BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM TRẦN THỊ PHƯƠNG HẠNH NGHIÊN CỨU CHỌN TẠO GIỐNG NGÔ NĂNG SUẤT CAO CHỐNG CHỊU BỆNH GỈ SẮT (Puccinia sp.) CHO VÙNG TÂY NGUYÊN LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP Hà Nội - 2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM TRẦN THỊ PHƯƠNG HẠNH NGHIÊN CỨU CHỌN TẠO GIỐNG NGÔ NĂNG SUẤT CAO CHỐNG CHỊU BỆNH GỈ SẮT (Puccinia sp.) CHO VÙNG TÂY NGUYÊN Chuyên ngành: Di truyền và Chọn giống cây trồng Mã số: 62620111 LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP Người hướng dẫn khoa học: 1: TS. Bùi Mạnh Cường 2: TS. Trần Quang Tấn Hà Nội - 2015 i LỜI CẢM ƠN Trong quá trình thực hiện đề tài, tôi luôn nhận được sự ủng hộ và giúp đỡ của các cơ quan, thầy cô, bạn bè, đồng nghiệp và gia đình. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy TS. Bùi Mạnh Cường, thầy TS. Trần Quang Tấn đã tận tình giúp đỡ, động viên trong lúc khó khăn, truyền đạt những kiến thức, những kinh nghiệm quí báu trong quá trình tôi làm đề tài và học tập. Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Ban Lãnh đạo Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam, Ban Lãnh đạo và tập thể cán bộ Ban Đào tạo sau đại học đã nhiệt tình giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi trong thời gian tôi học tập. Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban lãnh đạo Viện Nghiên cứu Ngô, Phòng Khoa học và Hợp tác Quốc tế, tập thể cán bộ Bộ môn Công nghệ Sinh học cùng toàn thể công nhân viên Viện Nghiên cứu Ngô đã tận tình giúp đỡ tôi trong thời gian qua. Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Lãnh đạo Trường Đại học Tây Nguyên, Khoa KHTN&CN, quý thầy cô trong Bộ môn SHTN và tập thể quý thầy cô Trường Đại học Tây Nguyên đã tận tình giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi trong thời gian tôi học tập và công tác. Tôi xin chân thành cảm ơn quý thầy, quý cô đã đọc, nhận xét và đưa ra những ý kiến đóng góp quí báu cho luận án. Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình và người thân luôn ở bên chia sẻ, động viên giúp đỡ tôi. Hà Nội, ngày 9 tháng 4 năm 2015 Tác giả Trần Thị Phương Hạnh ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi dưới sự chỉ dẫn của các thầy hướng dẫn và sự giúp đỡ của đồng nghiệp. Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực, các thông tin trích dẫn đều được ghi rõ nguồn gốc. Tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm về những số liệu đã công bố trong luận án. Người cam đoan Trần Thị Phương Hạnh iii MỤC LỤC Trang LỜI CẢM ƠN i LỜI CAM ĐOAN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CC K HIỆU VÀ CH VIT TT vii DANH MỤC BẢNG ix DANH MỤC HÌNH xi MỞ ĐẦU 1 1. TÍNH CẤP THIT CỦA ĐỀ TÀI 1 2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 2 3.  NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 3 4. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 3 CHƯƠNG 1: CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ TỔNG QUAN TÀI LIỆU 4 1.1 CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI 4 1.2 NHNG NGHIÊN CỨU NGOÀI NƯỚC LIÊN QUAN ĐN ĐỀ TÀI 7 1.2.1 Tình hình sản xuất và sử dụng ngô trên thế giới 7 1.2.2 Ưu thế lai và ứng dụng ưu thế lai trong chọn tạo giống ngô 8 1.2.3 Dòng thuần, các phương pháp chọn tạo và đánh giá dòng 10 1.2.3.1 Khái niệm dòng thuần 10 1.2.3.2 Các phương pháp chọn tạo dòng thuần 10 1.2.3.3 Khả năng kết hợp 13 1.2.3.4 Phương pháp đánh giá khả năng kết hợp 14 1.2.4 Đa dạng di truyền và ứng dụng trong chọn tạo giống ngô lai 15 1.2.4.1 Chỉ thị hình thái 16 1.2.4.2 Chỉ thị hoá sinh 17 1.2.4.3 Chỉ thị phân tử ADN 18 1.2.5 Bệnh gỉ sắt trên cây ngô 20 1.2.5.1 Tác nhân gây bệnh 21 iv 1.2.5.2 Ảnh hưởng của môi trường đến sự lây nhiễm và phát triển bệnh 24 1.2.5.3 Ảnh hưởng của bệnh gỉ sắt đến cây ngô 26 1.2.5.4 Sự thay đổi của tác nhân gây bệnh 27 1.2.5.5 Tính kháng bệnh gỉ sắt của cây ngô 27 1.2.5.6 Kiểm soát bệnh gỉ sắt ở ngô 33 1.2.5.7 Những nghiên cứu chọn tạo giống ngô năng suất cao chống chịu bệnh gỉ sắt. 34 1.3 NHNG NGHIÊN CỨU TRONG NƯỚC LIÊN QUAN ĐN ĐỀ TÀI 37 1.3.1 Tình hình sản xuất và sử dụng ngô ở Việt Nam 37 1.3.2 Tình hình sản xuất và sử dụng ngô ở Tây nguyên 39 1.3.3 Dòng thuần và đánh giá dòng 42 1.3.4 Đa dạng di truyền và ứng dụng trong chọn tạo giống ngô lai 44 1.3.4.1 Chỉ thị hình thái 44 1.3.4.2 Chỉ thị phân tử ADN 44 1.3.5 Những nghiên cứu về bệnh gỉ sắt và chọn tạo giống ngô chống chịu bệnh gỉ sắt 45 CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 46 2.1 VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU 46 2.2 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 48 2.3 PHƯƠNG PHP NGHIÊN CỨU 48 2.3.1 Phương pháp điều tra tình hình sản xuất và bệnh hại trên ngô 48 2.3.2 Phương pháp lây nhiễm bệnh nhân tạo 49 2.3.3 Phương pháp đánh giá dòng, tổ hợp lai đỉnh, lai luân phiên 51 2.3.4 Phương pháp đánh giá đa dạng di truyền bằng chỉ thị phân tử SSR 54 2.3.5 Phương pháp khảo nghiệm 57 2.3.6 Các phương pháp phân tích và sử lý số liệu 57 2.4 THỜI GIAN VÀ ĐỊA ĐIỂM NGHIÊN CỨU 57 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 59 v 3.1 TÁC HẠI CỦA BỆNH GỈ ST TRÊN NGÔ Ở TÂY NGUYÊN 59 3.1.1 Tình hình các bệnh hại ngô ở Tây Nguyên 59 3.1.2 Tình hình bệnh gỉ sắt trên ngô ở Tây Nguyên 60 3.2 ĐẶC ĐIỂM NÔNG SINH HỌC, KHẢ NĂNG CHỐNG CHỊU CỦA TẬP ĐOÀN DÒNG CHỐNG CHỊU BỆNH GỈ ST 63 3.2.1 Kết quả tuyển chọn tập đoàn dòng chống chịu bệnh gỉ sắt cho vùng Tây Nguyên 63 3.2.1.1 Khả năng chống chịu bệnh gỉ sắt của các dòng ngô nghiên cứu bằng phương pháp lây nhiễm nhân tạo 64 3.2.1.2 Khả năng chống chịu bệnh gỉ sắt của dòng ngô ngoài đồng ruộng 68 3.2.2 Đặc điểm nông sinh học và khả năng chống chịu của tập đoàn dòng chống chịu bệnh gỉ sắt 71 3.3 ĐA DẠNG DI TRUYỀN, ĐỘ THUẦN DI TRUYỀN VÀ KHẢ NĂNG KT HỢP CỦA TẬP ĐOÀN DÒNG CHỐNG CHỊU BỆNH GỈ ST 84 3.3.1 Đa dạng di truyền của tập đoàn dòng chống chịu bệnh gỉ sắt 84 3.3.2 Khả năng kết hợp về năng suất của tập đoàn dòng chống chịu bệnh gỉ sắt 91 3.3.2.1 Đánh giá khả năng kết hợp về năng suất của tập đoàn dòng bằng phương pháp lai đỉnh 92 3.3.2.2 Đánh giá khả năng kết hợp về năng suất bằng phương pháp lai luân phiên 93 3.4 ĐẶC ĐIỂM NÔNG SINH HỌC, KHẢ NĂNG CHỐNG CHỊU, ƯU TH LAI CỦA CÁC TỔ HỢP LAI ĐỈNH, LAI LUÂN PHIÊN VÀ CHỌN LỌC CÁC TỔ HỢP LAI TRIỂN VỌNG 94 3.4.1 Đánh giá đặc điểm nông sinh học, khả năng chống chịu, ưu thế lai của các tổ hợp lai đỉnh 94 3.4.2 Đánh giá đặc điểm nông sinh học, khả năng chống chịu, ưu thế lai của các tổ hợp lai luân phiên 102 vi 3.5 KT QUẢ KHẢO NGHIỆM MỘT SỐ TỔ HỢP LAI CHỐNG CHỊU BỆNH GỈ ST TRIỂN VỌNG 110 3.5.1 Kết quả khảo nghiệm cơ sở 110 3.5.2 Kết quả khảo nghiệm trong hệ thống khảo nghiệm quốc gia 114 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 119 CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 120 TÀI LIỆU THAM KHẢO 121 vii DANH MỤC CÁC K HIỆU VÀ CH VIẾT TẮT Vit tt Vit đầy đ ADN Acide Désoxyribo Nucléique AFLP Amplified Fragment Length Polymorphism - Đa hình chiều dài đoạn nhân bản AMBIONET Asian Maize Biotechnology Network - Mạng lưới công nghệ sinh học cây ngô châu  AUDPC Area Under Disease Progress Curve- chỉ số tích lũy bệnh bp base pair - cặp bazơ CIMMYT Centro Internacional de Mejoramiento de Maiz y Trigo - Trung tâm cải lương giống ngô và lúa mì quốc tế CV Coefficient of Variation - Hệ số biến động DH Double Haploid - Đơn bội kép GCA General Combining Ability - Khả năng kết hợp chung GD Genetic Distance - Khoảng cách di truyền Hbp Heterobeltiosis - Ưu thế lai thực Hmp Midparent Heterosis - Ưu thế lai trung bình Hs Standard Heterosis - Ưu thế lai chun KNKHC Khả năng kết hợp chung KNKHR Khả năng kết hợp riêng LSD Least Significant Defference - Sai khác nhỏ rất có ý ngha MSTATC Management and Statistical Research Tool - Phần mềm xử lý thống kê của Đại học Michigan, Mỹ. NST Nhiễm sắc thể NSTT Năng suất thực thu NTSYS Numerical Taxonomy System - Hệ thống phân loại số PCR Polymerase Chain Reaction - Phản ứng chui trng hợp viii QTLs Quantitative Trait Loci - Locus gen quy định tính trạng số lượng RAPD Random Amplified Polymorphic DNA - Đa hình đoạn ADN được nhận ngẫu nhiên RFLP Restriction Fragment Length Polymorphism - Đa hình chiều dài đoạn cắt giới hạn SAS Statistical Analysis Systems SCA Specific Combining Ability - Khả năng kết hợp riêng SSR Simple Sequence Repeats TB Giá trị trung bình THL Tổ hợp lai UPGMA Unweighted Pair Group Method with Arithmetic Averages ƯTL Ưu thế lai [...]... lượng ngô ở vùng Tây Nguyên Xuất phát từ những lý do trên, đề tài: Nghiên cứu chọn tạo giống ngô năng suất cao chống chịu bệnh gỉ sắt (Puccinia sp.) cho vùng Tây Nguyên được thực hiện 2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU Xây dựng tập đoàn dòng thuần và chọn tạo được một số tổ hợp lai triển vọng 3 năng suất cao, chống chịu bệnh gỉ sắt, thích hợp với điều kiện sinh thái, tập quán canh tác ở Tây Nguyên 3 Ý NGHĨA... các giống ngô Ngoài yếu tố hạn, yếu tố hạn chế lớn nhất là khả năng chống chịu bệnh Trong những năm gần đây, nổi bật nhất là bệnh gỉ sắt Khả năng chống chịu bệnh của các giống ngô ở Tây Nguyên còn rất ít, đặc biệt là bệnh gỉ sắt Đã có nhiều công trình nghiên cứu về bệnh gỉ sắt trên thế giới cho thấy, bệnh gỉ sắt gây thiệt hại đáng kể đến cây ngô và làm giảm từ 10 - 70% năng suất và chất lượng ngô ở... trên thế giới, gây thiệt hại nghiêm trọng đến cây ngô và làm giảm đáng kể năng xuất ngô (từ 10 - 70%) [28], [30], [84], [104], [109], [124] Để hạn chế bệnh gỉ sắt, giảm thiệt hại về năng suất, sản lượng ngô, biện pháp chọn tạo giống ngô chống chịu bệnh gỉ sắt mang lại hiệu quả và có nhiều nghiên cứu chọn tạo giống ngô năng suất cao, chống chịu bệnh gỉ sắt đã được thực hiện chủ yếu theo phương pháp truyền... của bệnh gỉ sắt (Puccina sp.) trên ngô tại Tây Nguyên 60 3.3 Điều tra tác hại của bệnh gỉ sắt (Puccina sp.) đến năng suất ngô ở Tây Nguyên (tạ/ha) .62 3.4 Phản ứng của các dòng ngô đối với bệnh gỉ sắt khi lây nhiễm nhân tạo .65 3.5 Khả năng chống chịu bệnh gỉ sắt của các dòng nghiên cứu ngoài đồng ruộng 69 3.6 Thời gian sinh trưởng của các dòng nghiên cứu 72 3.7 Khả năng chống. .. những giống dài ngày và trung ngày, tồn tại lâu trong sản xuất nên đã biểu hiện giảm năng suất do nhiễm bệnh, nhất là bệnh gỉ sắt Kết quả điều tra tác hại bệnh gỉ sắt trên các giống ngô trồng phổ biến ở Tây Nguyên năm 2009 cho thấy, năng suất giảm khoảng từ 10 -20% vụ Hè Thu, 20 - 40%, vụ Thu Đông Như vậy, bệnh gỉ sắt làm giảm đáng kể năng suất và sản lượng ngô của vùng Tây Nguyên Bệnh gỉ sắt trên ngô. .. Ý nghĩa khoa học Cung cấp thêm các dẫn liệu, thông tin khoa học và khả năng ứng dụng tập đoàn vật liệu trong công tác chọn tạo giống ngô lai năng suất cao, chống chịu bệnh gỉ sắt cho vùng Tây Nguyên  Ý nghĩa thực tiễn - Tuyển chọn được một tập đoàn vật liệu bao gồm 28 dòng có năng suất cao, chống chịu bệnh gỉ sắt trên ngô ở Tây Nguyên; - Giới thiệu một số tổ hợp lai triển vọng: VN5885 đã được công... phản ứng với bệnh gỉ sắt sau 30 ngày lây nhiễm 66 3.3 Khả năng chống chịu bệnh gỉ sắt của các dòng nghiên cứu sau 50 ngày lây nhiễm 67 3.4 Khả năng chống chịu bệnh gỉ sắt của các dòng nghiên cứu sau 80 ngày gieo trồng ngoài đồng ruộng 70 3.5 Sự biểu hiện tính chống chịu bệnh gỉ sắt của các dòng nghiên cứu 71 3.6 Ảnh cây và bắp của một số dòng nghiên cứu vụ Thu Đông... Ở Tây Nguyên, từ năm 2007 - 2010, Viện Nghiên cứu Ngô đã thống kê sự thất thoát về sản lượng do bệnh gỉ sắt gây ra hàng năm là từ 15 - 20% ở vụ Hè Thu, 25 - 40% thậm chí có những vùng đến 60% ở vụ Thu Đông [5] Chính vì vậy, để khai thác hết những tiềm năng, lợi thế ở Tây Nguyên, cần phải bổ sung thêm những giống ngô có năng suất cao, chống chịu bệnh gỉ sắt để nâng cao năng suất và sản lượng ngô ở vùng. .. một số giống năng suất cao, chống chịu bệnh gỉ sắt [71] Ở Việt Nam, những nghiên cứu về vấn đề này vẫn còn hạn chế Như vậy, những đóng góp của cây ngô trong nền kinh tế thế giới nói chung, trong nước cũng như vùng Tây Nguyên nói riêng là rất lớn Tuy nhiên, yếu tố hạn và bệnh, nhất là bệnh gỉ sắt là yếu tố chính làm giảm năng suất, sản lượng ngô ở các tỉnh Tây Nguyên Do đó, rất cần một bộ giống ngô chín... hợp lai VN665 và VN667 đang được khảo nghiệm trong hệ thống khảo nghiệm quốc gia có năng suất cao, chống chịu bệnh gỉ sắt cho sản xuất ngô ở Tây Nguyên, góp phần nâng cao năng suất, sản lượng ngô của vùng này 4 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU  Đối tượng nghiên cứu Bao gồm các dòng ngô thuần được rút dòng từ các giống ngô lai thương mại NK67, NK66, C919, CP888, CP999, P4097, DeKalbgold, Pacific 747, . tài: Nghiên cứu chọn tạo giống ngô năng suất cao chống chịu bệnh gỉ sắt (Puccinia sp.) cho vùng Tây Nguyên được thực hiện. 2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU Xây dựng tập đoàn dòng thuần và chọn tạo. gia có năng suất cao, chống chịu bệnh gỉ sắt cho sản xuất ngô ở Tây Nguyên, góp phần nâng cao năng suất, sản lượng ngô của vùng này. 4. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU  Đối tượng nghiên cứu. thác hết những tiềm năng, lợi thế ở Tây Nguyên, cần phải bổ sung thêm những giống ngô có năng suất cao, chống chịu bệnh gỉ sắt để nâng cao năng suất và sản lượng ngô ở vùng Tây Nguyên. Xuất phát