Cơ chế tạo đơn bội
• 1.6. Nghiên cứu duy trì, phát triển và cải tiến cây kích tạo đơn bội
• 1.7. Nghiên cứu về các bước tạo dòng ngô đơn bội kép bằng công nghệ kích tạo đơn bội
• 1.8. Nghiên cứu ứng dụng công nghệ kích tạo đơn bội tại Việt Nam
• 1.9. Đánh giá tiềm năng của các dòng ngô đơn bội kép được tạo ra bằng công nghệ kích tạo đơn bội
• 1.10. Khái niệm và cơ sở khoa học về khả năng chịu hạn ở ngô
• 1.10.1. Khái niệm và phân loại hạn
• 1.10.2. Cơ chế chống chịu hạn của cây trồng
• 1.10.3. Ảnh hưởng của hạn đến sản xuất ngô trên thế giới và Việt Nam
• 1.11. Một số tính trạng sử dụng trong nghiên cứu khả năng chịu hạn ở Ngô
• 1.12. Nghiên cứu đa dạng di truyền, dự đoán ưu thế lai dựa vào các chỉ thị phân tử SSR
• 1.13. Đánh giá khả năng kết hợp bằng phương pháp lai đỉnh và luân giao
• 1.13.1. Khả năng kết hợp
• 1.13.2. Đánh giá khả năng kết hợp bằng phương pháp lai đỉnh
• 1.13.3. Đánh giá khả năng kết hợp bằng phương pháp luân giao
• 1.13.4. Đánh giá tương tác kiểu gen với môi trường, tính ổn định giống và khả năng kết hợp bằng GGE Biplot
• 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. Phương pháp nghiên cứu
• 2.3.1. Phương pháp tạo dòng ngô đơn bội kép bằng cây kích tạo đơn bội
• 2.3.2. Phương pháp đánh giá đặc điểm nông sinh học, khả năng chịu hạn của các dòng ngô đơn bội kép
• 2.3.3. Phương pháp đánh giá đa dạng di truyền và khả năng kết hợp của các dòng ngô đơn bội kép
• 2.3.4. Tạo, đánh giá các tổ hợp lai từ các dòng ngô đơn bội kép triển vọng
• 2.3.5. Quy trình chăm sóc và quản lý thí nghiệm đồng ruộng
• 2.3.6. Phương pháp thu thập và xử lý số liệu thí nghiệm
• 2.3.6.1. Thu thập số liệu
• 2.3.6.2. Xử lý số liệu thí nghiệm
• 2.4. Sơ đồ nghiên cứu thực hiện đề tài luận án
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
• 3.1. Kết quả tạo dòng ngô đơn bội kép bằng công nghệ kích tạo đơn bội
• 3.2. Ảnh hưởng của nguồn vật liệu, khung thời vụ đến tỷ lệ tạo hạt đơn bội
• 3.3. Đặc điểm nông sinh học và khả năng chịu hạn của các dòng ngô đơn bội kép
• 3.4. Kết quả nghiên cứu đa dạng di truyền và khả năng kết hợp của các dòng ngô đơn bội kép vụ Xuân năm 2017 tại Viện Nghiên cứu Ngô
• 3.4.1. Kết quả nghiên cứu đa dạng di truyền và phân nhóm ưu thế lai cho các dòng ngô đơn bội kép bằng chỉ thị phân tử SSR
• 3.5. Khả năng kết hợp về năng suất của các dòng ngô đơn bội kép
• 3.6. Tạo các tổ hợp lai từ các dòng ngô đơn bội kép triển vọng, khảo nghiệm tác giả
• KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ
• CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới Thiệu Nghiên Cứu Ngô Đơn Bội Kép Chịu Hạn Tổng Quan

Nghiên cứu về ngô đơn bội kép chịu hạn sử dụng công nghệ kích tạo đơn bội đang trở nên cấp thiết trong bối cảnh biến đổi khí hậu và hạn hán ngày càng gia tăng. Ngô là cây lương thực quan trọng, nhưng năng suất thường bị ảnh hưởng bởi thiếu nước. Việc tạo ra các dòng ngô có khả năng chịu hạn tốt sẽ góp phần đảm bảo an ninh lương thực và giảm thiểu thiệt hại kinh tế cho người nông dân. Nghiên cứu này tập trung vào việc ứng dụng công nghệ sinh học để rút ngắn thời gian chọn tạo giống ngô và nâng cao hiệu quả. Các phương pháp truyền thống tốn nhiều thời gian và công sức, trong khi công nghệ kích tạo đơn bội cho phép tạo ra các dòng thuần nhanh chóng và hiệu quả hơn. Từ đó, góp phần vào việc tạo ra các giống ngô lai có năng suất cao và khả năng thích ứng tốt với điều kiện hạn hán. Sản xuất ngô chuyển gen hoặc ngô biến đổi gen cũng là một hướng đi, nhưng công nghệ kích tạo đơn bội mang lại một giải pháp hiệu quả và thân thiện với môi trường hơn.

1.1. Tầm Quan Trọng Của Ngô Trong An Ninh Lương Thực

Ngô đóng vai trò quan trọng trong an ninh lương thực toàn cầu và Việt Nam. Sản lượng ngô cao giúp đáp ứng nhu cầu lương thực, thức ăn chăn nuôi và nguyên liệu cho công nghiệp chế biến. Việc cải thiện năng suất ngô và khả năng chịu hạn là yếu tố then chốt để đảm bảo nguồn cung ổn định trong bối cảnh biến đổi khí hậu. Theo nghiên cứu, năng suất ngô trên một đơn vị diện tích tăng hơn 7 lần nhờ những nỗ lực kết hợp giữa chọn tạo giống và cải tiến quy trình kỹ thuật canh tác.

1.2. Ưu Điểm Của Công Nghệ Kích Tạo Đơn Bội Trong Chọn Giống

Công nghệ kích tạo đơn bội có nhiều ưu điểm so với phương pháp chọn tạo giống truyền thống. Thời gian tạo dòng thuần nhanh hơn (chỉ mất 2 vụ), tiết kiệm thời gian và chi phí. Các dòng tạo ra có độ đồng hợp tử cao (100%), giúp ổn định các tính trạng mong muốn. Đồng thời, quy trình thực hiện đơn giản, phù hợp với điều kiện của Việt Nam. Công nghệ này cho phép khai thác tối đa nguồn gen ngô và tạo ra các dòng ưu tú phục vụ lai tạo giống ngô năng suất cao, chịu hạn.

II. Thách Thức Từ Hạn Hán Đến Năng Suất Ngô Thực Trạng

Hạn hán là một trong những yếu tố môi trường gây ảnh hưởng lớn nhất đến năng suất ngô, đặc biệt là ở các vùng trồng ngô phụ thuộc vào nước mưa. Thiếu nước ảnh hưởng đến quá trình sinh trưởng, phát triển và sinh sản của cây ngô, dẫn đến giảm năng suất và chất lượng ngô. Biến đổi khí hậu làm gia tăng tần suất và cường độ hạn hán, đe dọa nghiêm trọng đến sản xuất ngô ở nhiều khu vực trên thế giới và Việt Nam. Theo số liệu thống kê, Việt Nam nhập khẩu ngô với số lượng lớn, cho thấy sản xuất trong nước chưa đáp ứng đủ nhu cầu. Việc phát triển các giống ngô chịu hạn là giải pháp quan trọng để giảm sự phụ thuộc vào nhập khẩu và nâng cao tính tự chủ về lương thực. Do đó, nghiên cứu tập trung vào đánh giá khả năng chịu hạn của ngô và ứng dụng các biện pháp biện pháp canh tác ngô chịu hạn.

2.1. Ảnh Hưởng Của Hạn Hán Đến Sinh Trưởng Và Phát Triển Của Ngô

Hạn hán gây ra nhiều tác động tiêu cực đến cây ngô. Thiếu nước làm giảm khả năng hấp thụ dinh dưỡng, ảnh hưởng đến quá trình quang hợp và trao đổi chất. Cây ngô bị stress, giảm sinh trưởng, phát triển và khả năng chống chịu sâu bệnh. Đặc biệt, giai đoạn trổ cờ và phun râu là giai đoạn quan trọng, nếu bị hạn hán sẽ ảnh hưởng nghiêm trọng đến quá trình thụ phấn và hình thành hạt, dẫn đến giảm năng suất.

2.2. Thực Trạng Sản Xuất Ngô Tại Việt Nam Và Vấn Đề Nhập Khẩu

Sản xuất ngô tại Việt Nam chưa đáp ứng đủ nhu cầu tiêu thụ trong nước. Mỗi năm, Việt Nam phải nhập khẩu một lượng lớn ngô để phục vụ ngành chăn nuôi và chế biến. Tình trạng này gây ra sự phụ thuộc vào thị trường nước ngoài và ảnh hưởng đến an ninh lương thực quốc gia. Việc phát triển các giống ngô chịu hạn, năng suất cao và có giá trị dinh dưỡng ngô là giải pháp quan trọng để giảm sự phụ thuộc vào nhập khẩu và nâng cao hiệu quả sản xuất.

III. Phương Pháp Tạo Dòng Ngô Đơn Bội Kép Chịu Hạn Quy Trình

Nghiên cứu này sử dụng công nghệ kích tạo đơn bội để tạo ra các dòng ngô đơn bội kép có khả năng chịu hạn. Quy trình bao gồm các bước: chọn lọc các dòng bố mẹ có tiềm năng, lai với dòng kích tạo đơn bội, thu thập hạt đơn bội, xử lý lưỡng bội hóa để tạo ra dòng ngô đơn bội kép, và đánh giá khả năng chịu hạn của các dòng. Marker phân tử và chỉ thị phân tử được sử dụng để đánh giá đa dạng di truyền và xác định các dòng có ưu thế lai. Các dòng triển vọng được đưa vào khảo nghiệm để đánh giá tính khác biệt, tính đồng nhất và tính ổn định (DUS). Mục tiêu là tạo ra các dòng dòng ưu tú phục vụ lai tạo giống ngô có năng suất cao, chất lượng tốt và khả năng chịu hạn tốt trong điều kiện biến đổi khí hậu.

3.1. Chi Tiết Quy Trình Kích Tạo Đơn Bội Và Lưỡng Bội Hóa

Quy trình kích tạo đơn bội bắt đầu bằng việc lai các dòng bố mẹ với dòng kích tạo đơn bội. Hạt thu được từ quá trình lai này chứa cả hạt lưỡng bội và hạt đơn bội. Các hạt đơn bội được nhận biết bằng các marker phân tử. Sau đó, các hạt đơn bội được xử lý bằng colchicine để lưỡng bội hóa, tạo ra các dòng ngô đơn bội kép có độ đồng hợp tử cao. Các dòng ngô đơn bội kép này là nền tảng để lai tạo giống ngô.

3.2. Đánh Giá Khả Năng Chịu Hạn Phương Pháp Và Chỉ Tiêu

Khả năng chịu hạn của các dòng ngô đơn bội kép được đánh giá thông qua các thí nghiệm trong nhà lưới và ngoài đồng ruộng. Các chỉ tiêu đánh giá bao gồm: thời gian sinh trưởng, chiều cao cây, số lá, độ cuốn lá, tỷ lệ sống sót, năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất. Các dòng được đánh giá trong điều kiện tưới đủ nước và điều kiện gây hạn để so sánh khả năng thích ứng. Bên cạnh đó, nghiên cứu còn tập trung vào biện pháp canh tác ngô chịu hạn.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Kết Quả Nghiên Cứu Và Chọn Giống Ngô Lai

Nghiên cứu đã tạo ra 24 dòng ngô đơn bội kép từ 10 nguồn vật liệu khác nhau và 3 dòng kích tạo đơn bội. Đánh giá đa dạng di truyền và phân nhóm ưu thế lai cho các dòng này. Xác định 9 dòng có khả năng chịu hạn tốt. Tạo ra các tổ hợp ngô lai triển vọng từ các dòng này và đánh giá khả năng kết hợp về năng suất và chất lượng. Kết quả cho thấy một số tổ hợp lai có tiềm năng phát triển thành giống ngô lai thương mại có khả năng chịu hạn, năng suất cao và phù hợp với điều kiện canh tác tại Việt Nam. Cần tiếp tục khảo nghiệm và đánh giá các tổ hợp lai này trong các điều kiện khác nhau để xác định tính ổn định và khả năng thích ứng rộng rãi.

4.1. Xác Định Các Dòng Ngô Đơn Bội Kép Chịu Hạn Triển Vọng

Nghiên cứu đã xác định được 9 dòng ngô đơn bội kép có khả năng chịu hạn tốt, bao gồm: D4, D6, D7, D8, D10, D14, D20, D22 và D23. Các dòng này có thời gian sinh trưởng ngắn, khả năng phục hồi nhanh sau khi bị stress do hạn hán và có năng suất tương đối ổn định trong điều kiện thiếu nước. Các dòng này là nguồn vật liệu quý giá cho lai tạo giống ngô.

4.2. Phát Triển Các Tổ Hợp Ngô Lai Chịu Hạn Tiềm Năng

Từ 9 dòng ngô đơn bội kép có khả năng chịu hạn tốt, nghiên cứu đã tạo ra các tổ hợp ngô lai và đánh giá khả năng kết hợp về năng suất và chất lượng. Hai tổ hợp lai triển vọng là D4xD7 và D14 x D22. Theo số liệu của nghiên cứu tổ hợp ngô lai TH32 từ 76,7 – 84,4 tạ/ha cao hơn giống đối chứng DK9901 từ 8,68 đế...

V. Kết Luận Và Hướng Nghiên Cứu Tiếp Theo Tạo Giống Bền Vững

Nghiên cứu đã chứng minh tính hiệu quả của công nghệ kích tạo đơn bội trong việc tạo ra các dòng ngô đơn bội kép có khả năng chịu hạn. Các dòng và tổ hợp lai triển vọng được tạo ra là nguồn vật liệu quý giá cho chương trình chọn tạo giống ngô tại Việt Nam. Hướng nghiên cứu tiếp theo là tiếp tục khảo nghiệm và đánh giá các tổ hợp lai này trong các điều kiện khác nhau, xác định các gen liên quan đến khả năng chịu hạn và ứng dụng marker phân tử trong quá trình chọn giống. Đồng thời, cần kết hợp với các biện pháp canh tác phù hợp để tối ưu hóa năng suất và chất lượng ngô trong điều kiện biến đổi khí hậu.

5.1. Đánh Giá Tính Ổn Định Và Khả Năng Thích Ứng Của Giống Lai

Các tổ hợp ngô lai triển vọng cần được đánh giá kỹ lưỡng về tính ổn định và khả năng thích ứng trong các điều kiện môi trường khác nhau. Các thí nghiệm khảo nghiệm giống cần được thực hiện tại nhiều địa điểm và trong nhiều vụ khác nhau để đánh giá ảnh hưởng của môi trường đến năng suất và chất lượng ngô. Kết quả khảo nghiệm sẽ giúp xác định các giống lai phù hợp với từng vùng sinh thái.

5.2. Nghiên Cứu Ứng Dụng Marker Phân Tử Trong Chọn Giống

Ứng dụng marker phân tử trong quá trình chọn giống giúp tăng tốc độ và hiệu quả của công tác chọn tạo. Các marker phân tử liên kết với các gen quy định khả năng chịu hạn có thể được sử dụng để chọn lọc các dòng có tiềm năng ngay từ giai đoạn sớm. Điều này giúp tiết kiệm thời gian và chi phí, đồng thời nâng cao độ chính xác của quá trình chọn giống.

VI. Đề Xuất Giải Pháp Canh Tác Ngô Chịu Hạn Hướng Dẫn Chi Tiết

Bên cạnh việc cải thiện giống ngô, việc áp dụng các biện pháp canh tác phù hợp cũng đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao khả năng chịu hạn của cây ngô. Các biện pháp này bao gồm: lựa chọn thời vụ gieo trồng phù hợp, sử dụng kỹ thuật làm đất tối thiểu, bón phân cân đối, tưới nước tiết kiệm và quản lý sâu bệnh hại hiệu quả. Việc kết hợp giữa giống ngô chịu hạn và các biện pháp canh tác phù hợp sẽ giúp tối ưu hóa năng suất và chất lượng ngô trong điều kiện biến đổi khí hậu.

6.1. Kỹ Thuật Canh Tác Tối Thiểu Để Giữ Ẩm Cho Đất

Kỹ thuật làm đất tối thiểu giúp giảm sự bốc hơi nước từ đất, giữ ẩm cho cây trồng. Thay vì cày xới toàn bộ diện tích, chỉ làm đất cục bộ tại vị trí gieo hạt. Kỹ thuật này giúp bảo tồn cấu trúc đất, tăng khả năng thấm nước và giảm thiểu sự thất thoát nước do bốc hơi.

6.2. Bón Phân Cân Đối Và Tưới Nước Tiết Kiệm Bí Quyết

Bón phân cân đối, đặc biệt là phân kali, giúp cây ngô tăng khả năng chịu hạn. Tưới nước tiết kiệm bằng các phương pháp tưới nhỏ giọt hoặc tưới phun mưa giúp giảm thiểu lượng nước sử dụng và tăng hiệu quả sử dụng nước. Cần theo dõi độ ẩm đất thường xuyên để điều chỉnh lượng nước tưới phù hợp.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI 1. Tình hình sản xuất ngô trên thế giới và ở Việt Nam 1.1 Tình hình sản xuất ngô trên thế giới Ngô cùng với lúa mỳ và lúa nước là 3 cây lương thực quan trọng nhất trên thế giới. Năm 1961, diện tích ngô toàn thế giới đạt 105,5 triệu ha, năng suất 19,4 tạ/ha, sản lượng 205 triệu tấn. Năm 2011, diện tích trồng ngô thế giới đạt khoảng 172,7 triệu ha, năng suất bình quân 51,4 tạ/ha, sản lượng 887,8 triệu tấn.

Năm 2016, diện tích trồng ngô thế giới đạt khoảng 194,3 triệu ha (tăng 12,5% so với năm 2011), năng suất bình quân 57,8 tạ/ha (tăng 12,5% so với năm 2011), sản lượng 1. Năm 2021 diện tích trồng ngô là 205,9 triệu ha (tăng 6% so với năm 2016), năng suất đạt 58,8 tạ/ha (tăng 1,7% so với năm 2016), sản lượng 1. Như vậy, so sánh 5 năm gần đây với 5 năm trước (giai đoạn 2011 - 2016) diện tích, năng suất và sản lượng ngô thế giới tăng trưởng chậm lại [168]. Trong đó, Mỹ, Trung Quốc, Brazin là những nước đứng đầu về diện tích và sản lượng.

Dân số thế giới ngày một tăng, năm 2011 là 7.013,4 triệu người, năm 2016 là 7432,7 triệu người (tăng khoảng 6% so với năm 2011) và đến năm 2021, tăng 12,5% so với năm 2016, chạm ngưỡng 8 tỷ người. Như vậy, sự gia tăng dân số thế giới giai đoạn 2016 - 2021 tăng hơn 2 lần so với giai đoạn 2011 - 2016 [167]. Để đáp ứng an ninh lương thực, thực phẩm và làm nguyên liệu cho thức ăn chăn nuôi, nhu cầu về ngô tiếp tục gia tăng trong những năm tiếp theo. Trên thế giới, cây ngô có vai trò quan trọng trong sản xuất nông nghiệp của nhiều nước, góp phần đảm bảo an ninh lương thực cho người, thức ăn chăn nuôi và chế biến thực phẩm.

Trước những thách thức về biến đổi khí hậu toàn cầu, thiên tai gây ra, nhu cầu con người ngày một tăng việc nghiên cứu, ứng 5 dụng các phương pháp hiện đại trong chọn tạo giống như công nghệ gen, ứng dụng chỉ thị phân tử, công nghệ kích tạo đơn bội nhằm tạo ra dòng/giống mới có năng suất cao, chất lượng tốt, có khả năng chống với những yếu tố bất lợi sinh học, phi sinh học đang được nghiên cứu thực hiện trong những năm gần đây [77]. Diện tích, năng suất, sản lượng ngô thế giới giai đoạn 2014 - 2021 Nguồn: (FAOSTAT, 2023)[168] 1. Tình hình sản xuất ngô ở Việt Nam Tại Việt Nam ngô là cây lương thực quan trọng thứ hai sau cây lúa nước và là cây màu quan trọng nhất. Ngô không những cung cấp lương thực cho người, làm thức ăn cho chăn nuôi mà còn cung cấp nguyên liệu cho các ngành công nghiệp chế biến nhiên liệu sinh học, làm bánh kẹo, đóng đồ hộp, làm dược phẩm.

Ngành sản xuất ngô của Việt Nam tăng trưởng liên tục trong 25 năm qua. Thành công đó có phần đóng góp quan trọng của chương trình phát triển giống ngô lai Việt Nam và các công ty giống đa quốc gia đưa vào trồng trên phạm vi cả nước. 6 Năm 1991, diện tích trồng giống lai chiếm chưa đến 1% của hơn 447 nghìn ha trồng ngô, năng suất đạt 15,0 tạ/ha và sản lượng đạt 672 nghìn tấn. Đến năm 2011, diện tích trồng ngô đạt 1.121,3 nghìn ha, năng suất đạt 43,13 tạ/ha, với sản lượng 4.

Năm 2016, diện tích trồng ngô Việt Nam đạt 1.151,8 nghìn ha (tăng 2,7% so với năm 2011), năng suất đạt 45,53 tạ/ha (tăng 5,6% so với năm 2011), sản lượng đạt 5.00 ha); Sản lượng (1.6 0 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014 2016 2018 2020 2022 Diện tích (nghìn ha) Sản lượng (nghìn tấn) Năng suất (tạ/ha) Hình 1. Diện tích năng suất sản lượng ngô Việt Nam giai đoạn 1990 - 2021 (Nguồn: FAOSTAT, 2023)[168] So với năm 2016, năm 2021 diện tích trồng ngô Việt Nam là 900,7 nghìn ha (giảm 21,8%), năng suất đạt 49,37 tạ/ha (tăng 7,8%), với sản lượng 4. So với năm 1990 khi chưa trồng giống lai thì năm 2021 diện tích tăng 2,0 lần, năng suất tăng 3,3 lần và sản lượng tăng 6,6 lần. Tuy nhiên năng suất ngô Việt Nam chỉ bằng 83% so với năng suất ngô trung bình của thế giới [168].

7 Như vậy, nhu cầu về ngô vẫn tiếp tục tăng trong những thập niên tiếp theo, không những trên phạm vi toàn cầu nói chung mà còn ở Việt Nam nói riêng. Trong khi đó, việc tăng diện tích sản xuất ngô là có giới hạn, chương trình ngô toàn cầu và các chương trình quốc gia đang nỗ lực tập trung vào tăng năng suất, sản lượng. Việt Nam, không nằm ngoài xu hướng chung đó, một trong những định hướng trong chương trình phát triển ngô ở Việt Nam là phát triển những giống ngô lai có khả năng chịu hạn, năng suất cao, ổn định phục vụ cho nhu cầu của sản xuất [4], [8], [17]. Để chọn tạo giống ngô lai chịu hạn, có nhiều hướng nghiên cứu khác nhau như: Công nghệ chuyển gen chịu hạn, ứng dụng công nghệ sinh học, công nghệ đơn bội [166].

Trong phạm vi nghiên cứu của đề tài luận án này, tác giả đã lựa chọn ứng dụng công nghệ kích tạo đơn bội để tạo dòng ngô đơn bội kép chịu hạn. Các phần sau sẽ giới thiệu chi tiết về công nghệ và những ứng dụng trong chọn tạo và phát triển giống ngô lai. Những nghiên cứu tạo dòng ngô đơn bội kép bằng cây kích tạo đơn bội 1. Cơ sở di truyền của cây kích tạo đơn bội Khả năng kích tạo đơn bội được kiểm soát bởi đa gen [86].

Để tìm hiểu cơ sở di truyền của việc tạo ra thể đơn bội, một số nghiên cứu về lập bản đồ QTL giữa cây kích tạo đơn bội và cây ngô thông thường đã được thực hiện, các nhà nghiên cứu đã xác định được 8 QTL khác biệt của cây kích tạo đơn bội so với cây ngô thông thường [118]. Deimling và cộng sự năm 1997 đã tiến hành lập bản đồ di truyền đầu tiên cho cây kích tạo đơn bội [62]. Kết quả lập bản đồ di truyền đã xác định được 2 QTLs trên nhiễm sắc thể (NST) số 1 và số 2 giải thích 17,9% sự khác biệt của phương sai kiểu hình và 1 QTL chính nằm trên NST số 1 được cho là ảnh hưởng lớn đến việc tạo ra thể đơn bội [31]. Để làm rõ hơn về cơ sở di truyền, một chương trình lập bản đồ với số lượng lớn các quần thể, kết quả đã xác định QTL qhir1 nằm trên nhiễm sắc thể số 1 (bin 1.04) và qhir8 trên nhiễm sắc thể số 9 (bin 9.01) được cho là gây ra kích tạo đơn bội với kết quả phân tích phương sai kiểu gen ở mức 66% và 8 20%[117].

Nghiên cứu kết hợp trên toàn bộ hệ gen (GWAS) đã sử dụng 53 dòng ngô kích tạo đơn bội và 1.482 nguồn ngô không phải là kích tạo đơn bội, kết quả đã chia qhir1 thành 2 vùng, vùng qhir11 và qhir12, đánh giá tỉ lệ đơn bội của các kiểu gen của 2 vùng kết quả cho thấy chỉ có vùng qhir11 mới có liên quan đáng kể đến việc gây ra kích tạo đơn bội [78], [110]. Trong vùng qhir11, một gen mã hóa phospholipase A được ba nhóm nghiên cứu độc lập xác định là nguyên nhân gây ra đơn bội và được đặt tên là MTL [84], NLD [75] và ZmPLA1 [91]. Những nghiên cứu gần đây đã xác định, gen ZmDMP mã hóa protein DUF679 nằm trong QTL qhir8 là nguyên nhân làm thay đổi trình tự nucleotide để tạo đơn bội [164]. Nghiên cứu của Yuan Li năm 2021 đã xác định alen mất chức năng (ZmPLD3) cũng là một trong những nguyên nhân gây ra đơn bội [89].

Đến nay, cơ sở di truyền để kích hoạt, tạo ra thể đơn bội tiếp tục được nhiều nhà khoa học trên thế giới nghiên cứu và làm rõ. Quá trình hình thành và phát triển của cây kích tạo đơn bội Stadler và Randolph là những người đầu tiên mô tả, phát hiện ra tỷ lệ đơn bội trong quần thể ngô tự nhiên [109]. Khoảng hai thập kỷ sau, Chase đã tìm ra hạt đơn bội ở tần suất thấp khoảng 1/1.000 ở các nguồn vật liệu ngô khác nhau ở Mỹ [58]. Các nhà nghiên cứu chọn tạo giống đã nhận thấy tiềm năng lớn của tạo đơn bội trong nghiên cứu di truyền và chọn tạo giống ngô.

Do vậy, có nhiều công trình nghiên cứu tiếp theo được thực hiện với mục tiêu tạo ra cây kích tạo đơn bội mới (kích tạo đơn bội)[74]. Trong phương pháp tạo dòng bằng cây kích tạo đơn bội, các nguồn vật liệu ưu tú được sử dụng làm mẹ, dòng bố là cây kích tạo đơn bội được lấy phấn để lai sang nguồn mẹ, thể đơn bội được tạo ra sẽ thừa hưởng toàn bộ nền di truyền từ tế bào chất và di truyền từ nhân của nguồn mẹ [56]. Do vậy, sự đa dạng về di truyền của các dòng ngô đơn bội kép được tạo ra phụ thuộc vào nguồn mẹ, nguồn vật liệu khởi đầu tạo ra nguồn mẹ, phương pháp này có tiềm năng di truyền trong tạo dòng ngô đơn bội kép phục vụ cho chương trình chọn 9 tạo giống ngô lai. Nguồn kích tạo đơn bội đầu tiên được tạo ra với tên gọi là Stock6 có thể gây kích tạo đơn bội với tỷ lệ trung bình đạt từ 1 - 3 % [43].

Những nghiên cứu tiếp theo với mục tiêu cải thiện tính thích ứng của cây kích tạo đơn bội trong các điều kiện khí hậu và nâng cao tỷ lệ tạo đơn bội (HIR) dựa trên nguồn kích tạo ban đầu Stock6 đã được thực hiện [133]. Trong suốt hai thập kỷ, cây kích tạo stock 6 đã được sử dụng để phát triển ra cây kích tạo đơn bội mới với đặc tính nông học tốt và cho tỷ lệ hạt đơn bội cao, như hai nguồn kích tạo UH400, RWS được Röber và cộng sự năm 2005 tạo ra [125], MHI được Chalyk năm 1999 chọn tạo [53] và PHI đã được Rotarenco và cộng sự năm 2010 nghiên cứu chọn tạo [127]. Các nguồn kích tạo đơn bội mới này đều thích ứng tốt với nhiều điều kiện môi trường ôn đới khác nhau, tỷ lệ từ HIR trong khoảng 6-15%, từ đó các nhà nghiên cứu đã đưa ra định hướng tạo dòng đơn bội kép (DH) với quy mô lớn phục vụ cho các chương trình chọn tạo giống ngô lai thương mại. Trước năm 2012, cây kích tạo đơn bội có tỷ lệ đơn bội cao chỉ thích ứng tốt trong điều kiện ôn đới và chưa thích ứng và phổ biến với điều kiện nhiệt đới.