Đặt vấn đề Ở Việt Nam, cây ngô là cây lương thực đứng thứ 2 sau cây lúa và có vai trò quan trọng đối với ngành chăn nuôi. Trong những năm gần đây, sản lượng ngô ngày càng tăng cao một phần là do diện tích canh tác ngô ngày mở rộng và công tác tuyển chọn giống cho năng suất cao đã có một số kết quả nhất định. Diện tích trồng ngô trong năm 2009 là 1.800 ha, năng suất trung bình 40.3 tạ/ha và sản lượng trong năm 2009 là 4. Tuy nhiên, nước ta hàng năm vẫn nhập một số lượng lớn ngô cho chế biến thức ăn chăn nuôi và một lượng không nhỏ giống ngô lai để phục vụ cho sản xuất (Để và cs, 2010).
Năm 2009 theo FAOSTAT, năng suất ngô trung bình của nước ta 40.3 tạ/ha, vẫn còn thấp hơn so với năng suất ngô trung bình của thế giới 51. Nguyên nhân năng suất thấp là, diện tích canh tác trồng ngô trên những vùng đất khác nhau, thường là những vùng đất xấu và chủ yếu dựa vào nguồn nước tự nhiên (Để và cs, 2010). Cùng với đó là năng suất của giống thấp, năng suất thường bị ảnh hưởng rất nhiều vào điều kiện canh tác, trong đó vấn đề nguồn nước tưới chiếm một vai trò quan trọng. Khô hạn là yếu tố quan trọng bậc nhất ảnh hưởng đến an ninh lương thực của thế giới, nó có thể làm giảm 70% năng suất cây trồng nói chung (Bray và cs, 2000).
Sự khan hiếm về nguồn nước tưới phục vụ cho ngành nông nghiệp đã được báo động trong nhiều hội nghị khoa học thế giới trong những năm gần đây. Trong đó, nền nông nghiệp ở Việt Nam không phải là ngoại lệ. Hầu hết các nghiên cứu về marker phân tử có liên quan đến tính trạng khô hạn người ta hay quan tâm đến những tính trạng đặc biệt như: 9 Khả năng của rễ cây phát triển sâu xuống tầng đất bên dưới. 9 Tính trạng phun râu và tung phấn với thời gian cách quãng được xác định ASI (anthesis silking interval).
9 Sự điều tiết áp suất thẩm thấu (osmotic adjustment). 9 Hiện tượng biến dưỡng ABA (abscisic acid). 2 9 Hiện tượng nông học WUE (water use efficiency). Số QTL được tìm thấy đối với tính trạng chịu hạn thường thay đổi từ 1 đến 4 và những QTL này thường trãi rộng trên toàn bộ genome với nhiều nhóm liên kết gen.
Năng suất của cây ngô phụ thuộc vào nhiều tính trạng thứ cấp như chiều cao cây, thời gian phun râu, thời gian ra hoa, số trái trên cây, số hạt trong một trái, lá già và sự cuộn lại của lá trong điều kiện thiếu nước (Edmeades và cs, 1997; Banziger và cs, 2000). Theo như nghiên cứu của Jiufeng Guo và cs, 2008 đã nghiên cứu 10 tính trạng thứ cấp có liên quan đến năng suất như thời gian ra hoa của giống đực (MFT), thời gian ra hoa của giống cái (FFT), tính trạng khoảng cách trổ cờ và phun râu (ASI), chiều cao cây (PH), chiều dài trái (EL), trọng lượng trái (EW), đường kính trái (ED), số hạt trong một trái (KRN), năng suất hạt (GY) và trọng lượng của 100 hạt (100KW) dưới 2 chế độ nước tốt và khô hạn, trong nghiên cứu này tính trạng ASI và thời gian ra hoa nằm trên nhiễm sắc thể số 6 gần marker Nco12 và bnlg 2907 – bnlg1136. Đây là QTL có thể dùng cho chọn giống ở cây ngô cho tính chịu hạn. Cơ chế di truyền chịu hạn của cây ngô thường phức tạp, tính trạng năng suất bị ảnh hưởng mạnh giữa sự tương tác kiểu gen và môi trường (Jiufeng Guo và cs, 2008).
Vì vậy, chọn tính trạng năng suất dưới điều kiện khô hạn được xem như là không có hiệu quả bởi vì mức độ di truyền tính trạng này thấp (Blum, 1988). Tuy nhiên, dưới điều kiện khô hạn chọn những tính trạng thứ cấp có liên hệ với năng suất và có mức độ biểu hiện di truyền cao sẽ làm tăng hiệu quả cho chọn giống (Xin-Hai Li và cs, 2003). Ở cây ngô, tính trạng thứ cấp liên quan đến năng suất có nhiều nhưng ASI được xem như là tính trạng thứ cấp rõ ràng mà có mức di truyền cao và có sự tương quan đến năng suất dưới điều kiện khô hạn (Xin- Hai Li và cs, 2003). Do sự không đồng bộ giữa ra hoa giống đực và giống cái dẫn đến năng suất giảm dưới điều kiện khô hạn (Balanos và Edmeades, 1993; Westgate 3 và Boyer, 1986).
Điều này ảnh hưởng đến, khoảng cách phun râu và trổ cờ có thời gian quá dài sẽ làm giảm số hạt và dẫn đến làm giảm năng suất (Edmeades và cs, 1999). Do vậy, một trong số giải pháp giải quyết hiệu quả vấn đề này là chọn giống có khoảng cách phun râu và trổ cờ có thời gian ngắn (Xiaohong Liu và cs, 2010), việc chọn giống có khoảng cách phun râu và trổ cờ có thời gian ngắn sẽ góp phần vào tỷ lệ sự hình thành trái cao dẫn đến tăng năng suất (Bolanos và cs, 1993; Ribaut, 1997; Edmeades và cs, 1999). Theo như nghiên cứu của Xin-Hai Li và cs, 2002 đã khẳng định rằng tính trạng ASI và sự hình thành trái có sự tương quan cao với năng suất ngô mà có thể dùng như là tính trạng thứ cấp cho chọn giống. Một nghiên cứu khác của Magorokosho và cs, 2003 đã cho rằng ứng dụng của tính trạng ASI như là một tiêu chuẩn cho chọn năng suất dưới điều kiện khô hạn.
Với những yêu cầu thực tiễn trên, đề tài “ Nghiên cứu xác định marker phân tử SSR liên kết với tính trạng khoảng cách trổ cờ phun râu (ASI) của cây ngô” là cần thiết và có ý nghĩa quan trọng trong ứng dụng MAS cho chọn giống chịu hạn của cây ngô. Mục tiêu 9 Xây dựng bản đồ fine map tính trạng ASI có liên quan tới năng suất hạt trong điều kiện khô hạn. 9 Xác định marker SSR liên kết với tính trạng ASI cho chọn giống. Nội dung 9 Xây dựng quần thể phân ly F2 cây ngô và đánh giá tính trạng ASI, KNE và GY.
9 Chọn những marker đa hình dùng cho PCR trên quần thể F2. 9 Mã hóa giữ liệu maker thông qua kiểu gen ở quần thể F2. 9 Dùng phần mềm Mapmaker/QTL 3.17 phân tích kiểu gen trên quần thể F2. 9 Xác định marker liên kết tính trạng ASI có liên quan đến năng suất cho chọn giống trong điều kiện khô hạn.
4 Chương II. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2. Tổng quan cây ngô (Tình, 2009) 2. Phân loại thực vật cây ngô Ngô là cây giao phấn điển hình, có hoa đực và hoa cái trên cùng một cây nhưng ở vị trí khác nhau (lưỡng tính đồng chu).
Ngô là cây nhị bội có số nhiễm sắc thể cơ bản n = 10. 10 nhiễm sắc thể của cây ngô Ngô có tên khoa học là Zea may L. Do nhà thực vật học Thụy Điển Linnaeus đặt tên theo hệ thống tên kép Hy Lạp – La Tinh: Zea từ Hy Lạp để chỉ cây ngũ cốc và mays là từ “Mahiz” tên gọi cây ngô người dân bản địa Da Đỏ. Cũng có thể mays là từ “Maya” tên một bộ tộc Da Đỏ vùng Trung Mỹ xuất xứ của cây ngô.
Zea thuộc chi Maydeae, họ hòa thảo (Poaceae). Hiện nay, trên thế giới tồn tại 2 hệ thống phân loại đối với loại Zea. Là Zea mays L và Zea mays subsp mays. Từ loài Zea mays L là dựa vào cấu trúc nội nhũ của hạt được phân thành các loại phụ.
Những loại phụ chủ yếu là: Zea mays subsp.indurata sturt - ngô đá. Zea mays subsp.indentata sturt - ngô răng ngựa. Zea mays subsp.ceratina kulesh - ngô nếp. 5 Zea mays subsp.saccharata sturt - ngô đường.
Zea mays subsp.everta sturt - ngô nổ. Zea mays subsp.amylacea sturt - ngô bột. Zea mays subsp.tunecata sturt - ngô bọc. Sau đó dựa vào màu hạt và màu lõi để phân thành các thứ.
Hình thái cây ngô 2. Rễ ngô Ngô có hệ rễ chùm tiêu biểu cho bộ rễ của cây họ thảo, ngô có 3 loại rễ chính: rễ mầm, rễ đốt và rễ chân kiềng. ¾ Rễ mầm: Rễ mầm sơ sinh: Sau khi gieo với điều kiện đủ ấm và ẩm hạt ngô nảy mầm. Cơ quan đầu tiên xuất hiện là rễ mầm sơ sinh và là loại rễ duy nhất khác với loại hòa thảo khác như lúa mì, đại mạch, tiểu mạch có nhiều rễ mầm sơ sinh.
Sau thời gian xuất hiện rễ mầm sơ sinh có nhiều lông hút và nhánh. Thường rễ mầm sơ sinh ngừng phát triển, khô đi và biến mất sau thời gian ngắn (vào khoảng lá thứ 3). Tuy nhiên, cũng có một số rễ này tồn tại lâu hơn và đạt độ sâu lớn để cung cấp nước, thường gặp nhất là ngô chịu hạn. Rễ mầm thứ sinh: Xuất hiện từ trụ gian lá mầm của phôi phía dưới mấu của bao lá mầm sau sự xuất hiện của rễ mầm chính.
Rễ mầm thứ sinh có số lượng khoảng từ 3 – 7. Rễ mầm thứ sinh cùng với rễ mầm sơ sinh tạo thành một hệ rễ tạm thời cung cấp nước và các chất dinh dưỡng cho cây trồng trong thời gian 2 – 3 tuần, sau vai trò này chúng nhường lại cho rễ đốt. ¾ Rễ đốt: Còn gọi là rễ phụ cố định xuất hiện ở các đốt thấp của thân, mọc vòng quanh các đốt dưới mặt đất. Ngô ra rễ đốt đầu tiên khi từ 3 – 4 lá và có số lượng từ 8 – 16 rễ ở mỗi đốt.
Ban đầu, rễ đốt mọc theo chiều hướng ngang và sau đó ăn sau xuống đất và có thể đạt tới 2. Rễ đốt giúp cây ngô hút nước và chất dinh dưỡng suốt đời của cây ngô. ¾ Rễ chân kiềng: 6 Rễ chân kiềng mọc quanh các đốt trên mặt đất sát gốc, rễ chân kiềng to và nhẵn, ít phân nhánh không có rễ non và lông hút ở trên bề mặt, rễ này giúp cây chống đỡ và bám chặt vào đất. Chúng cũng tham gia hút nước và chất dinh dưỡng.
Nảy mầm và phát triển rễ 2. Thân ngô Thân thuộc hòa thảo nhưng có thân khá chắc, đường kính từ 2 – 4 cm, tùy thuộc vào giống điều kiện sinh thái. Thân có chiều cao từ 1.5 – 4 m thân chính của cây ngô có nguồn gốc từ chồi mầm bao phủ bởi lá mầm nằm trong phôi của hạt. Từ 7 thân chính phát sinh ra nhánh hay thân phụ từ các đốt dưới đất, số nhánh thường biến động từ 1 – 10.
Nhánh có hình dạng tương tự như thân chính. Thân ngô trưởng thành bao gồm nhiều lóng nằm giữa các đốt và kết thúc bằng bông cờ. Số lóng và chiều dài lóng là chỉ tiêu quan trọng trong phân loại các giống ngô. Thường giống ngô ngắn ngày có khoảng 14 – 15 lóng, các giống trung ngày 18 – 20 lóng và các giống dài ngày là 20 – 22 lóng.