Luận án tiến sĩ: Nghiên cứu tạo dòng ngô đơn bội kép chịu hạn phục vụ chọn tạo giống ngô lai

Luận án tiến sĩ nghiên cứu tạo dòng ngô đơn bội kép chịu hạn bằng công nghệ kích tạo đơn bội phục vụ chọn tạo giống ngô lai hiệu quả.

• Tác giả: Nguyễn Đắc Thành
• Người hướng dẫn: TS. Đặng Ngọc Huy
• Trường học: Viện Khoa Học Nông Nghiệp Việt Nam
• Chuyên ngành: Di truyền và Chọn giống cây trồng
• Đề tài: Nghiên Cứu 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
• LỜI CẢM ƠN
• 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 bái kép bằng cây kích tạo đơn bái
• 1.3. Cơ sở di truyền của cây kích tạo đơn bái
• 1.4. Quá trình hình thành và phát triển của cây kích tạo đơn bái
• 1.5. Nghiên cứu duy trì, phát triển và cải tiến cây kích tạo đơn bái
• 1.6. Nghiên cứu về các bước tạo dòng ngô đơn bái kép bằng công nghệ kích tạo đơn bái
• 1.7. Nghiên cứu ứng dụng công nghệ kích tạo đơn bái tại Việt Nam
• 1.8. Đánh giá tiềm năng của các dòng ngô đơn bái kép được tạo ra bằng công nghệ kích tạo đơn bái
• 1.9. Khái niệm và cơ sở khoa học về khả năng chịu hạn ở ngô
• 1.9.1. Khái niệm và phân loại hạn
• 1.9.2. Cơ chế chống chịu hạn của cây trồng
• 1.9.3. Ảnh hưởng của hạn đến sản xuất ngô trên thế giới và Việt Nam
• 1.10. Mô hình tính trạng sử dụng trong nghiên cứu khả năng chịu hạn ở ngô
• 1.11. Nghiên cứu đa dạng di truyền, dự đoán ưu thế lai dựa vào các chỉ thị phân tử SSR
• 1.12. Đánh giá khả năng kết hợp bằng phương pháp lai đỉnh và luân giao
• 1.12.1. Khả năng kết hợp
• 1.12.2. Đánh giá khả năng kết hợp bằng phương pháp lai đỉnh
• 1.12.3. Đánh giá khả năng kết hợp bằng phương pháp luân giao
• 1.12.4. 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. Phương pháp nghiên cứu
• 2.2. Phương pháp tạo dòng ngô đơn bái kép bằng cây kích tạo đơn bái
• 2.3. Phương pháp đánh giá đặc điểm nông sinh học, khả năng chịu hạn của các dòng ngô đơn bái kép
• 2.4. Phương pháp đánh giá đa dạng di truyền và khả năng kết hợp của các dòng ngô đơn bái kép
• 2.5. Tạo, đánh giá các tổ hợp lai từ các dòng ngô đơn bái kép triển vọng
• 2.6. Quy trình chăm sóc và quản lý thí nghiệm đồng ruộng
• 2.7. Phương pháp thu thập và xử lý số liệu thí nghiệm
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
• 3.1. Kết quả tạo dòng ngô đơn bái kép bằng công nghệ kích tạo đơn bái
• 3.1.1. Kết quả tạo hạt đơn bái và xử lý lưỡng bái hóa NST
• 3.1.2. Ảnh hưởng của nguồn vật liệu, khung thời vụ đến tỷ lệ tạo hạt đơn bái
• 3.2. Đặc điểm nông sinh học và khả năng chịu hạn của các dòng ngô đơn bái kép
• 3.2.1. Khả năng chịu hạn của các dòng ngô đơn bái kép
• 3.2.2. Đặc điểm nông sinh học và khả năng chống chịu của các dòng ngô đơn bái kép
• 3.3. Kết quả nghiên cứu đa dạng di truyền và khả năng kết hợp của các dòng ngô đơn bái kép tại Viện Nghiên cứu Ngô năm 2017
• 3.3.1. Kết quả nghiên cứu đa dạng di truyền và phân nhóm ưu thế lai cho các dòng ngô đơn bái kép bằng chỉ thị phân tử SSR
• 3.3.2. Khả năng kết hợp về năng suất của các dòng ngô đơn bái kép
• 3.4. Tạo các tổ hợp lai từ các dòng ngô đơn bái 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
• DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
• DANH MỤC BẢNG
• DANH MỤC HÌNH

Tóm tắt

I. Giới thiệu về nghiên cứu dòng ngô đơn bội kép chịu hạn

Nghiên cứu dòng ngô đơn bội kép chịu hạn bằng công nghệ kích tạo đơn bội là một lĩnh vực quan trọng trong nông nghiệp hiện đại. Ngô đơn bội và ngô kép là hai loại giống ngô có khả năng sinh trưởng và phát triển khác nhau. Việc nghiên cứu và phát triển các dòng ngô này không chỉ giúp nâng cao năng suất mà còn tăng cường khả năng chịu hạn của cây trồng. Công nghệ kích tạo đơn bội đã mở ra hướng đi mới trong việc tạo ra các giống ngô có khả năng thích ứng tốt với điều kiện khí hậu khắc nghiệt. Theo các nghiên cứu trước đây, việc áp dụng công nghệ này giúp rút ngắn thời gian tạo giống và nâng cao chất lượng giống ngô lai.

1.1. Tình hình sản xuất ngô trên thế giới và Việt Nam

Sản xuất ngô trên thế giới đang có xu hướng gia tăng, đặc biệt là ở các nước đang phát triển. Tại Việt Nam, diện tích trồng ngô cũng đã tăng đáng kể trong những năm qua. Tuy nhiên, sản xuất ngô vẫn gặp nhiều thách thức, đặc biệt là vấn đề chịu hạn. Theo thống kê, năm 2022, Việt Nam đã nhập khẩu một lượng lớn ngô, cho thấy nhu cầu tiêu thụ ngô trong nước vẫn chưa được đáp ứng. Việc nghiên cứu và phát triển các dòng ngô có khả năng chịu hạn tốt là cần thiết để đảm bảo an ninh lương thực và phát triển bền vững trong nông nghiệp.

II. Công nghệ kích tạo đơn bội trong nghiên cứu ngô

Công nghệ kích tạo đơn bội là một phương pháp tiên tiến trong việc tạo ra các dòng ngô đơn bội kép. Phương pháp này giúp tạo ra các dòng giống có tính đồng nhất cao, từ đó nâng cao khả năng chịu hạn và năng suất cây trồng. Việc áp dụng công nghệ này không chỉ giúp tiết kiệm thời gian mà còn giảm thiểu chi phí trong quá trình nghiên cứu và phát triển giống. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng, các dòng ngô được tạo ra từ công nghệ kích tạo đơn bội có khả năng sinh trưởng tốt hơn và có khả năng chống chịu với các điều kiện bất lợi của môi trường. Điều này đặc biệt quan trọng trong bối cảnh biến đổi khí hậu hiện nay.

2.1. Quy trình tạo dòng ngô đơn bội kép

Quy trình tạo dòng ngô đơn bội kép bằng công nghệ kích tạo đơn bội bao gồm nhiều bước quan trọng. Đầu tiên, việc lựa chọn nguồn vật liệu ban đầu là rất cần thiết để đảm bảo chất lượng giống. Sau đó, các bước xử lý lưỡng bội hóa và tạo dòng đơn bội sẽ được thực hiện. Các dòng ngô đơn bội kép sau khi được tạo ra sẽ được đánh giá về các đặc điểm nông sinh học, khả năng chịu hạn và năng suất. Kết quả từ các nghiên cứu này sẽ cung cấp thông tin quý giá cho việc phát triển giống ngô lai có năng suất cao và khả năng thích ứng tốt với điều kiện khí hậu khắc nghiệt.

III. Đánh giá và ứng dụng của các dòng ngô đơn bội kép

Đánh giá các dòng ngô đơn bội kép là một phần quan trọng trong nghiên cứu. Các dòng này cần được kiểm tra về khả năng chịu hạn, năng suất và các đặc điểm nông sinh học khác. Kết quả từ các nghiên cứu cho thấy, một số dòng ngô đơn bội kép có khả năng chịu hạn tốt và năng suất cao hơn so với các giống ngô truyền thống. Việc ứng dụng các dòng ngô này trong sản xuất nông nghiệp sẽ góp phần nâng cao hiệu quả sản xuất và đảm bảo an ninh lương thực. Hơn nữa, việc phát triển các giống ngô có khả năng chịu hạn sẽ giúp nông dân giảm thiểu rủi ro trong sản xuất, đặc biệt trong bối cảnh biến đổi khí hậu ngày càng nghiêm trọng.

3.1. Tiềm năng phát triển giống ngô lai chịu hạn

Tiềm năng phát triển giống ngô lai chịu hạn là rất lớn. Các dòng ngô đơn bội kép được tạo ra từ công nghệ kích tạo đơn bội không chỉ có khả năng sinh trưởng tốt mà còn có khả năng chống chịu với các điều kiện bất lợi của môi trường. Việc phát triển các giống ngô này sẽ giúp nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm, đồng thời đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thị trường. Các nghiên cứu cũng chỉ ra rằng, việc áp dụng các giống ngô lai chịu hạn sẽ giúp nông dân tăng thu nhập và cải thiện đời sống, góp phần vào sự phát triển bền vững của ngành nông nghiệp.

Nội dung chính

Tổng quan luận án

Tính cấp thiết và khoảng trống nghiên cứu

Ngô (Zea mays L.) là cây trồng có sản lượng hạt cao nhất thế giới, giữ vai trò quan trọng trong việc bảo đảm an ninh lương thực, cung cấp nguyên liệu cho chăn nuôi, công nghiệp chế biến và sản xuất nhiên liệu sinh học. Trong thế kỷ qua, năng suất ngô toàn cầu trên một đơn vị diện tích đã tăng hơn 7 lần nhờ sự kết hợp giữa chọn tạo giống và cải tiến kỹ thuật canh tác. Tại Việt Nam, ngô là cây lương thực quan trọng thứ hai sau lúa nước và là cây màu chủ lực. Sản xuất ngô trong nước đã có giai đoạn tăng trưởng liên tục: năm 2001 diện tích đạt 730.000 ha, đến năm 2005 vượt trên 1 triệu ha; năm 2018 đạt 900.673 ha với năng suất 49,37 tạ/ha và sản lượng gần 4,45 triệu tấn. Dù vậy, sản lượng ngô nội địa vẫn chưa đáp ứng đủ nhu cầu tiêu thụ; năm 2022, Việt Nam phải nhập khẩu 9,57 triệu tấn ngô với giá trị tương đương 3,33 tỷ USD.

Khoảng 80% diện tích ngô tại Việt Nam được canh tác nhờ nước trời trên đất đồi dốc và bãi ven sông, không có điều kiện tưới chủ động. Nguy cơ thiếu nước đe dọa trực tiếp khoảng 0,3 triệu ha, và các đợt hạn hán làm thiệt hại khoảng 30% diện tích canh tác ngô hàng năm. Trước áp lực biến đổi khí hậu, việc chọn tạo các giống ngô lai có năng suất cao và khả năng chống chịu hạn là yêu cầu cấp thiết.

Thành công của công tác chọn tạo giống ngô lai phụ thuộc quyết định vào việc tạo ra các dòng thuần bố mẹ ưu tú. Phương pháp tự phối truyền thống đòi hỏi từ 6 đến 8 vụ, dễ dẫn đến hiện tượng phân ly khó kiểm soát và chịu ảnh hưởng tiêu cực của hiệu ứng liên kết gen. Ngược lại, công nghệ tạo dòng ngô đơn bội kép (Doubled Haploid - DH) bằng cây kích tạo đơn bội in vivo cho phép:

1. Rút ngắn thời gian tạo dòng thuần xuống còn 2 vụ, tiết kiệm 2/3 thời gian so với phương pháp cổ truyền.
2. Tạo ra dòng DH có độ đồng hợp tử tuyệt đối (100%).
3. Khai thác đồng thời nhiều dòng thuần khác nhau từ một nguồn vật liệu ban đầu với quy trình kỹ thuật tinh gọn.

Tại Việt Nam, các nghiên cứu ứng dụng công nghệ kích tạo đơn bội để tạo dòng ngô đơn bội kép phục vụ chọn giống chịu hạn còn rất hạn chế. Do đó, đề tài "Nghiên cứu tạo dòng ngô đơn bội kép chịu hạn bằng công nghệ kích tạo đơn bội phục vụ chọn tạo giống ngô lai" được thực hiện nhằm giải quyết khoảng trống thực tiễn này.

Mục tiêu nghiên cứu

Chọn tạo được các dòng và tổ hợp lai ngô đơn bội kép chịu hạn bằng công nghệ kích tạo đơn bội.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

• Đối tượng nghiên cứu:
  • Vật liệu làm mẹ: 10 nguồn vật liệu ngô lai thương mại có khả năng sinh trưởng tốt, thích ứng rộng và chịu hạn gồm NK67, NK4300, NK7328, DK8868, DK9901, CP333, 30Y87, VN8960, LCH9 và nguồn vật liệu ưu tú.
  • Cây kích tạo đơn bội: Ba nguồn kích tạo đơn bội thích ứng nhiệt đới gồm TAILP1, TAILP2 và tổ hợp lai TAILP1 × TAILP2 do Trung tâm Cải tạo Ngô và Lúa mì Quốc tế (CIMMYT) cung cấp.
  • Dòng và giống đối chứng: Dòng 21CM (mẹ giống VN8960), dòng CH1 (mẹ giống LCH9); các dòng bố mẹ của giống ngô lai LVN61; các giống ngô lai đối chứng trong thí nghiệm khảo nghiệm gồm NK7328, DK6919 và DK9901.
• Phạm vi nghiên cứu:
  • Nội dung: Tạo hạt đơn bội và xử lý lưỡng bội hóa NST; đánh giá đặc điểm nông sinh học và khả năng chịu hạn của các dòng DH; đánh giá đa dạng di truyền bằng chỉ thị phân tử SSR; đánh giá khả năng kết hợp qua lai đỉnh và lai luân giao; tạo và khảo nghiệm các tổ hợp lai triển vọng.
  • Không gian: Thí nghiệm được thực hiện tại Viện Nghiên cứu Ngô (Đan Phượng, Hà Nội), Trung tâm/Công ty Cổ phần Giống cây trồng Nha Hố (Ninh Thuận), và các điểm khảo nghiệm tại Hòa Bình, Đồng Nai, Thái Nguyên, Phú Thọ.
  • Thời gian: Các vụ nghiên cứu được tiến hành liên tục từ năm 2016 đến năm 2019 (gồm vụ Hè Thu 2016, Thu Đông 2016, Hè Thu 2017, Thu Đông 2017, Đông 2017, Đông Xuân 2017-2018, Xuân 2018, Đông Xuân 2018-2019, Xuân Hè và Thu Đông 2019).

---

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Các hướng nghiên cứu trước được luận án điểm lại

1. Lịch sử phát hiện và dòng kích tạo đơn bội:
   • Hiện tượng đơn bội tự nhiên ở ngô được Stadler và Randolph mô tả đầu tiên [109]. Chase (1949, 1952) phát hiện hạt đơn bội tự nhiên với tần suất thấp khoảng 1/1.000 [58].
   • Coe (1959) phát hiện dòng kích tạo đơn bội đầu tiên mang tên Stock6 với tỷ lệ kích tạo đơn bội (Haploid Induction Rate - HIR) đạt từ 1% đến 3% [43].
   • Röber và cộng sự (2005) phát triển các dòng kích tạo ôn đới cải tiến như UH400, RWS [125]; Chalyk (1999) tạo dòng MHI [53]; Rotarenco và cộng sự (2010) chọn tạo dòng PHI [127], nâng HIR lên khoảng 6 - 15%.
   • Nhằm khắc phục tính mẫn cảm khí hậu nhiệt đới, CIMMYT hợp tác với Đại học Hohenheim (Đức) tạo ra các dòng kích tạo đơn bội nhiệt đới hóa (Tropically Adapted Inducer Lines - TAIL) thế hệ thứ nhất với HIR đạt 6 - 9% [48] và thế hệ thứ hai đạt HIR từ 9% đến 14% [51].
2. Cơ sở di truyền của tính trạng kích tạo đơn bội:
   • Tính trạng kích tạo đơn bội chịu sự kiểm soát của đa gen [86]. Deimling và cộng sự (1997) lập bản đồ di truyền đầu tiên và xác định 2 QTLs trên nhiễm sắc thể (NST) số 1 và số 2, giải thích 17,9% biến động kiểu hình [62].
   • Prigge và cộng sự (2012) xác định hai QTL chủ đạo: qhir1 trên NST 1 (bin 1.04) giải thích 66% phương sai kiểu gen và qhir8 trên NST 9 (bin 9.01) giải thích 20% phương sai kiểu gen [117].
   • Phân tích GWAS chia qhir1 thành hai vùng qhir11 và qhir12, chứng minh chỉ có vùng qhir11 liên quan trực tiếp đến kích tạo đơn bội [78], [110]. Trong vùng này, gen mã hóa phospholipase A được xác định độc lập bởi ba nhóm nghiên cứu và đặt tên là MTL [84], NLD [75] và ZmPLA1 [91]. Gen ZmDMP thuộc qhir8 [164] và alen mất chức năng ZmPLD3 (Yuan Li, 2021) [89] cũng được chứng minh tham gia kiểm soát cơ chế này.
3. Cơ chế tạo đơn bội và phương pháp nhận biết:
   • Hai giả thuyết sinh học cạnh tranh: Thụ tinh đơn (chỉ thụ tinh với nhân cực tạo nội nhũ tam bội, tế bào trứng không thụ tinh tự phát triển thành phôi đơn bội - van Lammeren et al., 2011 [138]) và thụ tinh kép bình thường nhưng bộ NST của bố bị đào thải trong tuần đầu sau thụ tinh (Li et al., 2009 [120]; Zhao et al., 2013 [163]; Qiu et al., 2014 [88]).
   • Nhận diện hạt đơn bội qua gen chỉ thị màu R1-nj (Navajo): Hạt đơn bội có nội nhũ màu tím anthocyanin nhưng phôi không màu; hạt lai có cả nội nhũ và phôi màu tím [46], [104], [111]. Tuy nhiên, R1-nj bị ức chế bởi gen C1-I xuất hiện ở khoảng 30% nguồn vật liệu nhiệt đới [50]. Các kỹ thuật hỗ trợ khác gồm đo hàm lượng dầu phôi [103], quang phổ cận hồng ngoại (NIR, HSI) [73], [162], chỉ thị rễ tím [48], gen chuyển huỳnh quang EGFP [155] và đo kích thước khí khổng [59], [105].
4. Kỹ thuật lưỡng bội hóa NST:
   • Phương pháp nhân tạo phổ biến là ngâm mầm hạt đơn bội (dài khoảng 2 cm, cắt đỉnh bao lá mầm 2 mm) trong dung dịch colchicine nồng độ 0,04 - 0,06% kết hợp 0,5% DMSO trong 8 - 12 giờ, đạt tỷ lệ thành công 10 - 30% [115], [116]. Các giải pháp thay thế gồm thuốc trừ cỏ chống phân bào (APM, pronamide - Melchinger et al., 2016 [100]) hoặc xử lý khí $N_2O$ ở áp suất 0,6 MPa trong 3 ngày [106].
   • Tự nhân đôi NST (spontaneous chromosome doubling): Khả năng tự phục hồi sinh sản đực (AER) dao động từ 9,8% đến 89,8% ở các nguồn gen khác nhau, chịu sự kiểm soát của các gen có hiệu ứng cộng gộp [57], [85], [147].
5. Nghiên cứu công nghệ DH tại Việt Nam:
   • Giai đoạn 2011 - 2015, Viện Nghiên cứu Ngô hợp tác với CIMMYT nhập 3 nguồn kích tạo TAILP1, TAILP2, TAILP1 × TAILP2, bước đầu hoàn thiện quy trình và tạo ra 217 dòng DH [Viện Nghiên cứu Ngô].
   • Nhóm nghiên cứu tại Học viện Nông nghiệp Việt Nam (2016) đánh giá khả năng duy trì dòng kích tạo ôn đới UH400 tại miền Bắc [15].

Khoảng trống luận án lựa chọn giải quyết

Mặc dù CIMMYT đã nhiệt đới hóa các dòng kích tạo, việc làm chủ quy trình tạo dòng ngô DH trên các tổ hợp lai thương phẩm trồng phổ biến tại Việt Nam vẫn chưa được kiểm chứng đầy đủ về tỷ lệ tạo hạt và hiệu quả nhân đôi NST. Luận án giải quyết khoảng trống này bằng cách:

• Đánh giá thực nghiệm khả năng kích tạo đơn bội của 3 dòng TAIL trên 10 nguồn vật liệu ngô thương mại thích ứng tại Việt Nam qua các mùa vụ.
• Quy chuẩn hóa quy trình lưỡng bội hóa bằng colchicine để tạo lập tập đoàn dòng ngô DH thuần chủng 100%.
• Đánh giá có hệ thống đặc điểm nông sinh học, khả năng chịu hạn trong điều kiện nhân tạo (nhà lưới) và tự nhiên (ngoài đồng ruộng Ninh Thuận).
• Ứng dụng chỉ thị phân tử SSR kết hợp phương pháp phân tích khả năng kết hợp (lai đỉnh, luân giao) và mô hình GGE Biplot để tuyển chọn dòng bố mẹ ưu tú và phát triển tổ hợp ngô lai mới chịu hạn phục vụ sản xuất.

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Cơ sở lý thuyết và khung phân tích

• Lý thuyết di truyền tạo dòng đơn bội kép: Khi thụ phấn nguồn vật liệu mẹ bằng phấn của cây kích tạo đơn bội mang gen đánh dấu R1-nj, hạt đơn bội mang bộ NST đơn bội ($n$) của mẹ. Xử lý colchicine ngăn cản sự hình thành thoi vô sắc trong quá trình nguyên phân ở mô phân sinh đỉnh chồi, làm nhân đôi số lượng NST thành lưỡng bội ($2n$), tạo ra dòng DH đồng hợp tử 100% chỉ sau một thế hệ tự phối.
• Cơ sở sinh lý tính chịu hạn ở ngô: Phân loại hạn gồm hạn không khí (nhiệt độ 39 - 42°C, độ ẩm < 65%) và hạn đất [6]. Cơ chế chống chịu bao gồm tránh hạn, thoát hạn, chịu hạn và phục hồi sau hạn [66], [130], [108]. Các tính trạng chỉ thị gồm: mức độ héo lá, khả năng phục hồi, sinh khối thân và rễ khô, chênh lệch thời gian tung phấn - phun râu (ASI), độ cuốn lá, độ già hóa lá (stay-green), các yếu tố cấu thành năng suất và chỉ số chịu hạn (Drought Index - DI).
• Lý thuyết đánh giá khả năng kết hợp và tương tác kiểu gen: Áp dụng phương pháp lai đỉnh (topcross) và lai luân giao (diallel) theo Griffing nhằm ước tính khả năng kết hợp chung (KNKHC) và khả năng kết hợp riêng (KNKHR), ưu thế lai trung bình (HMP), ưu thế lai thực (HBP). Sử dụng mô hình đồ họa GGE Biplot để đánh giá tính ổn định và tương tác kiểu gen với môi trường.

Phương pháp nghiên cứu thực tế

1. Phương pháp tạo dòng ngô DH:
   • Thụ phấn 10 nguồn vật liệu mẹ với 3 nguồn kích tạo TAILP1, TAILP2, TAILP1 × TAILP2.
   • Sàng lọc hạt đơn bội dựa vào màu sắc anthocyanin ở phôi và nội nhũ theo kiểu hình R1-nj.
   • Hạt đơn bội ủ nảy mầm trên giấy ẩm đến khi bao mầm dài khoảng 2 cm, cắt bỏ đỉnh mầm 2 mm, ngâm trong dung dịch Colchicine nồng độ 0,04 - 0,06% có bổ sung 0,5% DMSO trong 12 giờ. Rửa sạch dưới vòi nước, phục hồi cây trong nhà lưới đến giai đoạn 3 lá rồi đưa ra ruộng chăm sóc (thế hệ $D_0$).
   • Tự phối cưỡng bức các cây $D_0$ bằng túi giấy chuyên dụng để thu hạt thế hệ $D_1$ (dòng DH hoàn chỉnh).
2. Phương pháp đánh giá nông sinh học và khả năng chịu hạn:
   • Trong nhà lưới (vụ Hè Thu 2017 tại Viện Nghiên cứu Ngô): Thí nghiệm chậu cát gồm 2 công thức (tưới đủ và gây hạn nhân tạo bằng cách ngừng tưới nước ở giai đoạn cây con). Theo dõi tỷ lệ cây héo, tỷ lệ cây phục hồi sau tưới lại, chiều dài thân lá, chiều dài rễ, khối lượng thân khô và khối lượng rễ khô.
   • Đồng ruộng tại Ninh Thuận (vụ Đông Xuân 2017-2018): Bố trí 2 công thức: tưới đủ (CT1) và gây hạn (CT2 - ngừng tưới nước thời kỳ trước và trong khi trỗ cờ/phun râu). Theo dõi thời gian sinh trưởng, chiều cao cây, chiều cao đóng bắp, độ già hóa lá, độ cuốn lá, các yếu tố cấu thành năng suất (chiều dài bắp, đường kính bắp, số hàng hạt, số hạt/hàng, khối lượng 1000 hạt) và năng suất hạt thực thu.
   • Đánh giá tại Đan Phượng - Hà Nội (vụ Đông 2017 và Xuân 2018): Đánh giá thời gian sinh trưởng, đặc điểm hình thái, mức độ nhiễm sâu bệnh hại, khả năng chống đổ rễ, trạng thái bắp và độ che kín bắp của 24 dòng DH.
3. Phương pháp sinh học phân tử:
   • Tách chiết ADN tổng số từ mô lá non của 24 dòng DH.
   • Khuếch đại gen bằng kỹ thuật PCR với 23 cặp mồi SSR (gồm các mồi tiêu biểu như phi101049, nc133, umc1862...).
   • Điện di sản phẩm PCR trên gel polyacrylamide nồng độ 4,5%, nhuộm bạc để đọc kết quả phân băng.
   • Xác định số alen, chỉ số đa dạng đa hình (Polymorphism Information Content - PIC), tỷ lệ khuyết số liệu (%M), tỷ lệ dị hợp tử (%H).
   • Thiết lập ma trận khoảng cách di truyền theo hệ số Jaccard và vẽ sơ đồ phân nhóm di truyền theo thuật toán UPGMA.
4. Phương pháp đánh giá khả năng kết hợp:
   • Lai đỉnh: Lai 24 dòng DH với 2 cây thử ưu tú, khảo nghiệm 48 tổ hợp lai tại 4 điểm sinh thái (Hòa Bình, Đồng Nai, Thái Nguyên, Hà Nội) vụ Xuân 2018 và tại Ninh Thuận vụ Đông Xuân 2017-2018 dưới hai điều kiện nước.
   • Lai luân giao: Chọn 9 dòng DH ưu tú thực hiện lai luân giao (diallel) không tính lai nghịch thu được 36 tổ hợp lai, khảo nghiệm tại Ninh Thuận trong 2 điều kiện tưới đủ và gây hạn.
5. Nguồn tư liệu và xử lý dữ liệu:
   • Dữ liệu thu thập trực tiếp từ các thí nghiệm nhà lưới, phòng thí nghiệm sinh thái và đồng ruộng.
   • Dữ liệu khí hậu và hiện trạng hạn hán từ Tổng cục Thống kê, Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Môi trường, Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Trung ương.
   • Xử lý thống kê: Phân tích phương sai (ANOVA), kiểm định sai khác có ý nghĩa nhỏ nhất (LSD), hệ số biến động (CV%) bằng phần mềm IRRISTAT. Phân tích tương tác kiểu gen x môi trường bằng mô hình GGE Biplot.

---

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan tài liệu và cơ sở khoa học của đề tài

Chương 1 hệ thống hóa cơ sở lý luận và thực tiễn về sản xuất ngô, hạn hán và công nghệ đơn bội kép:

• Tình hình sản xuất ngô: Theo số liệu FAOSTAT (2023), năm 2021 diện tích ngô thế giới đạt 205,9 triệu ha, năng suất 58,8 tạ/ha, sản lượng đạt 1,2 tỷ tấn. Tại Việt Nam, diện tích ngô năm 2021 là 900,7 nghìn ha, năng suất 49,37 tạ/ha (chỉ bằng khoảng 83% mức trung bình thế giới), sản lượng đạt 4,45 triệu tấn.
• Tác động của hạn hán: Tổng hợp số liệu tác động của thời tiết bất thuận tại 8 vùng sinh thái nông nghiệp của Việt Nam cho thấy hạn hán đe dọa thường xuyên các vùng Tây Bắc, Bắc Trung Bộ, Duyên hải Nam Trung Bộ và Tây Nguyên.

TT	Vùng sinh thái	Thời vụ (thời gian gieo trồng)	Diện tích năm 2021 (1.000 ha)	Tác động thời kỳ cây con	Tác động thời kỳ trước và trong khi trỗ cờ	Tác động thời kỳ sau thụ phấn đến thu hoạch
1	Đông Bắc Bộ	Vụ Xuân (tháng 2 - 3)	190,1	Đất quá ẩm - Lạnh	Hạn	Đất quá ẩm
2	Tây Bắc Bộ	Vụ Hè (tháng 4 - 5)	224,5	Hạn	Đất quá ẩm	Đất quá ẩm
3	Đồng bằng sông Hồng	Vụ Xuân (tháng 2) Vụ Thu (tháng 7 - 8) Vụ Đông (tháng 9 - 10)	60,5	Hạn Úng Hạn - Lạnh	Hạn Úng Lạnh	Hạn Hạn - Lạnh Hạn - Lạnh
4	Bắc Trung Bộ	Vụ Xuân (tháng 1 - 2) Vụ Đông (tháng 10)	122,2	Hạn Đủ nước	Nóng Hạn	Đất quá ẩm Hạn
5	Tây Nguyên	Vụ Hè Thu (tháng 4 - 5)	172,9	Hạn	Hạn	Đất quá ẩm
6	Duyên hải Nam Trung Bộ	Vụ Hè Thu (tháng 4) Vụ Đông Xuân (tháng 11 - 12)	53,7	Đất quá ẩm Hạn	Đất quá ẩm Hạn	Đất quá ẩm Hạn
7	Đông Nam Bộ	Vụ Hè Thu (tháng 4 - 5) Vụ Đông Xuân (tháng 11 - 12)	54,7	Hạn Hạn	Đất quá ẩm Hạn	Đất quá ẩm Hạn
8	Đồng bằng sông Cửu Long	Vụ Đông Xuân (tháng 11 - 12)	24,4	Hạn	Hạn	Hạn

• Thời gian hạn hán theo vùng: Tây Bắc (tháng 11 đến tháng 4 năm sau), Đông Bắc (tháng 11 đến tháng 3 năm sau), Đồng bằng Bắc Bộ (tháng 11 đến tháng 3 năm sau), Bắc Trung Bộ (tháng 4 đến tháng 8), Nam Trung Bộ (tháng 2 đến tháng 8), Tây Nguyên (tháng 11 đến tháng 4 năm sau), Nam Bộ (tháng 12 đến tháng 4 năm sau).
• Phản ứng sinh lý của cây ngô đối với hạn: Phân tích theo khung của Muchow (1988) [108] về thời gian sinh trưởng, khả năng né tránh mất nước (rễ ăn sâu, điều chỉnh áp suất thẩm thấu, đóng mở khí khổng, lớp sáp cutin) và khả năng chịu hạn khô (trùng khớp thời gian tung phấn - phun râu, duy trì diện tích lá).
• Cơ sở khoa học về cây kích tạo đơn bội và phương pháp nhân đôi: Trình bày chi tiết bản đồ QTL (qhir1, qhir8), các gen ứng viên (MTL, NLD, ZmPLA1, ZmDMP), dấu chuẩn R1-nj và cơ chế tác động của hóa chất colchicine liên kết với $\beta$-tubulin ức chế hình thành vi ống, làm tăng gấp đôi số lượng NST.

Chương 2: Vật liệu, nội dung và phương pháp nghiên cứu

Chương 2 mô tả chi tiết phương pháp luận và các bước triển khai thực nghiệm:

• Vật liệu nghiên cứu: 10 nguồn vật liệu ngô lai thương mại ưu tú (NK67, NK4300, NK7328, DK8868, DK9901, CP333, 30Y87, VN8960, LCH9...) làm mẹ; 3 cây kích tạo đơn bội TAILP1, TAILP2, TAILP1 × TAILP2 do CIMMYT cung cấp; các đối chứng 21CM, CH1, LVN61, DK6919, DK9901.
• Quy trình kỹ thuật tạo dòng DH: Gồm 3 bước cụ thể:
  1. Bước 1: Thụ phấn chéo nguồn vật liệu mẹ bằng hạt phấn của cây kích tạo đơn bội để thu bắp hạt đơn bội.
  2. Bước 2: Tách hạt, phân loại hạt đơn bội dựa trên chỉ thị màu R1-nj (nội nhũ có sắc tố tím anthocyanin, phôi màu trắng không sắc tố).
  3. Bước 3: Ủ hạt nảy mầm đạt chiều dài mầm 2 cm, cắt đỉnh bao lá mầm 2 mm, xử lý ngâm trong dung dịch Colchicine 0,04 - 0,06% + 0,5% DMSO trong 12 giờ ở điều kiện tiêu chuẩn; rửa sạch, trồng cây phục hồi $D_0$ trong nhà lưới rồi chuyển ra ruộng, tiến hành tự phối thu hạt $D_1$.
• Hệ thống thí nghiệm:
  • Thí nghiệm nhà lưới vụ Hè Thu 2017: Thử nghiệm hạn nhân tạo ở giai đoạn cây con đối với các dòng DH.
  • Thí nghiệm đồng ruộng tại Ninh Thuận vụ Đông Xuân 2017-2018: Bố trí theo khối ngẫu nhiên hoàn lại với 2 công thức tưới đủ và gây hạn (cắt nước giai đoạn phân hóa mầm hoa đến thụ phấn).
  • Thí nghiệm khảo nghiệm vụ Đông 2017, Xuân 2018 tại Đan Phượng: Theo dõi các chỉ tiêu nông sinh học, sâu bệnh, chống đổ.
• Phương pháp sinh học phân tử: Sử dụng 23 cặp mồi SSR để phân tích đa dạng di truyền trên gel polyacrylamide 4,5%.
• Phương pháp phân tích di truyền số lượng: Đánh giá KNKHC, KNKHR theo mô hình phân tích lai đỉnh và luân giao (diallel) của Griffing, tính ưu thế lai trung bình (HMP), ưu thế lai thực (HBP), tương tác kiểu gen x môi trường qua phần mềm IRRISTAT và GGE Biplot.

Chương 3: Kết quả nghiên cứu

Chương 3 trình bày các số liệu thực nghiệm thu được qua các nội dung:

1. Kết quả tạo dòng ngô đơn bội kép bằng công nghệ kích tạo đơn bội

• Tỷ lệ tạo hạt đơn bội (HIR): Phụ thuộc chặt chẽ vào nguồn vật liệu mẹ và mùa vụ. Phân tích phương sai cho thấy tổng bình phương (SS) và bình phương trung bình (MS) của tỷ lệ hạt đơn bội có sự sai khác có ý nghĩa thống kê giữa các nguồn vật liệu mẹ và giữa 2 vụ (Hè Thu và Thu Đông năm 2016 tại Viện Nghiên cứu Ngô).
• Hiệu quả xử lý lưỡng bội hóa NST: Sau khi xử lý hạt đơn bội bằng dung dịch colchicine 0,04 - 0,06% kết hợp 0,5% DMSO trong 12 giờ, chăm sóc phục hồi cây $D_0$ và tự phối thành công, đề tài đã tạo lập được 24 dòng ngô đơn bội kép thuần chủng (kí hiệu từ D1 đến D24).

2. Đặc điểm nông sinh học và khả năng chịu hạn của các dòng DH

• Thí nghiệm trong nhà lưới (vụ Hè Thu 2017 tại Viện Nghiên cứu Ngô):
  • Đánh giá phản ứng hạn của 24 dòng DH thông qua tỷ lệ cây bị héo và tỷ lệ phục hồi sau khi tưới nước trở lại.
  • Đo đạc sự suy giảm chiều dài thân lá, chiều dài rễ, khối lượng thân khô và khối lượng rễ khô trong điều kiện gây hạn so với công thức tưới đủ. Các dòng chịu hạn tốt có mức độ giảm khối lượng rễ khô và chiều dài rễ thấp hơn rõ rệt.
• Thí nghiệm ngoài đồng ruộng (vụ Đông Xuân 2017-2018 tại Ninh Thuận):
  • Thời gian sinh trưởng của các dòng DH trong điều kiện tưới đủ và gây hạn dao động phù hợp với cơ cấu mùa vụ.
  • Đánh giá đặc điểm hình thái: Chiều cao cây và chiều cao đóng bắp bị suy giảm dưới điều kiện hạn.
  • Độ già hóa lá và độ cuốn lá: Các dòng chịu hạn duy trì độ xanh của lá (stay-green) tốt hơn và mức độ cuốn lá thấp hơn.
  • Các yếu tố cấu thành năng suất: Dưới tác động của hạn, chiều dài bắp, đường kính bắp, số hàng hạt/bắp, số hạt/hàng và khối lượng 1000 hạt ($P_{1000}$) đều giảm.
  • Năng suất và chỉ số chịu hạn (DI): Xác định mối tương quan chặt chẽ giữa năng suất hạt thực thu ở hai điều kiện nước với chỉ số chịu hạn DI.
• Khảo sát đặc tính nông sinh học tại Đan Phượng (vụ Đông 2017 và Xuân 2018):
  • 24 dòng DH được theo dõi về mức độ nhiễm sâu bệnh hại, khả năng chống đổ rễ, trạng thái bắp và độ che kín bắp.
• Kết quả tuyển chọn dòng: Từ tập đoàn 24 dòng DH ban đầu, đề tài đã xác định được 9 dòng ngô đơn bội kép có khả năng chịu hạn tốt nhất gồm: D4, D6, D7, D8, D10, D14, D20, D22 và D23.

3. Đa dạng di truyền và khả năng kết hợp của các dòng DH

• Nghiên cứu đa dạng di truyền bằng 23 chỉ thị SSR:
  • Điện di sản phẩm PCR trên gel polyacrylamide 4,5% với các mồi đặc hiệu như phi101049, nc133, umc1862.
  • Thống kê số alen, hệ số PIC, tỷ lệ khuyết số liệu (%M) và tỷ lệ dị hợp tử (%H) của 24 dòng DH. Tỷ lệ dị hợp tử bằng 0% khẳng định độ đồng hợp tử tuyệt đối của các dòng DH tạo ra.
  • Ma trận hệ số tương đồng di truyền theo Jaccard và sơ đồ phân nhóm hình cây theo phương pháp UPGMA đã chia 24 dòng DH thành các nhóm di truyền rõ rệt, làm cơ sở khoa học cho việc bố trí các cặp lai khai thác ưu thế lai.
• Khả năng kết hợp qua phép lai đỉnh (vụ Xuân 2018 và Đông Xuân 2017-2018):
  • Phân tích phương sai gộp và riêng tại 4 điểm (Hòa Bình, Đồng Nai, Thái Nguyên, Hà Nội) vụ Xuân 2018 và tại Ninh Thuận vụ Đông Xuân 2017-2018.
  • Xác định năng suất trung bình, giá trị khả năng kết hợp chung (KNKHC) của 24 dòng và khả năng kết hợp riêng (KNKHR) của các tổ hợp lai đỉnh với 2 cây thử dưới hai điều kiện nước.
• Khả năng kết hợp qua phép lai luân giao của 9 dòng DH chịu hạn tại Ninh Thuận:
  • Đánh giá năng suất hạt trung bình của 9 dòng DH ở công thức tưới đủ (CT1) và gây hạn (CT2).
  • Năng suất trung bình của 36 tổ hợp lai luân giao trong điều kiện tưới đủ và gây hạn vụ Đông Xuân.
  • Xác định giá trị KNKHC và KNKHR của 9 dòng DH chịu hạn.
  • Đánh giá ưu thế lai trung bình (HMP) và ưu thế lai thực (HBP) về năng suất của 36 tổ hợp lai. Phân tích tương quan giữa năng suất hạt với KNKHR, HMP, HBP.
  • Ứng dụng mô hình GGE Biplot phân tích tương tác kiểu gen với môi trường, xếp hạng các kiểu gen triển vọng nhất trong hai điều kiện tưới đủ và gây hạn.

4. Tạo tổ hợp lai triển vọng và khảo nghiệm tác giả

• Từ 9 dòng DH ưu tú, đề tài đã chọn lọc và tạo ra hai tổ hợp lai triển vọng gồm: TH32 (tổ hợp lai giữa dòng D4 × D7) và TH2 (tổ hợp lai giữa dòng D14 × D22).
• Khảo nghiệm tác giả trong vụ Xuân Hè và vụ Thu Đông năm 2019 tại Phú Thọ và các điểm sinh thái cho thấy:
  • Cả hai tổ hợp lai TH32 và TH2 đều có đặc điểm nông sinh học tốt, độ che kín bắp kín, chống đổ gãy tốt, mức độ nhiễm sâu bệnh hại thấp và khả năng chống chịu hạn vượt trội ngoài đồng ruộng.
  • Năng suất hạt thực thu của TH32 và TH2 cao hơn có ý nghĩa so với giống ngô lai đối chứng DK9901 ở các vụ khảo nghiệm.

Tổ hợp lai ngô	Nguồn gốc dòng bố mẹ	Năng suất trung bình (tạ/ha)	Năng suất đối chứng DK9901 (tạ/ha)	Tỷ lệ vượt đối chứng DK9901 (%)
TH32	D4 × D7	76,7 - 84,4	69,8 - 74,5	Vượt từ 8,68% đến 14,22%
TH2	D14 × D22	74,6 - 81,5	69,8 - 74,5	Vượt từ 6,10% đến 11,17%

---

Kết quả và những đóng góp mới

Đóng góp mới về mặt lý luận và khoa học

• Cung cấp dẫn liệu khoa học thực nghiệm có hệ thống về quy trình ứng dụng công nghệ kích tạo đơn bội in vivo sử dụng các dòng kích tạo thích ứng nhiệt đới (TAIL) trên các nguồn vật liệu ngô lai thương phẩm tại Việt Nam.
• Bổ sung cơ sở dữ liệu về biến động tỷ lệ tạo hạt đơn bội (HIR) theo nguồn vật liệu mẹ và mùa vụ, cũng như hiệu quả nhân đôi NST bằng hóa chất colchicine trong điều kiện phòng thí nghiệm trong nước.
• Cung cấp hệ thống dữ liệu di truyền phân tử dựa trên 23 chỉ thị SSR, xác định quan hệ di truyền, phân nhóm ưu thế lai và đánh giá chính xác giá trị KNKHC, KNKHR, HMP, HBP của tập đoàn dòng ngô đơn bội kép trong điều kiện tưới đủ và gây hạn nhân tạo.

Đóng góp mới về mặt thực tiễn

• Tạo lập thành công tập đoàn 24 dòng ngô đơn bội kép thuần chủng (đồng hợp tử 100%) từ 10 nguồn vật liệu ngô thương mại ưu tú thông qua công nghệ kích tạo đơn bội, rút ngắn thời gian tạo dòng thuần xuống còn 2 vụ.
• Tuyển chọn được 9 dòng ngô đơn bội kép có khả năng chịu hạn cao, sinh trưởng tốt và khả năng kết hợp cao gồm: D4, D6, D7, D8, D10, D14, D20, D22 và D23.
• Chọn tạo thành công 2 tổ hợp ngô lai mới có triển vọng lớn là TH32 (D4 × D7) và TH2 (D14 × D22). Cả hai tổ hợp lai đều có năng suất vượt giống đối chứng thương mại DK9901 từ 6,10% đến 14,22%, đồng thời thể hiện khả năng chịu hạn tốt và các đặc tính nông sinh học ưu việt, có tiềm năng phát triển thành giống sản xuất thương ứng phó biến đổi khí hậu.

Kiến nghị và giải pháp đề xuất

• Tiếp tục đưa hai tổ hợp lai ngô triển vọng TH32 và TH2 vào hệ thống khảo nghiệm diện rộng (khảo nghiệm VCU và DUS quốc gia) ở các vùng sinh thái thường xuyên xảy ra hạn hán.
• Hoàn thiện quy trình kỹ thuật thâm canh và quy trình sản xuất hạt giống lai F1 cho hai tổ hợp lai TH32 và TH2.
• Duy trì, bảo tồn và khai thác 9 dòng ngô đơn bội kép chịu hạn ưu tú trong các chương trình lai tạo giống ngô chịu hạn tiếp theo của Viện Nghiên cứu Ngô.

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của nghiên cứu

• Việc nhận diện hạt đơn bội trong đề tài chủ yếu dựa vào chỉ thị hình thái màu sắc R1-nj, vốn dễ bị che lấp hoặc mất hoạt tính khi vật liệu mẹ mang gen ức chế anthocyanin (C1-I), đòi hỏi phải loại trừ hoặc tốn thêm công lao động phân loại.
• Kỹ thuật lưỡng bội hóa NST nhân tạo vẫn sử dụng hóa chất colchicine có độc tính cao, đòi hỏi quy trình thao tác và xử lý chất thải nghiêm ngặt.
• Thử nghiệm đánh giá các tổ hợp lai mới TH32 và TH2 mới dừng lại ở bước khảo nghiệm tác giả tại một số điểm sinh thái (Phú Thọ và các điểm khảo nghiệm), chưa mở rộng trên quy mô mạng lưới khảo nghiệm quốc gia nhiều vụ liên tiếp.

Hướng nghiên cứu tiếp theo

• Nghiên cứu áp dụng các phương pháp phân loại hạt đơn bội hiện đại không phụ thuộc vào chỉ thị màu anthocyanin, như công nghệ đo phổ cận hồng ngoại (NIR, HSI) hoặc sử dụng cây kích tạo có hàm lượng dầu cao.
• Nghiên cứu khai thác cơ chế tự nhân đôi NST tự nhiên (spontaneous chromosome doubling) thông qua chọn lọc chu kỳ nhằm giảm thiểu việc sử dụng hóa chất độc hại trong quy trình tạo dòng DH.
• Triển khai khảo nghiệm sản xuất và hoàn thiện hồ sơ đăng ký lưu hành giống cây trồng đối với tổ hợp lai TH32 và TH2 theo Luật Trồng trọt.

---

Giá trị tham khảo

Đối tượng thụ hưởng

• Nghiên cứu sinh, học viên cao học và sinh viên chuyên ngành Di truyền và Chọn giống cây trồng, Sinh học, Nông học và Công nghệ sinh học nông nghiệp.
• Các nhà chọn tạo giống và cán bộ nghiên cứu tại các Viện nghiên cứu cây lương thực, các Trung tâm giống cây trồng và các công ty giống cây trồng trong và ngoài nước.
• Cơ quan quản lý nhà nước về nông nghiệp và phát triển nông thôn, định hướng quy hoạch cơ cấu giống ngô thích ứng biến đổi khí hậu tại các vùng khô hạn.

Nội dung giá trị đáng tham khảo

• Quy trình kỹ thuật tạo dòng DH: Toàn bộ quy trình 3 bước từ lai tạo bằng cây kích tạo đơn bội nhiệt đới TAIL, kỹ thuật phân loại hạt đơn bội qua kiểu hình R1-nj, đến kỹ thuật ngâm mầm xử lý lưỡng bội hóa bằng colchicine 0,04 - 0,06% + DMSO 0,5% là tài liệu tham khảo thực nghiệm trực tiếp cho các phòng thí nghiệm chọn giống cây trồng.
• Quy trình đánh giá tính chịu hạn: Thiết kế thí nghiệm đánh giá hạn nhân tạo ở giai đoạn cây con trong nhà lưới và phương pháp gây hạn đồng ruộng thời kỳ trỗ cờ - phun râu tại Ninh Thuận cung cấp khung đánh giá sinh lý và nông học chuẩn xác.
• Phương pháp phân tích di truyền: Phương pháp tích hợp chỉ thị phân tử SSR (23 cặp mồi) với mô hình lai đỉnh, luân giao Griffing và phân tích tương tác GGE Biplot là quy trình phân tích định lượng mẫu mực cho các đề tài chọn tạo giống ưu thế lai.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Mục tiêu cốt lõi của luận án là gì và tác giả đã đạt được sản phẩm ứng dụng nào?

Mục tiêu cốt lõi của luận án là chọn tạo các dòng và tổ hợp lai ngô đơn bội kép chịu hạn bằng công nghệ kích tạo đơn bội. Kết quả, tác giả đã tạo lập được 24 dòng DH thuần chủng 100%, tuyển chọn được 9 dòng chịu hạn ưu tú và phát triển thành công 2 tổ hợp ngô lai mới chịu hạn là TH32 và TH2 có năng suất vượt giống đối chứng DK9901 từ 6,10% đến 14,22%.

2. Tác giả đã sử dụng những nguồn vật liệu mẹ và cây kích tạo đơn bội nào để tạo hạt đơn bội?

Tác giả đã sử dụng 10 nguồn vật liệu ngô lai thương mại có khả năng chịu hạn làm mẹ gồm NK67, NK4300, NK7328, DK8868, DK9901, CP333, 30Y87, VN8960, LCH9 và nguồn ưu tú; thụ phấn với 3 nguồn kích tạo đơn bội nhiệt đới hóa nhập từ CIMMYT là TAILP1, TAILP2 và tổ hợp lai TAILP1 × TAILP2.

3. Quy trình lưỡng bội hóa nhiễm sắc thể hạt đơn bội trong luận án được tiến hành như thế nào?

Hạt đơn bội sau khi phân loại dựa vào chỉ thị R1-nj được ủ nảy mầm trên giấy ẩm đến khi mầm dài khoảng 2 cm. Đỉnh bao lá mầm được cắt bỏ 2 mm rồi ngâm trong dung dịch Colchicine nồng độ 0,04 - 0,06% kết hợp 0,5% DMSO trong thời gian 12 giờ. Sau đó, cây con được rửa sạch dưới vòi nước, hồi phục trong nhà lưới đến giai đoạn 3 lá rồi chuyển ra ruộng tự phối thu hạt thế hệ $D_1$.

4. Những dòng ngô đơn bội kép nào được xác định có khả năng chịu hạn tốt nhất?

Qua các thí nghiệm đánh giá sinh thái trong nhà lưới (vụ Hè Thu 2017 tại Hà Nội) và ngoài đồng ruộng dưới hai chế độ nước (vụ Đông Xuân 2017-2018 tại Ninh Thuận), 9 dòng ngô DH được xác định có khả năng chịu hạn tốt nhất gồm: D4, D6, D7, D8, D10, D14, D20, D22 và D23.

5. Hai tổ hợp lai ngô triển vọng TH32 và TH2 có nguồn gốc từ đâu và năng suất thực tế đạt bao nhiêu?

Tổ hợp lai TH32 được tạo từ cặp lai D4 × D7, đạt năng suất trung bình từ 76,7 đến 84,4 tạ/ha (vượt đối chứng DK9901 từ 8,68% đến 14,22%). Tổ hợp lai TH2 được tạo từ cặp lai D14 × D22, đạt năng suất trung bình từ 74,6 đến 81,5 tạ/ha (vượt đối chứng DK9901 từ 6,10% đến 11,17%). Cả hai tổ hợp lai đều thể hiện tính chịu hạn cao và đặc điểm nông sinh học tốt trong các khảo nghiệm năm 2019.

---

Kết luận

Luận án tiến sĩ nông nghiệp của nghiên cứu sinh Nguyễn Đức Thành đã làm chủ và ứng dụng thành công công nghệ kích tạo đơn bội in vivo từ các dòng kích tạo nhiệt đới TAIL của CIMMYT trên tập đoàn ngô lai thương phẩm tại Việt Nam. Công trình đã rút ngắn chu kỳ tạo dòng thuần xuống còn 2 vụ, tạo lập được 24 dòng ngô đơn bội kép đồng hợp tử 100%, đồng thời xác định được 9 dòng chịu hạn ưu tú dựa trên phân tích nông sinh học và chỉ thị phân tử SSR. Từ các dòng ưu tú, hai tổ hợp lai ngô mới TH32 (D4 × D7) và TH2 (D14 × D22) đã được phát triển thành công với năng suất vượt đối chứng thương mại DK9901 từ 6,10% đến 14,22%, mở ra tiềm năng lớn phục vụ chuyển đổi cơ cấu cây trồng và nâng cao hiệu quả sản xuất ngô tại các vùng hạn hán của Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Bà GIÁO DĀC VÀ ĐÀO T¾O Bà NÔNG NGHIàP VÀ PTNT VIâN KHOA HâC NÔNG NGHIâP VIâT NAM -----ö÷ ----- NGUYàN ĐĆC THÀNH NGHIÊN CĆU T¾O DÒNG NGÔ Đ¡N BàI KÉP CHàU H¾N BÄNG CÔNG NGHâ KÍCH T¾O Đ¡N BàI PHĂC VĂ CHâN T¾O GIÞNG NGÔ LAI LUÀN ÁN TIÀN S) NÔNG NGHIâP HÀ NàI - 2023 Bà GIÁO DĀC VÀ ĐÀO T¾O Bà NÔNG NGHIàP VÀ PTNT VIâN KHOA HâC NÔNG NGHIâP VIâT NAM -----ö÷ ----- NGUYàN ĐĆC THÀNH NGHIÊN CĆU T¾O DÒNG NGÔ Đ¡N BàI KÉP CHàU H¾N BÄNG CÔNG NGHâ KÍCH T¾O Đ¡N BàI PHĂC VĂ CHâN T¾O GIÞNG NGÔ LAI Chuyên ngành: Di truyÃn và Chãn gißng cây trßng Mã sß: 9620111 LUÀN ÁN TIÀN S) NÔNG NGHIâP NG¯äI H¯âNG DÂN KHOA HàC: 1. Nguyán ThÁ Hùng HÀ NàI - 2023 LàI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận án này là công trình nghiên cāu cÿa tôi d°ãi sự chỉ dÃn cÿa các th¿y h°ãng dÃn và sự giúp đỡ cÿa đồng nghiáp. Các số liáu và kết quÁ nghiên cāu trong luận án là hoàn toàn trung thực, các thông tin trích dÃn đều đ°ÿc ghi rõ nguồn gốc. Tôi hoàn toàn chßu trách nhiám về những số liáu đã công bố trong luận án.

Tác giÁ Nguyán Đćc Thành LàI CÀM ¡N Trong quá trình thực hián đề tài tôi luôn nhận đ°ÿc sự ÿng há và giúp đỡ cÿa C¡ quan, quý Th¿y Cô, đồng nghiáp, b¿n bè và gia đình. Tr°ãc tiên, tôi xin đ°ÿc bày tỏ lòng biết ¡n sâu sắc tãi Ban lãnh đ¿o Vián Khoa hác Nông nghiáp Viát Nam, Ban Thông tin và Đào t¿o Vián Khoa hác Nông nghiáp Viát Nam đã t¿o điều kián thuận lÿi và tận tình giúp đỡ trong suốt quá trình hác tập cũng nh° hoàn thành luận án. Tôi xin trân tráng cÁm ¡n Ban lãnh đ¿o Vián Nghiên cāu Ngô, cán bá Bá môn Nông hác, Bá môn Chán t¿o giống ngô, Bá môn Công nghá sinh hác đã hß trÿ, t¿o điều kián thuận lÿi cho Tôi trong suốt quá trình thực hián luận án. Đặc biát, tôi xin tỏ lòng biết ¡n sâu sắc tãi hai th¿y h°ãng dÃn khoa hác TS.

Đặng Ngãc H¿ - Phó Vián tr°çng Vián Nghiên cāu Ngô PGS. Nguyán ThÁ Hùng - Hác vián Nông nghiáp Viát Nam Hai Th¿y đã giành thåi gian, tận tình h°ãng dÃn tôi thực hián đề tài và hoàn thành luận án. Tôi xin cÁm ¡n Ban quÁn lý Dự án cÃp nhà n°ãc <Nghiên cāu āng dāng công nghá kích t¿o đ¡n bái trong chán t¿o giống ngô lai=, Ban quÁn lý Đề tài cÃp bá <Nghiên cāu chán t¿o giống ngô lai ngắn ngày, chßu h¿n năng suÃt cao phāc vā chuyển đổi cây trồng cho vùng Trung du miền núi phía Bắc=, tập thể cán bá Công ty cổ ph¿n Giống cây trồng Nha Hố, Trung tâm SÁn xuÃt giống cây trồng Nha Hố đã t¿o điều kián thuận lÿi và nhiát tình giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hián đề tài nghiên cāu. Nhân dßp này, tôi xin gửi låi cÁm ¡n đặc biát đến gia đình và những ng°åi thân đã đáng viên giúp đỡ cÁ về vật chÃt và tinh th¿n để tôi hoàn thành luận án.

Hà Nội, ngày tháng năm 2023 Nghiên cću sinh Nguyán Đćc Thành iii MĂC LĂC Trang Lái cam đoan. iii Danh măc chā viÁt tÃt. iv Danh măc các bÁng. vi Danh măc hình.

1 CH¯¡NG 1: TàNG QUAN TÀI LIâU VÀ C¡ Sâ KHOA HâC CĄA Đ TÀI. Tình hình sÁn xu¿t ngô trên thÁ gißi và ã Viãt Nam .1 Tình hình sÁn xuÃt ngô trên thế giãi. Tình hình sÁn xuÃt ngô ç Viát Nam. Nhāng nghiên cću t¿o dòng ngô đ¢n bái kép bÅng cây kích t¿o đ¢n bái.

C¡ sç di truyền cÿa cây kích t¿o đ¡n bái. Quá trình hình thành và phát triển cÿa cây kích t¿o đ¡n bái. Nghiên cāu duy trì, phát triển và cÁi tiến cây kích t¿o đ¡n bái. Nghiên cāu về các b°ãc t¿o dòng ngô đ¡n bái kép bằng công nghá kích t¿o đ¡n bái.

Nghiên cāu āng dāng công nghá kích t¿o đ¡n bái t¿i Viát Nam. Đánh giá tiềm năng cÿa các dòng ngô đ¡n bái kép đ°ÿc t¿o ra bằng công nghá kích t¿o đ¡n bái. Khái niãm và c¢ sã khoa hãc và khÁ năng cháu h¿n ã ngô .1 Khái niám và phân lo¿i h¿n .2 C¡ chế chống chßu h¿n cÿa cây trồng .3 Ành h°çng cÿa h¿n đến sÁn xuÃt ngô trên thế giãi và Viát Nam. Mát số tính tr¿ng sử dāng trong nghiên cāu khÁ năng chßu h¿n ç Ngô.

Nghiên cću đa d¿ng di truyÃn, dă đoán °u thÁ lai dăa vào các chß thá phân tÿ SSR. Đánh giá khÁ năng kÁt hāp bÅng ph°¢ng pháp lai đßnh và luân giao. KhÁ năng kết hÿp. Đánh giá khÁ năng kết hÿp bằng ph°¡ng pháp lai đỉnh.

Đánh giá khÁ năng kết hÿp bằng ph°¡ng pháp luân giao. Đánh giá t°¡ng tác kiểu gen vãi môi tr°ång, tính ổn đßnh giống và khÁ năng kết hÿp bằng GGE Biplot. 40 CH¯¡NG 2: VÀT LIâU, NàI DUNG VÀ PH¯¡NG PHÁP NGHIÊN CĆU. Ph°¢ng pháp nghiên cću.

Ph°¡ng pháp t¿o dòng ngô đ¡n bái kép bằng cây kích t¿o đ¡n bái .2 Ph°¡ng pháp đánh giá đặc điểm nông sinh hác, khÁ năng chßu h¿n cÿa các dòng ngô đ¡n bái kép. Ph°¡ng pháp đánh giá đa d¿ng di truyền và khÁ năng kết hÿp cÿa các dòng ngô đ¡n bái kép .4 T¿o, đánh giá các tổ hÿp lai từ các dòng ngô đ¡n bái kép triển váng. Quy trình chăm sóc và quÁn lý thí nghiãm đßng ruáng .5 Ph°¢ng pháp thu thÁp và xÿ lý sß liãu thí nghiãm. Thu thÁp sß liãu.2 Xÿ lý sß liãu thí nghiãm.

S¢ đß nghiên cću thăc hiãn đà tài luÁn án&.&&&&&&&&54 CH¯¡NG 3: KÀT QUÀ NGHIÊN CĆU. KÁt quÁ t¿o dòng ngô đ¢n bái kép bÅng công nghã kích t¿o đ¢n bái. Kết quÁ t¿o h¿t đ¡n bái và xử lý l°ỡng bái hóa NST.2 Ành h°çng cÿa nguồn vật liáu, khung thåi vā đến tỷ lá t¿o h¿t đ¡n bái. Đặc đißm nông sinh hãc và khÁ năng cháu h¿n và cąa các dòng ngô đ¢n bái kép.

KhÁ năng chßu h¿n cÿa các dòng ngô đ¡n bái kép .2 Đặc điểm nông sinh hác và khÁ năng chống chßu cÿa các dòng ngô đ¡n bái kép. KÁt quÁ nghiên cću đa d¿ng di truyÃn và khÁ năng kÁt hāp cąa các dòng ngô đ¢n bái kép vă Xuân năm 2017 t¿i Viãn Nghiên cću Ngô .1 Kết quÁ nghiên cāu đa d¿ng di truyền và phân nhóm °u thế lai cho các dòng ngô đ¡n bái kép bằng chỉ thß phân tử SSR. KhÁ năng kết hÿp về năng suÃt cÿa các dòng ngô đ¡n bái kép. T¿o các tổ hÿp lai từ các dòng ngô đ¡n bái kép triển váng, khÁo nghiám tác giÁ.

130 KÀT LUÀN VÀ Đ NGHà. 134 CÁC CÔNG TRÌNH Đà CÔNG BÞ LIÊN QUAN ĐÀN LUÀN ÁN. 136 TÀI LIâU THAM KHÀO. 137 iv DANH MĂC CHĀ VIÀT TÂT ViÁt tÃt ViÁt đÁy đą AFLP Amplified Fragment Length Polymorphism - Đa hình chiều dài đo¿n nhân bÁn ASI Chênh lách thåi gian tung phÃn và phun râu Bá NN & PTNT Bá Nông nghiáp và Phát triển nông thôn CC Chiều cao cây CĐB Chiều cao đóng bắp CIMMYT Centro Internacional de Mejoramiento de Maiz y Trigo - Trung tâm cÁi l°¡ng giống ngô và lúa mì quốc tế CV(%) Coefficients of variation - Há số biến đáng CS Cáng sự DB Chiều dài bắp DH Double haploid - Đ¡n bái kép ĐV D¿ng h¿t đá màu vàng BĐV D¿ng h¿t bán đá màu vàng ĐX Vā Đông Xuân ĐKB Đ°ång kính bắp GMP Global Maize Program - Ch°¡ng trình ngô toàn c¿u H/H Số h¿t/hàng HMP Midparent heterosis - ¯u thế lai trung bình HBP Heterobeltiosis- ¯u thế lai thực HT Vā Hè Thu HIR Haploid induction rate - Tỷ lá đ¡n bái KNKHC KhÁ năng kết hÿp chung KNKHR KhÁ năng kết hÿp riêng LSD Least Signification Difference - Sai khác nhỏ nhÃt có ý nghĩa ViÁt tÃt ViÁt đÁy đą NSTB Năng suÃt trung bình NTT Năng suÃt thực thu P1000 Khối l°ÿng 1000 h¿t IRRISTAT International Rice Research Institute statistical research tool - Ph¿n mềm quÁn lý nghiên cāu thống kê QTLs Quantitative trait locus Locus - tính tr¿ng số l°ÿng RNV D¿ng h¿t răng ngựa màu vàng SHH Số hàng h¿t SG % suy giÁm RFLP Restriction Fragment Length Polymorphism - Đa hình chiều dài đo¿n cắt giãi h¿n RAPD Randomly Amplified Polymorphic DNA - Đa hình các đo¿n ADN đ°ÿc khuếch đ¿i ngÃu nhiên PR Thåi gian phun râu TAIL Tropical adapted kích t¿o đ¡n bái line - Dòng kích t¿o đ¡n bái thích āng vùng nhiát đãi TB Trung bình TĐ Trong điều kián t°ãi đÿ THL Tổ hÿp lai TTC Tr¿ng thái cây TGST Thåi gian sinh tr°çng TP Thåi gian tung phÃn ¯TL ¯u thế lai vi DANH MĂC CÁC BÀNG TT bÁng Tên bÁng Trang BÁng 1.

Các phÁn āng cÿa cây trồng trong điều kián h¿n. Tác đáng cÿa thåi tiết bÃt thuận tãi 8 vùng ç Viát Nam. Các vùng sinh thái th°ång xÁy ra h¿n ç Viát Nam.1 Nguồn gốc, đặc điểm vật liáu làm mẹ để t¿o h¿t đ¡n bái .2 Thåi điểm t°ãi n°ãc cho thí nghiám t°ãi đÿ và gây h¿n. Quy trình chăm sóc và quÁn lý thí nghiám.

Kết quÁ t¿o dòng ngô đ¡n bái kép trong vā Thu Đông và Đông năm 2017 t¿i Đan Ph°ÿng - Hà Nái. Tổng bình ph°¡ng (SS) và bình ph°¡ng trung bình (MS) tỷ lá h¿t đ¡n bái trong vā Hè Thu và Thu Đông năm 2016 t¿i khu ruáng thí nghiám Vián Nghiên cāu Ngô. Giá trß trung bình tỷ lá h¿t đ¡n bái thu đ°ÿc từ các nguồn vật liáu trong 2 vā Hè Thu và Thu Đông năm 2016 t¿i khu ruáng thí nghiám Vián Nghiên cāu Ngô. Tỷ lá cây bß héo và cây phāc hồi cÿa các dòng ngô đ¡n bái kép vā Hè Thu năm 2017 t¿i khu nhà l°ãi Vián Nghiên cāu Ngô .5 Ành h°çng cÿa h¿n đến chỉ tiêu chiều dài thân lá, chiều dài rß cÿa các dòng ngô đ¡n bái kép vā Hè Thu năm 2017 t¿i khu nhà l°ãi Vián Nghiên cāu Ngô.

Ành h°çng cÿa h¿n đến chỉ tiêu khối l°ÿng thân khô và rß khô (gram) cÿa các dòng trong điều kián t°ãi đÿ và gây h¿n trong nhà l°ãi vā Hè Thu 2017. Thåi gian sinh tr°çng cÿa các dòng ngô đ¡n bái kép trong điều kián t°ãi đÿ và h¿n t¿i Ninh Thuận vā Đông Xuân 2017 - 2018. Đặc điểm hình thái cÿa các dòng ngô đ¡n bái kép trong điều kián t°ãi đÿ và h¿n t¿i Ninh Thuận vā Đông Xuân 2017 - 2018. Đá già hóa lá, đá cuốn lá cÿa các dòng ngô đ¡n bái kép trong điều kián t°ãi đÿ và h¿n t¿i Ninh Thuận vā Đông Xuân 2017 - 2018 .10 Các yếu tố cÃu thành năng suÃt cÿa 24 dòng ngô đ¡n bái kép trong điều kián t°ãi đÿ và h¿n t¿i Ninh Thuận vā Đông Xuân 2017 - 2018 .