Luận án: Phát triển dòng thuần phục vụ chọn tạo giống ngô lai cho miền Bắc Việt Nam

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM NGUYỄN THỊ HÂN PHÁT TRIỂN CÁC DÒNG THUẦN PHỤC VỤ CHỌN TẠO GIỐNG NGÔ LAI CHO ĐIỀU KIỆN CANH TÁC NHỜ NƯỚC TRỜI CỦA MIỀN BẮC, VIỆT NAM LUẬN ÁN TIẾN SĨ NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP - 2017 HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM NGUYỄN THỊ HÂN PHÁT TRIỂN CÁC DÒNG THUẦN PHỤC VỤ CHỌN TẠO GIỐNG NGÔ LAI CHO ĐIỀU KIỆN CANH TÁC NHỜ NƯỚC TRỜI CỦA MIỀN BẮC, VIỆT NAM Chuyên ngành: Di truyền và Chọn giống cây trồng Mã số: 62.11 Người hướng dẫn khoa học: 1. Nguyễn Văn Cương HÀ NỘI - 2017 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận án là trung thực, khách quan và chưa từng dùng bảo vệ để lấy bất kỳ học vị nào. Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận án đã được cám ơn, các thông tin trích dẫn trong luận án này đều được chỉ rõ nguồn gốc. Hà Nội, ngày tháng năm 2017 Tác giả luận án Nguyễn Thị Hân i LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận án này, tôi đã nhận được sự quan tâm giúp đỡ của các thầy, cô giáo, các tập thể, cá nhân cùng gia đình, bạn bè đồng nghiệp.

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến GS. Nguyễn Văn Cương - Học viện Nông nghiệp Việt Nam, người thầy đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện luận án. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới Ban Giám đốc, Ban Quản lý đào tạo, Bộ môn Di truyền và Chọn giống cây trồng, Khoa Nông học, Khoa Công nghệ sinh học, Phòng thí nghiệm dự án JICA thuộc Học viện Nông nghiệp Việt Nam đã tận tình giúp đỡ tôi trong quá trình học tập, thực hiện đề tài và hoàn thành luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn tập thể lãnh đạo, cán bộ viên chức Viện Nghiên cứu và Phát triển Cây trồng.

Đặc biệt là các cán bộ Phòng Cây trồng cạn - các em sinh viên khóa 54, 55, 56, 57 chuyên ngành Di truyền và Chọn giống, chuyên ngành Công nghệ Sinh học đã giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu. Tôi xin chân thành cảm ơn Sở Giáo dục và Đào tạo Bắc Ninh, Trường THPT Lương Tài 2 đã tạo điều kiện để tôi hoàn thành luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn Trung tâm giống Vật nuôi, Cây trồng, Thủy sản Sơn La đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi hoàn thành luận án. Sau cùng tôi xin cảm ơn gia đình đã luôn động viên, khích lệ, tạo mọi điều kiện thuận lợi để giúp tôi hoàn thành luận án.

Tôi xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng năm 2017 Tác giả Nguyễn Thị Hân ii MỤC LỤC Lời cam đoan i Lời cảm ơn ii Mục lục iii Danh mục viết tắt vii Danh mục bảng ix Danh mục hình xiii Trích yếu luận án xiv Thesis abstrac xvi PHẦN 1 MỞ ĐẦU 1 1.1 Tính cấp thiết của đề tài 1 1.2 Mục tiêu của đề tài 2 1.3 Phạm vi nghiên cứu 3 1.4 Những đóng góp mới của đề tài 3 1.5 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài 3 PHẦN 2 TỔNG QUAN 5 2.1 Sản xuất ngô trên thế giới và Việt Nam 5 2.1 Vai trò của cây ngô 5 2.2 Sản xuất ngô trên thế giới 5 2.3 Tình hình sản xuất ngô ở Việt Nam 8 2.4 Tình hình sản xuất ngô ở các tỉnh Trung du và Miền núi phía Bắc 11 2.2 Đa dạng nguồn gen và di truyền chịu hạn ở ngô 13 2.1 Nghiên cứu đa dạng nguồn gen ngô trên thế giới 13 2.2 Đa dạng nguồn gen ngô của Việt Nam 16 2.3 Phản ứng của ngô với điều kiện hạn 17 2.4 Nghiên cứu di truyền chịu hạn ở ngô 18 2.3 Các phương pháp phát triển dòng thuần cho tạo giống ngô ưu thế lai chịu hạn 22 2.1 Phát triển dòng thuần ở ngô 22 2.2 Đánh giá dòng thuần phục vụ chọn tạo giống ngô lai 26 2.3 Chọn tạo đánh giá dòng thuần chịu hạn 28 2.4 Thành tựu phát triển dòng thuần 31 iii 2.4 Các nghiên cứu về khả năng kết hợp và chọn giống ngô lai 32 2.1 Khả năng kết hợp chung và khả năng kết hợp riêng 32 2.2 Nghiên cứu khả năng kết hợp chịu hạn 32 2.5 Các nghiên cứu chọn tạo giống ngô chống chịu hạn 34 2.1 Nghiên cứu chọn tạo giống ngô chịu hạn trên thế giới 34 2.2 Nghiên cứu chọn tạo giống ngô chịu hạn ở Việt Nam 38 PHẦN 3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 41 3.1 Địa điểm và thời gian nghiên cứu 41 3.1 Địa điểm nghiên cứu 41 3.2 Thời gian nghiên cứu 41 3.2 Vật liệu nghiên cứu 41 3.1 Vật liệu ban đầu 41 3.2 Đặc điểm của giống đối chứng và cây thử 42 3.3 Nội dung nghiên cứu 42 3.4 Phương pháp thí nghiệm 43 3.1 Phương pháp thí nghiệm đồng ruộng, đánh giá dòng tự phối và thí nghiệm so sánh 43 3.2 Phương pháp thí nghiệm đánh giá khả năng chịu hạn của dòng tự phối và tổ hợp lai 45 3.3 Phương pháp phát triển dòng thuần 48 3.4 Phương pháp đánh giá khả năng kết hợp 50 3.5 Phân tích đa dạng di truyền của 30 dòng tự phối đời cao dựa trên đặc điểm hình thái 51 3.5 Chỉ tiêu theo dõi các thí nghiệm 51 3.1 Theo dõi các giai đoạn sinh trưởng, phát triển, năng suất và yếu tố cấu thành năng suất 51 3.2 Đánh giá khả năng chống chịu sâu bệnh 53 3.3 Đánh giá đặc điểm chịu hạn trên đồng ruộng 54 3.4 Kỹ thuâ ̣t áp du ̣ng 54 3.6 Phương pháp phân tích số liệu 55 PHẦN 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 58 4.1 Kết quả đánh giá 32 dòng tự phối đời thấp (vật liệu) 58 iv 4.1 Đánh giá đặc điểm nông sinh học, khả năng chống chịu, năng suất và yếu tố tạo thành năng suất ở thí nghiệm đồng ruộng 58 4.2 Đánh giá sàng lọc khả năng chịu hạn của các dòng tự phối đời S3-S4 bằng phương pháp chậu vại 73 4.3 Sàng lọc khả năng chịu hạn trong nhà có mái che 75 4.4 Dò tìm QTL kiểm soát một số tính trạng chịu hạn bằng chỉ thị phân tử SSR 97 4.5 Chọn lọc các dòng tự phối đời S3-S4 có khả năng chịu hạn 99 4.6 Đánh giá khả năng kết hợp chung 103 4.2 Đánh giá đặc điểm nông sinh học và đa dạng di truyền 30 dòng ngô tự phối (S6 – S8) vụ xuân 2014 112 4.1 Các giai đoạn sinh trưởng, phát triển và đặc điểm hình thái của 30 dòng ngô tự phối (thế hệ S6 – S8) 112 4.2 Khả năng chống chịu và một số đặc điểm hình thái của các dòng (thế hệ S6 – S8) 113 4.3 Năng suất và yếu tố cấu thành năng suất của 30 dòng (thế hệ S6 – S8) 115 4.4 Phân tích đa dạng di truyền 30 dòng tự phối (thế hệ S6 – S8) 116 4.3 Đánh giá 6 dòng bố mẹ và 15 THL vụ xuân 2015 tại Gia Lâm, Hà Nội. Khảo nghiệm 8 THL ưu tú tại Mai Sơn, Sơn La 118 4.1 Đánh giá đặc điểm nông sinh học, năng suất các tổ hợp lai và dòng bố mẹ trong vụ Xuân 2015 tại Gia Lâm, Hà Nội 118 4.2 Đánh giá về khả năng chịu hạn của bố mẹ và các tổ hợp lai ở thời kỳ cây con trong thí nghiệm chậu vại vụ Xuân 2015 128 4.3 Dò tìm QTL chịu hạn của một số tính trạng quan trọng liên quan đến chịu hạn 130 4.4 Đánh giá khả năng kết hợp của 6 dòng (thế hệ S6 – S8) 132 4.5 Đánh giá ưu thế lai của các tổ hợp lai so với bố mẹ.6 Kết quả đánh giá 8 tổ hợp lai triển vọng tại Sơn La vụ Xuân Hè 2016 135 4.4 Phát triển dòng bằng kích tạo đơn bội 140 4.1 Đánh giá đặc điểm nông sinh học, chống chịu và năng suất của dòng UH400 gieo trồng ở 6 thời vụ khác nhau trong năm 2013 tại Gia Lâm, Hà Nội 140 4.2 Nhận biết hạt đơn bội, lưỡng bội và hạt tự thụ dựa trên chỉ thị N1- rj vụ Xuân 2014 143 4.3 Nhận biết các dòng đơn bội kép bằng chỉ thị phân tử 145 v 4.4 Nhân đôi nhiễm sắc thể các hạt đơn bội bằng colchicine 146 4.5 Đánh giá đặc điểm nông sinh học, khả năng chống chịu và năng suất của các dòng đơn bội kép trong điều kiện vụ Xuân 2014 tại Gia Lâm, Hà Nội 148 PHẦN 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 151 5.2 Kiến nghị 151 Danh mục công trình đã công bố 152 Tài liệu tham khảo 153 Phụ lục 165 vi DANH MỤC VIẾT TẮT Chữ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt ABA Abscisic acid Axit Abxixic ADN Deoxyrybonucleic acid Axit deoxyribonucleic AFLP Amplified Fragment Length Chỉ thị đoạn dài khuếch đại đa hình Polimorfirm ASI Anthesis-silking interval Chênh lệch tung phấn - phun râu BNN&PTNT Ministry of Agricultural and Bộ Nông nghiệp và Phát triển Rural Development nông thôn CDR Root length Chiều dài rễ CIMMYT International Maize and Wheat Trung tâm cải tiến ngô và lúa mỳ Improvement Center Quốc tế CT Tester Cây thử DH Double Haploid Đơn bội kép Diallel Lai Diallel Lai luân phiên cả chiều thuận, nghịch và tự phối DT Area Diện tích DTL Leaf area Diện tích lá ĐC Check Đối chứng ĐK Diameter Đường kính ĐR Field Đồng ruộng FAO Food and Agriculture Organization Tổ chức Nông Lương Liên Hợp of the United Nations Quốc GCA General Combining Ability Khả năng kết hợp chung IITA International Institute of Tropical Viện Nông nghiêp Nhiệt đới Agriculture Quốc tế IL Inbred line Dòng tự phối thuần KLTK Shoot dry weight Khối lượng thân khô KNKH Combining ability Khả năng kết hợp Viện NC & Institute for Crop Research and Viện Nghiên cứu và Phát triển PTCT Development cây trồng vii NS Yield Năng suất NSLT Theoretical Yield Năng suất lý thuyết NSTT Gain yield Năng suất thực thu PCR Polimerase chain reaction Phản ứng chuỗi trùng hợp PR Silking Phun râu QCVN National Technical Regulation Quy chuẩn Việt Nam QTLs Quantitative trait loci Locut tính trạng số lượng SCA Specifical Combining Ability Khả năng kết hợp riêng SL Quantitative Sản lượng SSR Simple sequence repeat Trình tự lặp lại đơn giản TB Mean Trung bình TGST Growth duration Thời gian sinh trưởng THL Crosses Tổ hợp lai TP Anthesis Tung phấn viii DANH MỤC BẢNG Số bảng Tên bảng Trang 2.1 Tình hình sản xuất ngô trên thế giới giai đoạn 1961- 2014 6 2.2 Diện tích, năng suất, sản lượng ngô, lúa mì, lúa nước của thế giới năm 2014 7 2.3 Sản xuất ngô ở một số châu lục trên thế giới năm 2014 8 2.4 Tình hình sản xuất ngô ở Việt Nam trong giai đoạn 2000 - 2015 9 2.5 Tình hình sản xuất ngô ở các vùng năm 2015 10 2.6 Tình hình sản xuất ngô các tỉnh trung du Miền núi phía Bắc năm 2015 12 3.