Tổng quan luận án

Luận án tiến sĩ "Nghiên cứu phát triển nguồn vật liệu phục vụ chọn tạo giống ngô nếp lai chất lượng cao và giàu hàm lượng anthocyanin" được thực hiện bởi nghiên cứu sinh Phạm Quang Tuân, thuộc chuyên ngành Di truyền và chọn giống cây trồng (mã số: 9.11) tại Học viện Nông nghiệp Việt Nam vào năm 2019, dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS. Nguyễn Thế Hùng và PGS. TS. Nguyễn Việt Long.

Về tính cấp thiết, ngô nếp (Zea mays L. ceratina Kulesh) là cây lương thực và cây kinh tế quan trọng ở châu Á, có nội nhũ chứa gần 100% amylopectin. Cùng với xu hướng tiêu dùng thực phẩm chức năng, ngô nếp tím giàu hoạt chất anthocyanin và các hợp chất chống oxy hóa đang thu hút sự chú ý do có tiềm năng hỗ trợ phòng ngừa bệnh tim mạch, béo phì, tiểu đường và kháng viêm. Tại Việt Nam, diện tích ngô nếp chiếm khoảng 8% đến 15% tổng diện tích ngô cả nước. Tuy nhiên, việc nghiên cứu cải thiện chất lượng ngô nếp, đặc biệt là hàm lượng đường và hoạt chất sinh học, còn nhiều khoảng trống. Trước thời điểm nghiên cứu, trong nước chưa có công bố về phương pháp lai cải thiện tính trạng độ ngọt trên cây ngô nếp, chưa có kết quả công bố chọn tạo giống ngô nếp tím giàu anthocyanin; giống ngô nếp tím thương mại duy nhất trên thị trường là Fancy111 nhập nội từ Thái Lan với giá hạt giống cao (400.000 - 500.000 đồng/kg) và sản xuất trong nước chưa chủ động được nguồn giống. Do đó, việc nghiên cứu phát triển nguồn vật liệu phục vụ chọn tạo giống ngô nếp ưu thế lai năng suất cao, chất lượng tốt và giàu anthocyanin là yêu cầu cấp thiết từ thực tiễn sản xuất.

Mục tiêu nghiên cứu của luận án gồm hai nội dung:

  1. Đánh giá và chọn lọc vật liệu di truyền ngô nếp có năng suất, chất lượng và giàu anthocyanin phục vụ chọn tạo giống ngô nếp lai cho các tỉnh miền Bắc, Việt Nam.
  2. Khai thác và cải tiến nguồn vật liệu ngô nếp trong nước và nhập nội, chọn tạo giống ngô nếp tím lai có chất lượng cao và giàu anthocyanin cho các tỉnh miền Bắc, Việt Nam.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Tập hợp 56 dòng tự phối ngô được kế thừa từ chương trình thu thập, đánh giá và phát triển nguồn gen của Viện Nghiên cứu và Phát triển cây trồng - Học viện Nông nghiệp Việt Nam giai đoạn 2008 - 2015. Tập đoàn gồm 45 dòng ngô nếp tím (ký hiệu từ NT1 đến NT45), 9 dòng ngô nếp trắng (ký hiệu từ NT46 đến NT54) và 2 dòng ngô ngọt (ký hiệu Đ1, Đ2). Nguồn gốc xuất xứ của các dòng bao gồm Việt Nam, Trung Quốc, Hàn Quốc, Thái Lan và Mỹ. Thế hệ tự phối ban đầu của các dòng gồm: S3 (18 dòng), S4 (26 dòng), S6 (1 dòng) và S8 (11 dòng).
  • Phạm vi thời gian: Nghiên cứu được tiến hành liên tục từ năm 2015 đến năm 2018. Mỗi năm bố trí 2 đến 3 vụ gieo trồng gồm vụ Xuân (tháng 1 - tháng 5), vụ Hè Thu (tháng 7 - tháng 9) và vụ Thu Đông (tháng 8 - tháng 12).
  • Phạm vi không gian: Các thí nghiệm đồng ruộng đánh giá dòng, tạo tổ hợp lai và so sánh giống được thực hiện tại Viện Nghiên cứu và Phát triển cây trồng - Học viện Nông nghiệp Việt Nam (Gia Lâm, Hà Nội). Thí nghiệm trong phòng phân tích di truyền phân tử và hóa sinh được tiến hành tại Phòng thí nghiệm JICA - Trung tâm Nghiên cứu Cây trồng Việt - Nhật. Các thí nghiệm khảo nghiệm sinh thái đa môi trường được thực hiện tại ba vùng sinh thái miền Bắc gồm: xã Văn Yên, huyện Đại Từ, tỉnh Thái Nguyên; Trung tâm Giống cây trồng Nghệ An, thành phố Vinh, tỉnh Nghệ An; và Hợp tác xã dịch vụ nông nghiệp và thương mại xã Đông Xuyên, huyện Tiền Hải, tỉnh Thái Bình.

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Luận án đã tổng thuật hệ thống các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước về di truyền, nguồn gen và chọn tạo giống ngô nếp:

  • Nguồn gốc và phân loại ngô nếp: Luận án dẫn giải học thuyết trung tâm phát sinh thực vật của Vavilov (1887 - 1943), ghi nhận nguồn gốc cây ngô từ loài cỏ teosinte tại Trung Mỹ cách đây khoảng 6.250 năm trước Công nguyên (Benz, 2001; Piperno và Flannery, 2001). Ngô nếp được xác định là đột biến tự nhiên phát hiện lần đầu tại Thượng Hải, Trung Quốc bởi Collins (1909). Các nghiên cứu phát sinh chủng loại của Zheng và cộng sự (2013) qua phân tích trình tự locus waxy (Wx) trên 108 mẫu nguồn gen và 52 mẫu ngân hàng gen khẳng định ngô nếp Trung Quốc bắt nguồn từ ngô đá (Zea mays L. indurata) thông qua quá trình tiến hóa độc lập ở vùng Tây Nam Trung Quốc.
  • Di truyền tính trạng nội nhũ sáp (waxy) và cấu trúc gen: Đột biến gen lặn wx nằm trên vai ngắn của nhiễm sắc thể số 9 kiểm soát tính trạng nội nhũ sáp do làm suy giảm enzyme tổng hợp amylose (Fan và cộng sự, 2009; Bao và cộng sự, 2012). Cấu trúc gen Wx nguyên thủy gồm 14 exon. Nghiên cứu của Bao và cộng sự (2012) trên 325 mẫu nguồn gen đã xác định các alen đột biến chính gồm wx-D7 (mất đoạn 30-bp tại exon 7 và intron 7) và wx-D10 (mất đoạn 15-bp tại exon 10).
  • Di truyền các tính trạng chất lượng và hoạt chất anthocyanin: Về độ mỏng vỏ hạt và hàm lượng đường, Choe (2010) nhận biết các vùng QTL kiểm soát độ mỏng vỏ hạt ở các vị trí đầu hạt, thân hạt và mầm hạt; Park và cộng sự (2013) xác định 10 QTL kiểm soát độ mỏng vỏ (PER), hàm lượng amylose (AMY), dextrose (DEX) và sucrose (SUC), trong đó ba QTL chính (qAMY4, qDEX4, qSUC4) nằm giữa hai chỉ thị SSR umc1088 và bnlg1265 trên nhiễm sắc thể số 4. Về sắc tố tím, tính trạng được kiểm soát bởi các gen a1, c1, p và r (Neuffer và cộng sự, 1997; Stinard và Sachs, 2002). Harakotr và cộng sự (2014, 2015, 2016) công bố các phát hiện về hàm lượng anthocyanin đơn phân (MAC), hàm lượng phenolic tổng số (TPC), hoạt tính chống oxy hóa qua thử nghiệm DPPH và TEAC, xác định cyanidin-3-glucoside là hợp chất ưu thế. Nghiên cứu của Simla và cộng sự (2009) về tổ hợp gen ngọt (su, sh2, bt) trên nền ngô nếp chỉ ra tương quan nghịch giữa tính trạng dẻo với độ ngọt và độ cứng.
  • Nghiên cứu phát triển dòng thuần và khả năng kết hợp: Nền tảng chọn giống ngô lai dựa trên công bố kinh điển của Shull (1908, 1909). Mô hình đánh giá khả năng kết hợp chung (GCA) và khả năng kết hợp riêng (SCA) của Griffing (1956) được ứng dụng rộng rãi. Lamkey và cộng sự (1995), Carena và Wanner (2009) khẳng định vai trò của phương pháp chọn lọc phả hệ và lai trở lại (backcross) trong việc chuyển gen mong muốn vào dòng thuần ưu tú. Các thành tựu chọn tạo dòng CML của CIMMYT (Warburton và cộng sự, 2002, 2005) cũng được phân tích.
  • Nghiên cứu ngô nếp tại Việt Nam: Tác giả điểm lại các nghiên cứu thu thập, đánh giá nguồn gen ngô bản địa của Vũ Văn Liết và Đồng Huy Giới (2006) tại Điện Biên; nghiên cứu đa dạng di truyền bằng chỉ thị RAPD của Liet và Thinh (2009); phân tích đa dạng bằng chỉ thị SSR và đánh giá khả năng chịu hạn của Lê Thị Minh Thảo và cộng sự; nghiên cứu sàng lọc 48 dòng ngô nếp có vỏ hạt mỏng bằng vi trắc kế và chỉ thị SSR của Trần Thị Thanh Hà và cộng sự (2012).

Khoảng trống nghiên cứu được luận án giải quyết: Mặc dù các nghiên cứu trong nước đã đánh giá đa dạng di truyền và tính trạng vỏ mỏng của các giống ngô địa phương, công tác phát triển dòng thuần ngô nếp tím kết hợp đồng thời độ ngọt cao và hàm lượng anthocyanin lớn vẫn chưa được triển khai bài bản. Đa số các dòng ngô nếp tím hiện có thường gặp nhược điểm là độ Brix thấp. Luận án lựa chọn giải quyết khoảng trống này bằng cách ứng dụng kết hợp phương pháp tự phối cưỡng bức và lai trở lại tích hợp nguồn gen ngọt, từ đó thiết lập nguồn vật liệu dòng thuần ưu tú phục vụ tạo giống lai thương mại mang các đặc tính nông sinh học và giá trị dinh dưỡng cao.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Luận án vận dụng hệ thống lý thuyết di truyền số lượng, di truyền học chọn giống thực vật và công nghệ sinh học phân tử:

  • Khung lý thuyết:

    1. Lý thuyết ưu thế lai (heterosis) và phương pháp phát triển dòng thuần qua tự phối cưỡng bức của Shull (1908, 1909).
    2. Lý thuyết phân tích khả năng kết hợp theo mô hình 4 của Griffing (1956), đánh giá hiệu ứng tương tác gen cộng tính (GCA) và không cộng tính (SCA).
    3. Cơ sở di truyền phân tử về gen wx, các gen điều hòa tổng hợp anthocyanin (a1, c1, p, r, R1) và các locus tính trạng số lượng (QTL) liên quan đến độ dày vỏ hạt và hàm lượng đường.
    4. Phương pháp chọn lọc chỉ số theo Hazel (1943) và phương pháp lai trở lại theo Kendall R. Lamkey và cộng sự.

  • Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm đồng ruộng:

    • Bố trí thí nghiệm theo phương pháp của Gomez (1984), sử dụng khối ngẫu nhiên hoàn chỉnh (RCBD) với 3 lần nhắc lại cho các thí nghiệm đánh giá dòng, lai đỉnh và so sánh giống.
    • Các chỉ tiêu theo dõi nông sinh học, khả năng chống chịu sâu bệnh, năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất được thực hiện theo Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 01-66:2011/BNNPTNT.

  • Phương pháp nghiên cứu trong phòng thí nghiệm:

    • Tách chiết và tinh sạch DNA: Áp dụng phương pháp của Nobuo Kobayashi (1998) có cải tiến.
    • Đánh giá đa dạng di truyền và dò tìm QTL vỏ mỏng bằng chỉ thị phân tử SSR: Theo phương pháp của Franco và cộng sự (2001) và Betran và cộng sự. Sử dụng các cặp mồi SSR đặc hiệu gồm: umc2118, bmc1325 (dò tìm QTL độ mỏng vỏ hạt); phi065, phi299852, phi101049, phi223376, phi083, phi109275, phi423796, phi328175 (đánh giá đa dạng di truyền).
    • Xác định độ dày vỏ hạt: Sử dụng vi trắc kế cầm tay (micrometer) theo phương pháp của Wolf và cộng sự.
    • Phân tích hàm lượng anthocyanin tổng số: Sử dụng phương pháp đo quang phổ pH vi sai theo quy trình của Huỳnh Thị Kim Cúc và cộng sự.
    • Đo độ Brix: Sử dụng khúc xạ kế đo hàm lượng đường hòa tan (% Brix) trong dịch hạt ở giai đoạn thu bắp tươi.
    • Đánh giá chất lượng cảm quan ăn tươi (độ ngọt, độ dẻo, hương vị, màu sắc bắp, cấu trúc hạt): Chấm điểm theo thang điểm chuẩn của UPOV (2010) và Ki Jin Park và cộng sự.

  • Nguồn vật liệu nghiên cứu:

    • Bộ vật liệu gồm 56 dòng tự phối ngô: 45 dòng ngô nếp tím (NT1 - NT45), 9 dòng ngô nếp trắng (NT46 - NT54) và 2 dòng ngô ngọt (Đ1, Đ2), xuất xứ từ Việt Nam, Trung Quốc, Hàn Quốc, Thái Lan và Mỹ.

  • Phương pháp xử lý số liệu:

    • Phân tích phương sai ANOVA, tính hệ số biến động (CV%), sai khác nhỏ nhất có ý nghĩa ở mức xác suất 95% ($LSD_{0,05}$) và 99% ($LSD_{0,01}$) bằng phần mềm IRRISTAT phiên bản 5.0.
    • Tính toán các tham số thống kê di truyền số lượng, GCA, SCA bằng Chương trình Thống kê di truyền số lượng của Nguyễn Đình Hiền (1995).
    • Phân tích đa dạng di truyền, tính giá trị thông tin đa hình (PIC) và thiết lập cây phân nhóm tương đồng di truyền (UPGMA) bằng phần mềm NTSYSpc phiên bản 2.1.

Nội dung chính theo từng chương

Phần 1. Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu

Tác giả thiết lập bức tranh tổng quan về lịch sử khai thác ưu thế lai từ ngô thụ phấn tự do sang ngô lai đơn, phân tích số liệu thống kê sản xuất ngô toàn cầu giai đoạn 1961 - 2016 theo FAOSTAT (diện tích tăng từ 105,56 lên 187,96 triệu ha; năng suất tăng từ 1,94 lên 5,64 tấn/ha; sản lượng tăng từ 205,03 lên 1060,11 triệu tấn). Phần này chỉ ra thực trạng sản xuất ngô nếp ở Việt Nam, sự phụ thuộc vào giống nhập nội đắt tiền (Fancy111), thiếu hụt các công trình nghiên cứu lai cải tiến độ ngọt và tích hợp hàm lượng anthocyanin cao trên ngô nếp, từ đó khẳng định mục tiêu nghiên cứu và ý nghĩa khoa học, thực tiễn của đề tài.

Phần 2. Tổng quan tài liệu

Chương này tổng kết toàn diện các công trình khoa học trong và ngoài nước thành 7 phân đoạn chuyên đề: nguồn gốc và phân loại thực vật của ngô và ngô nếp; tình hình sản xuất ngô nếp trên thế giới và tại Việt Nam; đa dạng di truyền nguồn gen cây ngô và ngô nếp; di truyền các tính trạng chất lượng, nội nhũ sáp (wx), các hoạt chất sinh học (anthocyanin, phenolics, chất chống oxy hóa); các phương pháp cải tiến độ ngọt, độ dẻo và hàm lượng protein; phương pháp phát triển dòng thuần bằng tự phối cưỡng bức và chọn lọc phả hệ; các nghiên cứu về khả năng kết hợp và thành tựu chọn giống ngô nếp lai thương mại.

Phần 3. Vật liệu, nội dung và phương pháp nghiên cứu

Tác giả trình bày chi tiết quy trình 5 nội dung nghiên cứu thực nghiệm triển khai qua 4 vụ liên tiếp:

  1. Đánh giá sàng lọc 56 dòng tự phối ngô thế hệ S3 đến S8 dựa trên kiểu hình nông sinh học và chỉ thị phân tử SSR vụ Xuân 2015.
  2. Lai tạo tổ hợp lai đỉnh và đánh giá khả năng kết hợp chung (GCA) của 18 dòng ngô nếp tím ưu tú vụ Thu Đông 2015.
  3. Phát triển dòng ngô nếp thuần theo hai hướng: tự phối cưỡng bức liên tục lên thế hệ S6-S7 đối với 9 dòng có GCA cao; lai trở lại với nguồn gen ngô ngọt (Đ1, Đ2) đến thế hệ BC2F1 rồi tự phối 3 thế hệ thu nhận các dòng BC2F4 nhằm cải thiện độ Brix.
  4. Đánh giá khả năng kết hợp riêng (SCA) của 9 dòng thuần ưu tú theo mô hình diallen Griffing IV vụ Thu Đông 2016, tạo 36 tổ hợp lai, sàng lọc 15 tổ hợp lai và chọn ra 7 tổ hợp lai triển vọng vụ Xuân 2017.
  5. Thử nghiệm, khảo nghiệm sinh thái 7 tổ hợp lai tại ba vùng sinh thái (Thái Bình, Nghệ An, Thái Nguyên) trong 2 vụ (Thu Đông 2017 và Xuân 2018).

Phần 4. Kết quả và thảo luận

4.1. Đánh giá, sàng lọc nguồn vật liệu ngô nếp

  • Đánh giá kiểu hình 56 dòng tự phối: Xác định biến động về thời gian sinh trưởng, đặc điểm hình thái thân lá, khả năng chống chịu sâu bệnh, năng suất bắp tươi và chất lượng cảm quan vụ Xuân 2015 tại Gia Lâm.
  • Sàng lọc độ mỏng vỏ hạt bằng chỉ thị SSR: Dò tìm QTL quy định vỏ hạt mỏng bằng hai mồi phân tử umc2118 và bmc1325, đối chiếu với số liệu đo độ dày vỏ hạt bằng vi trắc kế.
  • Phân tích đa dạng di truyền: Sử dụng 8 cặp mồi SSR (phi065, phi299852, phi101049, phi223376, phi083, phi109275, phi423796, phi328175), xác định giá trị thông tin đa hình (PIC) và xây dựng cây phân nhóm di truyền UPGMA cho 56 dòng nghiên cứu.
  • Kết quả chọn lọc: Tuyển chọn được 18 dòng ngô nếp tím ưu tú đáp ứng đồng thời các tiêu chí về sinh trưởng khỏe, độ mỏng vỏ hạt và hàm lượng anthocyanin để chuyển sang đánh giá GCA.

4.2. Đánh giá khả năng kết hợp chung (GCA) của các dòng ngô thí nghiệm

  • Tiến hành lai đỉnh giữa 18 dòng ngô nếp tím ưu tú với tester trong vụ Thu Đông 2015 tại Gia Lâm.
  • Phân tích phương sai GCA xác định được 9 dòng có hiệu ứng GCA dương và đạt mức ý nghĩa thống kê cao ($P < 0,05$) đối với ba tính trạng mục tiêu: năng suất bắp tươi, độ Brix và hàm lượng anthocyanin tổng số.

4.3. Phát triển dòng ngô nếp thuần

  • Phương pháp tự thụ phấn cưỡng bức: Tiếp tục tự phối 9 dòng có GCA cao đến thế hệ S6-S7, thu được 40 dòng thuần. Khảo sát 40 dòng trong vụ Xuân 2016 đã chọn lọc được 8 dòng ngô nếp tím ưu tú có thời gian thu hoạch bắp tươi ngắn (74 - 81 ngày), năng suất bắp tươi đạt tới 4,54 tấn/ha, độ Brix đạt từ 11,8% đến 13,5% và hàm lượng anthocyanin đạt tới 226,0 mg/100g.
  • Phương pháp lai trở lại kết hợp tự phối cải thiện độ ngọt: Lai giữa các dòng ngô nếp tím với 2 dòng ngô ngọt Đ1 và Đ2, tiến hành hồi giao đến thế hệ BC2F1, sau đó tự phối liên tiếp 3 thế hệ để tạo dòng BC2F4. Từ 45 dòng BC2F4 thu được, đã chọn lọc 20 dòng ưu tú, đặc biệt ghi nhận 8 dòng (D1, D2, D3, D5, D6, D7, D13, D16) có độ Brix tăng vượt trội từ 2,0% đến 4,0% so với vật liệu xuất phát ban đầu.

4.4. Đánh giá khả năng kết hợp riêng (SCA) và chọn lọc tổ hợp lai triển vọng

  • Lai luân phiên 9 dòng bố mẹ ưu tú theo mô hình Griffing IV tạo 36 tổ hợp lai vụ Thu Đông 2016.
  • Đánh giá SCA về khối lượng 1000 hạt, năng suất bắp tươi, độ Brix và hàm lượng anthocyanin. Kết hợp kiểm tra sự hiện diện của QTL quy định vỏ mỏng bằng mồi umc2118 và bmc1325, sàng lọc được 15 tổ hợp lai ưu tú.
  • Thử nghiệm so sánh 15 tổ hợp lai trong vụ Xuân 2017 tại Gia Lâm đã chọn ra 7 tổ hợp lai ngô nếp tím vượt trội: THL2, THL8, THL22, THL26, THL30, THL35 và THL36.

4.5. Thử nghiệm các tổ hợp lai tại một số vùng sinh thái

Đánh giá 7 tổ hợp lai ngô nếp tím triển vọng tại 3 địa điểm sinh thái (Thái Bình, Nghệ An, Thái Nguyên) qua hai vụ gieo trồng (vụ Thu Đông 2017 và vụ Xuân 2018). Kết quả chọn ra được 2 tổ hợp lai xuất sắc nhất: THL30 (tổ hợp lai giữa NT46 × T27) và THL35 (tổ hợp lai giữa NT46 × T36).

Bảng tổng hợp đặc tính nông sinh học, năng suất và chất lượng của 2 tổ hợp lai triển vọng tại các điểm khảo nghiệm:

Chỉ tiêu theo dõi Vụ Xuân (Trung bình 3 điểm) Vụ Thu Đông (Trung bình 3 điểm)
Chiều cao cây (cm) 171 - 195 171 - 195
Thời gian từ gieo đến thu bắp tươi (ngày) 82 - 85 84 - 90
Mức độ nhiễm sâu bệnh đồng ruộng (điểm) 1 - 2 (nhiễm nhẹ) 1 - 2 (nhiễm nhẹ)
Năng suất bắp tươi trung bình (tạ/ha) 133 - 145 107 - 142
Độ Brix (%) 12,6 - 13,7 12,5 - 13,6
Hàm lượng anthocyanin tổng số (mg/100g) 117 - 165 118 - 162

Phần 5. Kết luận và đề nghị

Đưa ra kết luận khẳng định đã hoàn thành các mục tiêu nghiên cứu từ khâu sàng lọc nguồn gen, cải tiến chất lượng đến chọn tạo giống lai; đề xuất các kiến nghị khảo nghiệm quốc gia và mở rộng sản xuất.

Kết quả và những đóng góp mới

Đóng góp mới về mặt khoa học:

  • Ứng dụng thành công quy trình phát triển dòng thuần ngô nếp kết hợp song song hai phương pháp: phương pháp tự phối cưỡng bức truyền thống và phương pháp lai trở lại kết hợp tự phối.
  • Cải tiến hiệu quả tính trạng chất lượng (tăng độ Brix từ 2,0% đến 4,0%) trên nền di truyền ngô nếp tím thông qua tích hợp gen ngô ngọt, bổ sung nguồn dòng thuần có chất lượng cao cho công tác chọn tạo giống ngô nếp tại Việt Nam.
  • Cung cấp cơ sở dữ liệu khoa học về đặc điểm di truyền phân tử, đa dạng kiểu hình, khả năng kết hợp GCA và SCA của tập đoàn ngô nếp địa phương và nhập nội phục vụ công tác khai thác ưu thế lai.

Đóng góp mới về mặt thực tiễn:

  • Thiết lập cơ sở dữ liệu chi tiết cho 56 nguồn vật liệu ngô nếp tím, nếp trắng và ngô ngọt.
  • Chọn tạo và phát triển được 8 dòng ngô nếp tím thuần ưu tú ở thế hệ S6-S7 mang các đặc tính nông học tốt, chống chịu bệnh nhẹ, năng suất cao và giàu hàm lượng anthocyanin.
  • Phát triển thành công 20 dòng ngô nếp thế hệ BC2F4 có hàm lượng đường vượt trội, trong đó có 8 dòng xuất sắc gồm D1, D2, D3, D5, D6, D7, D13 và D16.
  • Tạo ra 36 tổ hợp lai, chọn lọc được 2 tổ hợp lai triển vọng là THL30 (NT46 × T27) và THL35 (NT46 × T36) có năng suất bắp tươi cao (107 - 145 tạ/ha), chất lượng ăn tươi tốt, độ ngọt cao (Brix 12,5 - 13,7%) và giàu chất kháng oxy hóa anthocyanin (117 - 165 mg/100g), có khả năng thích ứng rộng tại các vùng sinh thái phía Bắc.

Kiến nghị và giải pháp đề xuất từ luận án:

  • Tiếp tục đưa hai tổ hợp lai ngô nếp tím THL30 và THL35 vào hệ thống khảo nghiệm giống cây trồng quốc gia (VCU và DUS) để công nhận giống mới phục vụ sản xuất đại trà.
  • Nghiên cứu hoàn thiện quy trình công nghệ sản xuất hạt giống lai F1 cho hai tổ hợp lai THL30 và THL35 nhằm hạ giá thành hạt giống thương phẩm so với giống nhập nội.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế: Địa bàn thử nghiệm các tổ hợp lai mới dừng lại ở phạm vi ba tỉnh đại diện cho các tiểu vùng sinh thái miền Bắc gồm Thái Bình, Nghệ An và Thái Nguyên; thời gian thử nghiệm sinh thái diễn ra trong 2 vụ (Thu Đông 2017 và Xuân 2018). Luận án chưa khảo nghiệm diện rộng tại các vùng sinh thái khác như Nam Trung Bộ hay Tây Nguyên.
  • Hướng nghiên cứu tiếp:
    • Mở rộng khảo nghiệm sinh thái các tổ hợp lai THL30 và THL35 ở nhiều vùng sinh thái và các chân đất khác nhau trên cả nước.
    • Nghiên cứu các biện pháp kỹ thuật canh tác thích hợp, quy trình thâm canh nâng cao năng suất và chất lượng cho các giống lai mới tạo ra.
    • Triển khai nghiên cứu quy trình công nghệ bảo quản và chế biến sâu các sản phẩm ăn tươi, bột dinh dưỡng và chiết xuất anthocyanin từ bắp ngô nếp tím.

Giá trị tham khảo

Luận án là tài liệu tham khảo có giá trị chuyên môn cao đối với các nhóm đối tượng sau:

  • Nghiên cứu sinh, học viên cao học và sinh viên chuyên ngành Di truyền và chọn giống cây trồng, Cây lương thực, Công nghệ sinh học nông nghiệp: Tham khảo quy trình tích hợp chỉ thị phân tử SSR trong chọn lọc dòng bố mẹ, phương pháp phân tích khả năng kết hợp diallen theo Griffing IV, và phương pháp lai hồi giao (backcross) cải tiến tính trạng số lượng.
  • Cán bộ nghiên cứu tại các Viện, Trung tâm chọn tạo giống cây trồng: Tham khảo bộ chỉ thị phân tử (umc2118, bmc1325, phi065, phi299852...) ứng dụng trong giám định QTL độ mỏng vỏ hạt và phân tích đa dạng di truyền ngô; tham khảo phương pháp đo phổ pH vi sai định lượng anthocyanin.
  • Các nhà quản lý nông nghiệp và doanh nghiệp giống cây trồng: Sử dụng số liệu về hai tổ hợp lai THL30 và THL35 để xây dựng định hướng phát triển sản phẩm ngô nếp tím giàu hoạt chất sinh học, thay thế nguồn giống nhập nội đắt đỏ.

Các chương đáng chú ý nhất: Phần 3 (quy trình chi tiết các phương pháp lai và phân tích hóa sinh, sinh học phân tử) và Phần 4 (dữ liệu chi tiết về kiểu hình, GCA, SCA và số liệu khảo nghiệm sinh thái đa môi trường).

Câu hỏi thường gặp

1. Luận án đã giải quyết nhược điểm gì về chất lượng của các dòng ngô nếp ban đầu?
Luận án giải quyết nhược điểm độ ngọt thấp (độ Brix thấp) phổ biến ở các dòng ngô nếp thuần và ngô nếp tím bằng cách thực hiện phương pháp lai trở lại (hồi giao) các dòng ngô nếp với 2 dòng ngô ngọt (Đ1, Đ2) đến thế hệ BC2F1, sau đó tự phối 3 thế hệ thu nhận các dòng BC2F4. Kết quả đã tạo ra được 8 dòng ưu tú (D1, D2, D3, D5, D6, D7, D13, D16) có độ Brix tăng từ 2,0% đến 4,0% so với vật liệu ban đầu.

2. Hai tổ hợp lai ngô nếp tím triển vọng nhất được chọn tạo là những tổ hợp lai nào và có nguồn gốc bố mẹ ra sao?
Hai tổ hợp lai triển vọng nhất được chọn lọc là THL30 và THL35. Trong đó, THL30 được tạo ra từ cặp lai giữa dòng mẹ NT46 và dòng bố T27; THL35 được tạo ra từ cặp lai giữa dòng mẹ NT46 và dòng bố T36.

3. Năng suất bắp tươi và hàm lượng anthocyanin của hai tổ hợp lai THL30 và THL35 đạt mức bao nhiêu qua các vụ thử nghiệm?
Tại 3 vùng sinh thái qua hai vụ thí nghiệm, THL30 và THL35 đạt năng suất bắp tươi trung bình từ 133 đến 145 tạ/ha ở vụ Xuân và từ 107 đến 142 tạ/ha ở vụ Thu Đông. Hàm lượng anthocyanin tổng số trong hạt đạt từ 117 đến 165 mg/100g ở vụ Xuân và từ 118 đến 162 mg/100g ở vụ Thu Đông.

4. Luận án sử dụng những chỉ thị phân tử SSR cụ thể nào để dò tìm QTL kiểm soát tính trạng vỏ hạt mỏng?
Luận án sử dụng hai chỉ thị phân tử SSR đặc hiệu là umc2118 và bmc1325 để dò tìm và sàng lọc các QTL quy định tính trạng vỏ hạt mỏng trên 56 dòng tự phối ban đầu và trên 15 tổ hợp lai ưu tú.

5. Các phần mềm thống kê nào được tác giả sử dụng để xử lý số liệu trong nghiên cứu?
Tác giả đã sử dụng ba công cụ phần mềm gồm: IRRISTAT phiên bản 5.0 (phân tích phương sai ANOVA, tính hệ số biến động CV% và giá trị $LSD_{0,05}$); Chương trình Thống kê di truyền số lượng của Nguyễn Đình Hiền (1995) (phân tích GCA và SCA); và NTSYSpc phiên bản 2.1 (phân tích đa dạng di truyền và vẽ cây phân nhóm UPGMA).

Kết luận

Luận án tiến sĩ của tác giả Phạm Quang Tuân đã hoàn thành nghiên cứu toàn diện từ khâu đánh giá di truyền phân tử 56 nguồn vật liệu ngô nếp đến khâu phát triển dòng thuần và tạo giống lai ưu thế. Bằng việc kết hợp phương pháp tự phối cưỡng bức và lai hồi giao tích hợp nguồn gen ngọt, nghiên cứu đã tạo ra 8 dòng ngô nếp tím ưu tú thế hệ S6-S7 và 20 dòng ngô nếp thế hệ BC2F4 có độ Brix tăng từ 2,0% đến 4,0%. Luận án đã lai tạo thành công hai tổ hợp lai ngô nếp tím triển vọng là THL30 (NT46 × T27) và THL35 (NT46 × T36) có năng suất bắp tươi đạt từ 107 đến 145 tạ/ha, hàm lượng anthocyanin đạt 117 đến 165 mg/100g, thích ứng tốt tại các vùng sinh thái phía Bắc và có tiềm năng phát triển thành giống thương mại chất lượng cao tại Việt Nam.