MỞ ĐẦU Cây ngô (Zea mays L.) là một trong những cây lương thực quan trọng trong sản xuất nông nghiệp toàn cầu. Ngô thường được trồng ở điều kiện nhờ nước trời và chịu nhiều bất thuận của thời tiết khí hậu. Hạn là một trong những bất thuận phi sinh học chính làm giảm đáng kể sản lượng ngô của thế giới, bình quân thiệt hại khoảng 8,3 %/năm (Tony Fischer et al. Dự báo ảnh hưởng của hạn đến sản xuất ngô sẽ trầm trọng hơn do biến đổi khí hậu ngày đang càng diễn ra mạnh mẽ, mang tính toàn cầu (Integrated Drought Management Programme, 2011) (Osman et al., 2013), khoảng 41% diện tích trên toàn cầu (Climate Reality Project, 2016).
Do đó, hạn được xác định là một trong những bất thuận nghiêm trọng nhất gây ra những thiệt hại cho năng suất và sản lượng ngô, đặc biệt vùng Nam và Đông Nam Á đã làm năng suất ngô bình quân ở những vùng này luôn thấp và không ổn định (Zaidi et al. Ở Việt Nam, có hơn 80% diện tích trồng ngô phụ thuộc nước trời (0,85 triệu ha), trong đó hơn 60% diện tích trồng ở vùng cao, nơi thường xuyên gặp nhiều bất thuận, đặc biệt là hạn (Trieu Mai Xuan, 2014). Việt Nam là một trong 5 quốc gia trên thế giới bị ảnh hưởng nhiều nhất bởi biến đổi khí hậu, biểu hiện ở phân bố lượng mưa không đều, hạn có xu hướng tăng về quy mô và cường độ (Trần Thục, 2011; World Meteorological Organization, 2015). Với thiệt hại do hạn ước tính khoảng 30%, có những năm diện tích bị hạn lên đến 70-80% và nhiều vùng không cho thu hoạch ngô (Hao Phan Xuan et al.
Bộ Tài nguyên và Môi trường Việt Nam (2007) dự báo tổng lượng nước mặt của Việt Nam vào năm 2025 chỉ bằng khoảng 96% so với hiện nay và 50 năm nữa sẽ bị thiếu nước trầm trọng (Cục quản lý nước, 2015). Trong khi đó, ngô được trồng ở những vùng thuận lợi về nước tưới thì không thể đáp ứng được so với nhu cầu trong những thập kỷ tiếp theo. Dự báo đến năm 2050 tổng nhu cầu ngô thế giới cần 1.178 triệu tấn, hơn 60% so với năm 2005-2007, cần gấp hai lần so với năm 2013 (Chaudhary et al., 2014; Tony Fischer et al., 2014), trong đó Việt Nam nói riêng cần hơn 9,0 triệu tấn (Viện Nghiên cứu Ngô, 2015). Chính vì vậy, chọn tạo giống ngô chịu hạn là lựa chọn quan trọng nhất cho vùng khó khăn về nước tưới hay phụ thuộc nước trời, đặc biệt ở các nước đang và kém phát triển có nền canh tác lạc hậu (Ranum et al.
Những vùng này, sản xuất ngô dễ bị ảnh hưởng bởi hạn hán, thiệt hại sản lượng ngô hàng năm là rất lớn (Zaidi et al. Mặc dù Việt Nam đã có một số nghiên cứu về chịu hạn ở ngô và có những thành công nhất định bằng 2 phương pháp truyền thống, như giống ngô VN8960, LCH9. Tuy vậy các giống này chưa được phát triển rộng. Để đáp ứng nhu cầu phát triển sản xuất ngô của Việt Nam trong giai đoạn tới cần có những giải pháp hợp lý, trong đó chọn giống ngô có khả năng chịu hạn là lựa chọn quan trọng nhất.
Trong nghiên cứu chọn tạo giống chịu hạn, việc cải tiến nguồn gen là vấn đề cần được ưu tiên hàng đầu. Mỗi chương trình chọn tạo giống và qua mỗi chu kỳ chọn tạo thì khả năng chống chịu, năng suất, cũng như ưu thế lai được cải thiện (Arnel R. Hallauer et al. Công việc này thường liên quan đến việc mở rộng nền di truyền quần thể, bằng cách lai truyền những gen chịu hạn từ vật liệu Donor vào các nguồn gen ưu tú khác nhau, để cải thiện những đặc điểm cụ thể (Hallauer, 1985).
Sau đó tiến hành chọn lọc với cường độ cao ở giai đoạn sớm (F2, F2:3) của mỗi chu kỳ cải tiến vật liệu có ý nghĩa quan trọng, nhằm chọn ra những vật liệu được cải tiến tốt hơn. Mặc dù phương pháp truyền thống đã có những thành công nhất định nhưng do tính chất phức tạp của tính chịu hạn nên nghiên cứu phải mất nhiều thời gian, tiến hành ở nhiều vụ, nhiều điều kiện môi trường, nhiều vùng sinh thái khác nhau, trên nhiều nguồn vật liệu, khiến chi phí tăng cao. Trong khi đó, các công cụ hiện đại đang ngày càng cải thiện tính hiệu quả và được sử dụng nhiều trong các chương trình chọn tạo giống. Ứng dụng chỉ thị phân tử thông qua cách lập bản đồ những vùng gen quy định tính trạng số lượng (QTL) liên quan đến khả năng chịu hạn ở các dòng ngô thế hệ sớm, đang trở thành một thành phần quan trọng trong tạo giống, để đạt được những cải tiến di truyền lớn hơn thông qua chọn lọc giai đoạn sớm của mỗi chu kỳ cải tạo vật liệu (Klaus Koehler, 2014).
Những tính trạng và QTL liên quan đến chịu hạn ở ngô đã được nhiều nghiên cứu công bố như bộ lá, kích thước lá, độ cuốn lá, độ già hoá. Tính trạng bộ rễ và cấu trúc bộ rễ như chiều dài rễ, phân bố rễ, chiều dài rễ, khối lượng rễ khô, khối lượng rễ/cây, chênh lệch thời gian tung phấn – phun râu (chênh lệch TP – PR), do vậy nhận biết các tính trạng nông sinh học và QTL liên quan đến khả năng chịu hạn ở ngô rất cần thiết với chương trình chọn tạo giống ngô chịu hạn (Viktoriya Avramova et al. Xuất phát từ những lý do trên, đề tài “Nghiên cứu một số tính trạng nông sinh học liên quan đến khả năng chịu hạn của vật liệu nhiệt đới phục vụ chọn tạo giống ngô lai” với mục tiêu nhằm cải thiện khả năng chịu hạn của một số nguồn vật liệu ưu tú về các đặc điểm nông học khác nhưng chưa biểu hiện rõ khả năng chịu hạn, phục vụ nghiên cứu, cũng như giới thiệu giống ngô triển vọng phục vụ sản xuất ở vùng nước trời. 3 * Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu đánh giá một số tính trạng nông sinh học, xác định QTL và khả năng kết hợp của các vật liệu mới, trong điều kiện hạn - tưới đủ, sau khi lai các dòng ưu tú với các dòng Donor chịu hạn của CIMMYT, nhằm cải thiện khả năng chịu hạn, năng suất, khả năng kết hợp của các vật liệu ưu tú, phục vụ chọn lọc dòng mới và xác định một số giống ngô lai chịu hạn triển vọng phục vụ sản xuất ngô ở những vùng nhờ nước trời.
* Ý nghĩa khoa học Kết quả đề tài góp phần bổ sung cơ sở dữ liệu khoa học trong việc khai thác tính trạng chịu hạn, do đa gen quy định, của 2 dòng ngô Donor chịu hạn của CIMMYT. Khi lai truyền sang 8 dòng ưu tú về nông học và năng suất, sau đánh giá kiểu hình, kiểu gen và đánh giá sớm khả năng kết hợp 8 nhóm dòng đời thấp, gồm 790 dòng thế hệ F2:3, qua các trong môi trường hạn - tưới đủ; đồng thời ứng dụng kỹ thuật dùng 1.250 chỉ thị phân tử (SNP) xác định vùng gen quy định một số tính trạng số lượng (QTL) liên quan đến khả năng chịu hạn ở 8 nhóm dòng đời thấp (thế hệ F2:3), đã khẳng định các locut gen chịu hạn đã được lai truyền thành công. Các dòng thuần mới mang gen chịu hạn có các đặc điểm chênh lệch TP - PR, độ bền lá và khả năng kết hợp vượt trội các dòng bố mẹ và vượt trội các dòng ưu tú trước khi lai với Donor. Đây là một trong những giải pháp nhằm cải thiện căn bản kiểu gen, làm mới vật liệu ngô có giá trị sử dụng trong chọn tạo giống ngô chịu hạn.
* Ý nghĩa thực tiễn - Một số tính trạng nông học gồm chênh lệch TP - PR, độ bền lá và 27 QTL (11 QTL_năng suất, 6 QTL_chênh lệch TP - PR và 10 QTL_độ già hoá bộ lá) liên quan đến khả năng chịu hạn, đồng thời khả năng kết hợp của các dòng đời thấp, sau khi lai các vật liệu Donor chịu hạn với vật liệu ưu tú, đã được xác định ở mức độ khác nhau của 8 nhóm dòng ở thế hệ F2:3. Từ đó chọn lọc và phát triển được 9 dòng thuần mới từ các nhóm dòng có khả năng kết hợp cao và chịu hạn tốt, năng suất cao ở điều kiện hạn, nâng cao hiệu quả chọn tạo giống chịu hạn. - Xác định được 2 vùng gen chịu hạn, bao gồm cụm thứ nhất trên nhiễm sắc thể (NST) số 1 (bin 1,05-1,07), trên NST số 7 (bin 7,01-7,03) và cụm thứ 2 trên NST số 4 8 (bin 8,02-8,03) về đặc điểm chênh lệch thời gian tung phấn - phun râu, độ già hoá bộ lá và năng suất, có liên quan chặt đến khả năng chịu hạn của các dòng đời thấp. - Giới thiệu được 9 dòng thuần mới (RA1, RA2, RA3, RA4, RA5, RA6, RA7, RA8, RA9) có khả năng chịu hạn tốt (được chứng tỏ bởi các đặc điểm nông học và QTL liên quan đến chịu hạn), làm nguồn vật liệu phục vụ chọn tạo giống ngô cho vùng nước trời.
- Chọn được 2 giống ngô lai triển vọng được đặt tên là LVN72 (RA2/RA8) và ĐH17-1 (RA4/RA7) phù hợp với điều kiện sản xuất phụ thuộc nước trời ở Việt Nam. * Một số đóng góp mới - Bổ sung thông tin khoa học về một số tính trạng kiểu hình, tính trạng số lượng (QTL) trên một số vùng gen của nhiễm sắc thể số 1; 4; 6; 7 và 8 liên quan đến khả năng chịu hạn trong quá trình phát triển vật liệu và chọn tạo giống ngô lai cho vùng nước trời. - Đã phát triển 9 dòng thuần mới có KNKH tốt, chịu hạn nhờ các đặc điểm nông học và QTL liên quan đến khả năng chịu hạn, năng suất cao và giới thiệu được 2 giống ngô lai triển vọng là LVN72 và ĐH17-1 cho sản xuất. * Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đề tài nghiên cứu, tại Ấn Độ, trên 8 nhóm dòng gồm 790 gia đình (dòng đời thấp) ở thế hệ F2:3 được tạo ra bằng cách lai 10 dòng ngô nhiệt đới ưu tú với 2 dòng Donor chịu hạn của CIMMYT và các tổ hợp lai của lai đỉnh với 2 cây thử (CML451, CLO2450).
Đề tài cũng đánh giá một số đặc điểm nông học của các dòng đời sớm và xác định QTL liên quan đến khả năng chịu hạn. Từ đó chọn ra 9 dòng thuần từ 9 gia đình F2:3 tốt nhất và đánh giá 36 tổ hợp luân giao tại Ấn Độ. Khảo nghiệm 2 tổ hợp lai triển vọng ĐH17-1 và LVN72 tại một số vùng phía Bắc Việt Nam. Các giống đối chứng: tại Ấn Độ bao gồm PAC754, 30V92, HTMH5401 và 900MG; tại Việt Nam bao gồm: LVN10, VN8960, LVN61, NK67, C919, DK9901.
Các thí nghiệm thực hiện ở điều kiện đồng ruộng trong điều kiện hạn, tưới đủ tại Hyderabad, Ấn Độ và tại Ninh Thuận, Việt Nam.
