Tài liệu Nghiên cứu xác định nguồn vật liệu chịu mặn phục vụ công tác chọn tạo giống ngô cho vùng duyên hải nam trung bộ và đồng bằng sông cửu long

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM  NGUYỄN HỮU HÙNG NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH NGUỒN VẬT LIỆU CHỊU MẶN PHỤC VỤ CÔNG TÁC CHỌN TẠO GIỐNG NGÔ CHO VÙNG DUYÊN HẢI NAM TRUNG BỘ VÀ ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG Chuyên ngành: Di truyền và chọn giống cây trồng Mã số: 62 62 01 11 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP Hà Nội – Năm 2017 Công trình đƣợc hoàn thành tại: Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: 1. TS. Lƣơng Văn Vàng 2. PGS. TS. Hồ Quang Đức Phản biện 1: .......................................................... Phản biện 2: .......................................................... Phản biện 3: .......................................................... Luận án sẽ đƣợc bảo vệ trƣớc Hội đồng chấm luận án cấp Viện họp tại: Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam Vào hồi ... h ngày ... tháng ... năm 20... Có thể tìm hiểu luận án tại: 1. Thƣ Viện Quốc gia 2. Thƣ Viện Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam 3. Thƣ Viện Viện Nghiên cứu Ngô MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Việt Nam có khoảng hơn 1 triệu ha đất bị nhiễm mặn, phân bố tập trung ở các tỉnh vùng Duyên Hải và đồng bằng sông Cửu Long (Viện Thổ nhƣỡng Nông hóa, 2010). Trong những năm gần đây do ảnh hƣởng của biến đổi khí hậu đặc biệt là sự nóng lên của trái đất và mực nƣớc biển dâng đã làm cho diện tích đất nhiễm mặn ngày càng gia tăng. Sự xâm nhập mặn này sẽ ngày càng trầm trọng hơn khi El Nino gây nên hạn hán không chỉ ở vùng đồng bằng mà còn trên các vùng thƣợng lƣu, tác động trực tiếp đến sản xuất nông nghiệp dẫn đến năng suất cây trồng suy giảm, giá thành sản xuất tăng cao. Nghiên cứu chọn tạo giống cây trồng có khả năng chống chịu tốt với môi trƣờng bất thuận, đáp ứng với biến đổi khí hậu, nhằm tăng năng suất cây trồng và đem lại hiệu quả kinh tế cho ngƣời sản xuất, đề tài “Nghiên cứu xác định nguồn vật liệu chịu mặn phục vụ công tác chọn tạo giống ngô cho vùng Duyên hải Nam Trung Bộ và đồng bằng sông Cửu Long” đƣợc tiến hành nghiên cứu. 2. Mục tiêu của đề tài Xác định đƣợc nguồn vật liệu (dòng thuần) chịu mặn phục vụ cho công tác chọn tạo giống ngô lai; Tạo giống ngô lai chịu mặn cho vùng Duyên hải Nam Trung Bộ và đồng bằng sông Cửu Long. 3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 3.1. Ý nghĩa khoa học của đề tài Bổ sung lý thuyết về cơ sở chọn tạo giống ngô cho vùng khó khăn ở Việt Nam; Xác định đƣợc mức độ ảnh hƣởng của các độ mặn khác nhau đến sinh trƣởng, phát triển và năng suất của ngô, trên cơ sở đó đƣa ra cơ chế chịu mặn ở ngô; Xác định đƣợc một số vật liệu ngô (dòng thuần) có khả năng ứng dụng trong tạo giống ngô lai chịu mặn phục vụ sản xuất cho những vùng khó khăn. 1 3.2. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài Xác định đƣợc 4 dòng có khả năng chịu mặn tốt cho chƣơng trình chọn tạo giống ngô chịu mặn là STL2, STL6, STL28, STL30; Chọn tạo thành công giống ngô lai VS71 có khả năng chịu mặn, năng suất cao phục vụ sản xuất, đặc biệt là cho vùng Duyên hải Nam Trung Bộ và đồng bằng sông Cửu Long; 4. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu 4.1. Đối tƣợng nghiên cứu 32 dòng thuần tốt đã đƣợc chọn lọc, thuộc tập đoàn dòng công tác của Viện Nghiên cứu Ngô; Các tổ hợp lai (THL) đƣợc tạo ra từ các dòng đƣợc đánh giá có khả năng chịu mặn; Các giống ngô lai thƣơng mại đang đƣợc trồng phổ biến tại vùng Duyên hải Nam Trung Bộ và đồng bằng sông Cửu Long. 4.2. Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu các đặc điểm nông sinh học, khả năng chịu mặn, khả năng kết hợp của các dòng ngô thuần; nghiên cứu các đặc điểm nông sinh học, khả năng chịu mặn của các tổ hợp ngô lai; Nghiên cứu đƣợc thực hiện tại Viện Nghiên cứu Ngô, Đan Phƣợng, Hà Nội và vùng Duyên hải Nam Trung Bộ và đồng bằng sông Cửu Long từ năm 2010 – 2015; 5. Tính mới của đề tài luận án Đây là công trình đầu tiên ở Việt nam nghiên cứu một cách hệ thống sử dụng phƣơng pháp đánh giá tính chịu mặn ở ngô bằng dung dịch dƣỡng mặn, trồng trong chậu để chọn lọc dòng thuần và lai tạo thành công giống ngô chịu mặn phục vụ sản xuất; Các thông tin khoa học trên cơ sở kết quả của các bƣớc tiến hành đánh giá vật liệu chịu mặn (dòng thuần), lai tạo và thử nghiệm giống ngô lai chịu mặn đã cung cấp cơ sở lý luận và thực tiễn vận dụng cho công tác chọn tạo giống ngô cho vùng khó khăn hiện nay. 6. Bố cục của luận án Nội dung chính của luận án gồm 160 trang đánh máy, có 80 bảng, 10 hình và ảnh, đƣợc trình bày trong 5 phần: Mở đầu (5 trang); Chƣơng 1. Tổng 2 quan tài liệu và cơ sở khoa học (39 trang); Chƣơng 2. Vật liệu, nội dung và phƣơng pháp (12 trang); Chƣơng 3. Kết quả và thảo luận (102 trang); Kết luận và đề nghị (2 trang). Tài liệu tham khảo gồm 191 tài liệu, trong đó 20 tài liệu tiếng Việt và 171 tài liệu tiếng Anh. Có 3 công trình liên quan đến luận án đã đƣợc công bố trên các tạp chí trong nƣớc. CHƢƠNG I TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI 1.1. Tình hình nghiên cứu ngô chịu mặn trên thế giới và ở Việt Nam 1.1.1. Tình hình nghiên cứu ngô chịu mặn trên thế giới Nghiên cứu khả năng chịu mặn ở ngô đã đƣợc một số tác giả trên thế giới nghiên cứu từ thập niên 80 của thế kỷ trƣớc (Ashraf và McNeilly 1989; 1990). Trong những năm gần đây do ảnh hƣởng của biến đổi khí hậu và quá trình đất mặn hóa ngày một gia tăng thì chọn tạo giống giống ngô chịu mặn đã đƣợc nhiều tác giả nghiên cứu. Hầu hết các nghiên cứu chỉ ra rằng ngô có khả năng chịu mặn và khả năng chịu mặn của các giống ngô là khác nhau. 1.1.2. Tình hình nghiên cứu ngô chịu mặn ở Việt Nam Nghiên cứu chọn tạo giống ngô chịu mặn ở Việt Nam là đề tài mới, chƣa có tài liệu nào đƣợc công bố liên quan đến tính chịu mặn ở ngô. 1.2. Cơ sở chọn tạo giống cây trồng chịu mặn Munns (2002; 2005) đã đƣa ra khái niệm “phản ứng hai giai đoạn của cây trồng với độ mặn”. Giai đoạn đầu giảm tăng trƣởng xảy ra một cách nhanh chóng sau khi tiếp xúc với độ mặn. Giai đoạn thứ hai diễn ra chậm hơn, có thể trong nhiều ngày, nhiều tuần hoặc nhiều tháng, đây là kết quả của sự tích tụ muối trong lá dẫn đến ngộ độc muối trong cây, chủ yếu diễn ra ở các lá già. 1.2.1. Cơ chế tác động của muối đối với cây trồng Theo Greenway và Munns (1980) độ mặn gây ra giảm tăng trƣởng thực vật vì nó có thể bị bốn loại stress là: Stress thẩm thấu gây ra thiếu hụt nƣớc; Ngộ độc ion do nồng độ cao của Natri và Clo; Mất cân bằng dinh dƣỡng ion, do mức 3 độ cao của Na+ và Cl- , làm giảm sự hấp thu K+, NO-, PO4, PO3,…; Tăng các chất phản ứng chứa ôxy phá hoại các đại phân tử. 1.2.2. Cơ chế chịu mặn của cây trồng Chịu mặn là hệ phức hợp đƣợc quy định bởi nhiều gen (Shannon 1997; Flowers 2004). Cơ chế chịu mặn của cây trồng chƣa đƣợc hiểu một cách rõ ràng nhƣng một số nhà nghiên cứu đã chứng minh cơ chế chịu mặn dựa vào các yếu tố nhƣ: Loại trừ ion muối (Abel 1969; Noble et al. 1984); Sự tích tụ các ion muối trong không bào (Xue et al. 2004) và; sản xuất các chất tan tƣơng thích để cân bằng áp suất thẩm thấu và tăng cƣờng hoạt động của các emzim (Grumet và Hanson 1986; Wyn Jones et al. 1977). 1.3. Chọn tạo giống ngô chịu mặn 1.3.1. Nguồn vật liệu chọn tạo dòng Theo Ngô Hữu Tình (2009) gần đây việc sử dụng các giống ngô TPTD đã không đƣợc các nhà tạo giống ƣa chuộng, các quần thể phân ly từ các giống lai thƣơng mại hoặc từ các cặp lai ƣu tú đƣợc sử dụng phổ biến hơn trong chọn tạo giống ngô lai. Theo Vasal (1999) nguồn vật liệu cho chọn tạo giống ngô cần phải có các đặc tính nhất định, có khả năng kết hợp tốt với các nguồn khác, chịu đƣợc áp lực tự phối, có ƣu thế lai cao, có nhiều đặc tính mong muốn khác. 1.3.2. Một số phƣơng pháp tạo dòng thuần Từ nguồn vật liệu khởi đầu, có nhiều phƣơng pháp khác nhau để tạo và phát triển dòng thuần nhƣ: phƣơng pháp tự phối (Self-pollination); phƣơng pháp cận phối (Fullsib hoặc Halfsib); phƣơng pháp lai trở lại (back cross); phƣơng pháp thuần hóa tích hợp (Additivo cumulative inbreeding); phƣơng pháp tạo dòng đơn bội kép (Double Haploid). 1.3.3. Khả năng kết hợp Khả năng kết hợp là khả năng tƣơng tác của một kiểu gen để truyền hiệu suất mong muốn của nó đến các con lai. Các khái niệm về khả năng kết hợp chung (General Combining Ability - GCA) và khả năng kết hợp riêng (Specific Combining Ability - SCA) đƣợc xác định bởi Sprague và Tatum (1942). 4 1.3.4. Chọn tạo giống ngô chịu mặn bằng phƣơng pháp truyền thống Việc trực tiếp chọn lọc các kiểu gen chịu mặn trên đồng ruộng bị cản trở bởi sự ảnh hƣởng đáng kể của các yếu tố môi trƣờng làm cho quá trình chọn tạo trở lên khó khăn. Với phƣơng pháp sử dụng dung dịch dƣỡng mặn để gieo trồng ở giai đoạn cây con và bằng phƣơng pháp gieo trồng trong chậu là môi trƣờng chọn lọc làm tăng khả năng chịu mặn ở ngô (Khan et al., 2003). Thông qua phƣơng pháp này có thể đánh giá và xác định đƣợc các nguồn ngô có khả năng chịu mặn đáp nhu cầu sản xuất. 1.3.5. Ứng dụng chỉ thị phân tử trong chọn tạo giống ngô chịu mặn Ứng dụng các kỹ thuật chỉ thị phân tử trong đánh giá kiểu gen chịu mặn đã đƣợc thực hiện bởi Abdel-Bary et al., (2005), Wang et al., (2012), Xiang et al., (2014), Saputro et al., (2016), Rajurkar và Shankarrao (2013), Mohammad et al., (2015) hầu hết các nghiên cứu đã tìm ra các chỉ thị liên kết với khả năng chịu mặn có thể đƣợc sử dụng trong chƣơng trình tạo giống MAS và phát triển kiểu gen chịu mặn bằng biến đổi gen. 1.3.6. Công nghệ gen trong chọn tạo giống ngô chịu mặn Yin et al., (2004) ghi nhận rằng chuyển gen AtNHX1 đã làm tăng khả năng chịu mặn ở ngô khi trồng trong môi trƣờng mặn. Các giống ngô đƣợc chuyển gen chịu mặn OsNHX1 cho khả năng tích lũy chất khô cao hơn với giống thƣờng khi trồng trong dung dịch mặn 200 mM và cho năng suất hạt cao hơn khi trồng trong điều kiện mặn (Chen et al. 2007). Tóm lại: Trên cơ sở tổng quan tài liệu, mặc dù các nghiên cứu về chọn tạo giống ngô chịu mặn ở Việt Nam chƣa đƣợc tiến hành từ trƣớc đến nay, nhƣng với những kiến thức và hiểu biết về phƣơng pháp, cơ sở khoa học qua những công trình đã nghiên cứu kể trên và kinh nghiệm đƣợc tích luỹ trong thời gian công tác, đề tài “Nghiên cứu xác định nguồn vật liệu chịu mặn phục vụ công tác chọn tạo giống ngô cho vùng Duyên hải Nam Trung Bộ và đồng bằng sông Cửu Long” sẽ đƣợc thực hiện thành công. Thành công của đề tài không những sẽ mang lại hiệu quả kinh tế cho ngƣời trồng ngô ở những vùng khó khăn mà còn là cơ sở khoa học cho công tác nghiên cứu chọn tạo các giống ngô chịu mặn cho các giai đoạn tiếp theo. 5 CHƢƠNG II VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Vật liệu Vật liệu gồm 32 dòng ngô thuần, là những dòng đã đƣợc chọn lọc và đánh giá KNKH thuộc tập đoàn dòng công tác của Viện Nghiên cứu Ngô đƣợc ghi mã tên theo thứ tự từ STL1 đến STL32; 28 tổ hợp lai luân phiên của 8 dòng thuần có khả năng chịu mặn tốt (ký hiệu STM1 đến STM28); Đối chứng là các giống ngô lai thƣơng mại đang đƣợc trồng phổ biến tại các địa phƣơng thực hiện thí nghiệm là C919, NK67, NK7328, CP333, CP888, DK9901... 2.2. Nội dung nghiên cứu 2.2.1. Đánh giá khả năng chịu mặn của tập đoàn dòng bằng phƣơng pháp nhân tạo 2.2.2. Đánh giá đặc điểm nông sinh học và khả năng kết hợp của các dòng có khả năng chịu mặn 2.2.3. Đánh giá khả năng chịu mặn của các tổ hợp lai bằng phƣơng pháp nhân tạo 2.2.4. Khảo sát đánh giá các tổ hợp lai chịu mặn tại Duyên hải Nam Trung Bộ, đồng bằng sông Cửu Long và phát triển giống mới 2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu: 2.3.1. Phƣơng pháp nghiên cứu trong phòng thí nghiệm Phân tích hàm lƣợng ion Na+, K+ Phân tích hàm lƣợng Na+, K+, trong thân lá đƣợc thực hiện theo phƣơng pháp của Wolf (1982). 2.3.2. Phƣơng pháp nghiên cứu trong nhà lƣới 2.3.2.1. Đánh giá khả năng chịu mặn của ngô ở giai đoạn cây con trong dung dịch dƣỡng mặn Các nguồn ngô đƣợc trồng trong rổ trấu sạch, đặt trong khay dung dịch dƣỡng Yoshida (1976) ở các nồng độ muối lần lƣợt là: 50 mM; 100 mM; 150 mM; 200 mM, đối chứng 0 mM. Sau 17 ngày, cây con đƣợc thu hoạch và đo 6 đếm các chỉ tiêu sinh trƣởng, sau đó đƣợc sấy trong tủ sấy ở nhiệt độ 70 0C ± 2 0 C đến khi khối lƣợng không đổi để đo khối lƣợng chất khô và tính chỉ số chịu mặn (CSCM) theo công thức: CSCM (%) = Tổng khối lƣợng chất khô ở công thức Sx x 100 Tổng khối lƣợng chất khô ở công thức S0 Sx: công thức ở nồng độ muối thứ x; S0: công thức ở nồng độ muối bằng 0. Đánh giá hình thái và mức độ chịu mặn ở gai đoạn cây con trong dung dịch dƣỡng mặn đƣợc thực hiện theo phƣơng pháp của Faustino (Bảng 2.3). Bảng 2.3. Bảng đánh giá mức độ chịu mặn của ngô ở giai đoạn cây con bằng phƣơng pháp trồng trong dung dịch dƣỡng mặn Cấp độ Mức độ chịu mặn 1 Chịu mặn tốt 2 Chịu mặn khá 3 Chịu mặn trung bình 4 Mẫn cảm 5 Rất mẫn cảm Mô tả Cây khỏe mạnh, không còi cọc, không bị tổn thƣơng hoặc héo Một số lá già phía dƣới hơi cuộn lại Cây con bị tổn thƣơng hoặc mép và chóp lá già bị úa Cây con bị tổn thƣơng hoặc lá già bị úa hoặc vàng Cây còi cọc, lá bị úa, tổn thƣơng xuất hiện cả ở lá già và lá non, một số trƣờng hợp cây bị chết 2.3.2.2. Đánh giá khả năng chịu mặn của ngô bằng phƣơng pháp trồng trong chậu Các nguồn ngô đƣợc gieo trồng trong chậu nhựa có kích thƣớc 30 x 22 cm (cao x đƣờng kính). Đất đƣợc đƣợc làm mặn ở các độ mặn lần lƣợt là: S0 = 0 dS/m (đối chứng); S1= 4 dS/m; S2 = 8 dS/m; S3 = 12 dS/m. Muối đƣợc cung cấp từng lƣợng nhỏ cho đến khi đạt nồng độ 4; 8 và 12 dS/m. Đánh giá hình thái và mức độ chịu mặn của cây trồng trong chậu đƣợc thực hiện theo phƣơng pháp của Faustino (Bảng 2.5). 7 Bảng 2.5. Bảng đánh giá mức độ chịu mặn của ngô bằng phƣơng pháp trồng trong chậu Cấp độ Mức độ chịu mặn Mô tả 1 Chịu mặn tốt Cây có thể ra cờ, bắp và râu, lá vẫn xanh 2 Chịu mặn khá Cây có thể ra cờ, bắp và râu nhƣng một số lá bị tổn thƣơng 3 Chịu mặn trung bình Cây có thể ra cờ (tung phấn) và râu (phun râu) nhƣng thời gian tung phấn và phun râu bị lệch nhau 4 Mẫn cảm Cây bị chết sau khi ra cờ và râu 5 Rất mẫn cảm Cây chết sớm 2.3.3. Phƣơng pháp nghiên cứu ngoài đồng ruộng 3.3.3.1. Lai tạo và đánh giá khả năng kết hợp của các dòng có khả năng chịu mặn Đánh giá khả năng kết hợp của các dòng đƣợc thực hiện theo phƣơng pháp Griffing 4 (Griffing 1956) 2.3.3.2. Khảo sát, đánh giá các tổ hợp lai, xây dựng mô hình trình diễn, quy trình thâm canh giống mới Thí nghiệm đƣợc bố trí theo phƣơng pháp chuẩn của Viện Nghiên cứu Ngô và Trung tâm cải tạo ngô và lúa mỳ quốc tế CIMMYT. 2.3.3.3. Khảo nghiệm: Khảo nghiệm đƣợc thực hiện theo “Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về khảo nghiệm giá trị canh tác và giá trị sử dụng của giống ngô” QCVN 01-56: 2011/BNNPTNT. 2.4. Chỉ tiêu theo dõi Các chỉ tiêu theo dõi đƣợc thực hiện theo phƣơng pháp chuẩn của Viện Nghiên cứu Ngô và Trung tâm cải tạo ngô và lúa mỳ quốc tế CIMMYT. 2.5. Xử lý số liệu Số liệu đƣợc xử lý bằng phần mềm IRRISTAT 5.0 và phần mềm trƣơng trình di truyền số lƣợng của Nguyễn Đình Hiền version 2.0. 8 2.6. Địa điểm và thời gian thực hiện đề tài Thí nghiệm đánh giá khả năng chịu mặn của các dòng bằng nhân tạo đƣợc thực hiện từ năm 2010 đến 2011 tại Viện Nghiên cứu Ngô, Đan Phƣợng – Hà Nội; Thí nghiệm đánh giá đặc điểm nông sinh học, lai tạo, đánh giá khả năng kết hợp của các dòng chịu mặn từ năm 2010 – 2012 tại Viện Nghiên cứu Ngô, Đan Phƣợng – Hà Nội; Thí nghiệm đánh giá khả năng chịu mặn của các tổ hợp lai bằng nhân tạo đƣợc thực hiện từ năm 2012 đến 2013 tại Viện Nghiên cứu Ngô, Đan Phƣợng – Hà Nội; Thí nghiệm khảo sát đánh giá tổ hợp lai chịu mặn và phát triển giống mới thực hiện từ năm 2011 - 2015 tại các tỉnh thuộc Duyên hải Nam Trung Bộ và đồng bằng sông Cửu Long, Hà Nội, Hòa Bình và các tỉnh thuộc mạng lƣới khảo nghiệm quốc gia. CHƢƠNG III KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Đánh giá khả năng chịu mặn của tập đoàn dòng bằng phƣơng pháp nhân tạo 3.1.1. Đánh giá khả năng chịu mặn của các dòng ở giai đoạn cây con bằng phƣơng pháp trồng trong dung dịch dƣỡng mặn Sau khi cấy chuyển vào dung dịch dƣỡng mặn, qua theo dõi cho thấy hầu hết các dòng ngô đều giảm sinh trƣởng, mức độ giảm tỷ lệ thuận với độ mặn. Ở công thức S4 (200 mM) cây giảm tăng trƣởng nhiều nhất và có các triệu chứng đi kèm nhƣ chóp lá xoăn, cháy lá hoặc phần nửa của lá có vết trắng, lá gốc của hầu hết các dòng bị khô. Sau 17 ngày trồng trong dung dịch dƣỡng ở nồng độ mặn 200 mM đã có 3 dòng bị chết là STL5, STL15, STL27. Tuy nhiên, vẫn có 3 dòng biểu hiện với bộ lá xanh và sinh trƣởng bình thƣờng là STL6, STL28 và STL30 (Hình 3.1). 9 Hình 3.1. Sinh trƣởng của một số dòng sau 17 ngày trồng trong dung dịch dƣỡng ở nồng độ mặn 200 mM NaCl (S4) Các chỉ tiêu sinh trƣởng nhƣ chiều dài thân lá, chiều dài rễ, khối lƣợng tƣơi và khối lƣợng khô cây con của các dòng đề giảm trong môi trƣờng mặn. Tuy nhiên mức độ giảm sinh trƣởng của các dòng là khác nhau, trong đó 1 dòng (STL28) đƣợc đánh giá chịu mặn tốt (cấp độ 1), 10 dòng chịu mặn khá (cấp độ 2), 9 dòng chịu mặn trung bình (cấp độ 3), 9 dòng mẫn cảm (cấp độ 4), và 3 dòng (STL5, STL15 và STL27) rất mẫn cảm với độ mặn (cấp độ 5). 3.1.2. Đánh giá khả năng chịu mặn của tập đoàn dòng bằng phƣơng pháp trồng trong chậu Trên cơ sở kết quả đánh giá khả năng chịu mặn ở giai đoạn cây con, 20 dòng có khả năng chịu mặn từ trung bình đến tốt là STL1, STL2, STL3, STL4, STL6, STL11, STL14, STL16, STL17, STL18, STL19, STL20, STL21, STL22, STL26, STL28, STL29, STL30, STL31, STL32 đƣợc chọn lọc và tiếp tục đánh giá khả năng chịu mặn bằng phƣơng pháp trồng trong chậu tại Viện Nghiên cứu Ngô trong vụ Xuân năm 2011. Hầu hết các dòng đều giảm sinh trƣởng trong môi trƣờng đất mặn, mức độ giảm sinh trƣởng tăng trong đất có nồng độ muối cao. Ở môi trƣờng đất có độ mặn 4 dS/m (S1) cây sinh trƣởng bình thƣờng, ở 8 dS/m (S2) cây biểu hiện bị táp các lá phía dƣới, trong môi trƣờng đất ở nồng độ muối 12 dS/m (S3) các lá phía dƣới bị héo, mép lá bị khô. 10 Hàm lƣợng Na+ trong cây tăng khi tăng nồng độ muối nhƣng mức độ biểu hiện giữa các dòng là khác nhau. Ở công thức muối S3 (12 dS/m) có 3 dòng có tỷ lệ Na+ trên 4,0% khối lƣợng chất khô là STL16 (4,317%), STL22 (4,121%) và STL32 (4,167%). Trong khi STL28 đƣợc ghi nhận có tỷ lệ Na+ thấp nhất (3,129%). Những dòng có hàm lƣợng Na+ thấp cho thấy khả năng loại trừ ion Na+ tốt khi trồng trong môi trƣờng mặn. Đây là một trong những chỉ tiêu đánh giá và chọn lọc giống cây trồng chịu mặn (Bảng 3.9). Bảng 3.9. Ảnh hƣởng của độ mặn đến hàm lƣợng Na+ trong cây của các TT Tên dòng 1 STL1 2 STL2 3 STL3 4 STL4 5 STL6 6 STL11 7 STL14 8 STL16 9 STL17 10 STL18 11 STL19 12 STL20 13 STL21 14 STL22 15 STL26 16 STL28 17 STL29 18 STL30 19 STL31 20 STL32 Trung bình Nhân tố TN LSD 0.05 CV% dòng trong vụ Xuân 2011 Hàm lƣợng Na+ trong cây (% khối lƣợng chất khô) S0 S1 S2 S3 Trung (0dS/m) (4dS/m) (8dS/m) (12dS/m) bình 0,387 1,242 2,484 3,929 2,005 0,401 1,027 1,907 3,349 1,671 0,401 1,028 1,981 3,353 1,691 0,378 1,177 2,354 3,723 1,900 0,369 0,978 1,754 3,282 1,596 0,404 1,435 2,587 3,641 2,017 0,354 1,198 2,397 3,792 1,935 0,416 1,261 2,708 4,371 2,189 0,365 1,234 2,469 3,905 1,993 0,387 0,992 1,912 3,411 1,675 0,380 1,008 1,807 3,446 1,660 0,421 1,078 2,078 3,517 1,773 0,338 1,143 2,285 3,615 1,845 0,385 1,303 2,605 4,121 2,103 0,382 0,979 1,818 3,193 1,593 0,352 0,933 1,672 3,129 1,521 0,369 0,945 1,823 3,252 1,597 0,385 1,368 2,467 3,324 1,886 0,362 0,961 1,722 3,286 1,583 0,397 1,202 2,582 4,167 2,087 0,379 1,124 2,171 3,610 1,821 Dòng Muối Dòng x Muối 0,118 0,074 0,236 13,5 11 Đối với kali thì ngƣợc lại, ở công thức có nồng độ muối càng cao thì khả năng hấp thụ K+ của ngô càng giảm. Giá trị trung bình hàm lƣợng K + của các dòng trồng trong môi trƣờng có nồng độ muối 0 dS/m là 3,405% và giảm xuống chỉ còn 1,935% ở môi trƣờng đất có nồng độ muối 12 dS/m. Khả năng hấp thụ kali của các dòng trong môi trƣờng mặn thể hiện cũng rất khác nhau, ở môi trƣờng mặn 12 dS/m tỷ lệ K+ trong cây của các dòng dao động 1,645 - 2,351%, trong đó STL28 có tỷ lệ K+ cao nhất và STL32 thấp nhất (Bảng 3.10). Bảng 3.10. Ảnh hƣởng của độ mặn đến hàm lƣợng K+ trong cây của các TT Tên dòng 1 STL1 2 STL2 3 STL3 4 STL4 5 STL6 6 STL11 7 STL14 8 STL16 9 STL17 10 STL18 11 STL19 12 STL20 13 STL21 14 STL22 15 STL26 16 STL28 17 STL29 18 STL30 19 STL31 20 STL32 Trung bình Nhân tố TN LSD 0.05 CV% dòng trong vụ Xuân 2011 Hàm lƣợng K+ trong cây (% khối lƣợng chất khô) S0 S1 S2 S3 Trung (0dS/m) (4dS/m) (8dS/m) (12dS/m) bình 3,580 2,916 2,302 1,756 2,638 3,383 3,014 2,514 2,091 2,751 3,375 3,001 2,890 2,191 2,864 3,339 2,970 2,563 1,867 2,685 3,552 3,159 2,726 2,246 2,921 3,352 2,986 2,490 1,775 2,651 3,406 3,035 2,531 1,803 2,694 3,688 3,285 2,740 1,706 2,855 3,220 2,864 2,471 1,800 2,589 3,272 2,910 2,667 1,997 2,712 3,254 2,894 2,787 2,120 2,764 3,509 3,126 2,607 1,858 2,775 3,285 2,926 2,440 1,739 2,598 3,425 3,047 2,629 1,876 2,744 3,476 3,097 2,582 1,980 2,749 3,476 3,091 2,977 2,351 2,974 3,155 2,806 2,571 1,926 2,615 3,452 2,812 2,432 2,138 2,709 3,352 2,981 2,870 1,978 2,795 3,556 3,168 2,642 1,645 2,753 3,405 3,004 2,622 1,935 2,742 Dòng Muối Dòng x Muối 0,146 0,092 0,292 10,2 12 Tác động của muối đã làm giảm các chỉ tiêu cấu thành năng suất nhƣ số hạt trên bắp, khối lƣợng 1000 hạt dẫn đến làm giảm năng suất của các dòng. Kết quả đánh giá năng suất cho thấy tỷ lệ giảm năng suất trung bình của các dòng giữa công thức muối S0 (0 dS/m) và công thức S3 12 dS/m là 54,6% trong đó STL1, STL14, STL17, STL21 và STL32 thuộc nhóm dòng có năng suất giảm nhiều (60 – 66,3%), các dòng STL19, STL20, STL28, STL31 có năng suất giảm ít (43,0 – 49,0%) (Bảng 3.17). Bảng 3.17. Ảnh hƣởng của độ mặn đến năng suất hạt của các dòng trong vụ Xuân 2011 TT Tên dòng 1 STL1 2 STL2 3 STL3 4 STL4 5 STL6 6 STL11 7 STL14 8 STL16 9 STL17 10 STL18 11 STL19 12 STL20 13 STL21 14 STL22 15 STL26 16 STL28 17 STL29 18 STL30 19 STL31 20 STL32 Trung bình Nhân tố TN LSD 0.05 CV% Năng suất hạt (g/cây) Tỷ lệ % giảm S0 S1 S2 S3 Trung (0dS/m) (4dS/m) (8dS/m) (12dS/m) bình (S3 so S0) 40,7 40,7 27,8 16,1 60,3 31,3 52,4 50,8 35,6 25,1 52,2 41,0 56,9 42,7 31,4 26,7 53,1 39,4 55,7 42,0 29,6 23,7 57,3 37,8 56,6 49,3 36,7 27,3 55,2 42,0 51,1 44,8 32,1 21,4 58,1 37,4 53,7 47,8 34,0 21,3 60,3 39,2 52,1 40,4 30,4 21,2 59,2 36,0 46,2 42,5 27,4 17,1 63,0 33,3 52,2 50,6 36,4 25,8 50,6 41,2 46,7 46,9 35,1 26,6 43,0 38,8 47,9 43,2 32,5 24,4 49,0 37,0 48,5 42,9 30,3 19,4 60,0 35,3 51,2 45,4 32,7 21,5 58,1 37,7 53,4 49,8 34,7 27,1 49,3 41,2 53,9 51,5 38,8 27,7 48,6 43,0 47,9 43,6 31,7 24,3 49,2 36,9 49,7 45,7 32,4 22,9 53,8 37,7 50,7 46,0 35,3 26,5 47,6 39,6 46,2 31,9 20,5 15,6 66,3 28,5 50,7 44,9 32,3 23,0 37,7 54,6 Dòng Muối Dòng x Muối 4,10 2,58 8,20 10,8 13 Trên cơ sở đánh giá các chỉ tiêu sinh trƣởng, phát triển đã xác định đƣợc nhóm dòng có khả năng thích ứng tốt trong môi trƣờng mặn là STL2, STL4, STL6, STL19, STL26, STL28, STL31 và nhóm dòng thích ứng kém là STL1, STL14, STL17, STL21 và STL32. Kết quả thu đƣợc khá tƣơng đồng với kết quả thí nghiệm đánh giá khả năng chịu mặn của các dòng ở giai đoạn cây con trong dung dịch dƣỡng mặn. 3.2. Đánh giá đặc điểm nông sinh học và đánh giá khả năng kết hợp của các dòng có khả năng chịu mặn Trên cơ sở kết quả đánh giá khả năng chịu mặn ở giai đoạn cây con của 32 dòng, 8 dòng có khả năng chịu mặn tốt là STL2, STL6, STL19, STL26, STL28, STL29, STL30, STL31 đƣợc đƣa vào thí nghiệm đánh giá đặc điểm nông sinh học và đánh giá KNKH. Đặc điểm nông sinh học của các dòng: Qua theo dõi, đánh giá đặc điểm nông sinh học cho thấy các dòng có khả năng sinh trƣởng phát triển tốt, khả năng chống chịu sâu bệnh và điều kiện ngoại cảnh khá, thời gian sinh trƣởng trung bình của các dòng từ 109 – 114 ngày và năng suất dao động từ 28,5 – 36,3 tạ/ha. Khả năng kết hợp của các dòng: Qua 2 vụ đánh giá về KNKH của 8 dòng có khả năng chịu mặn cho thấy: dòng STL28 có giá trị KNKH chung cao nhất (vụ Thu 2010: 2,555; vụ Xuân 2011: 2,263) so với các dòng nghiên cứu và dòng STL31 có giá trị KNKH riêng cao nhất khi kết hợp với dòng STL28 (vụ Thu 2010: 1,090; vụ Xuân 2011: 2,421) (Bảng 3.21 và 3.22). Nhƣ vậy, STL28 có thể dùng làm cây thử đánh giá KNKH của dòng cho chƣơng trình tạo giống ngô lai. Bảng 3.21. Giá trị KNKH chung (ĝj), KNKH riêng (Ŝij) và phƣơng sai KNKH riêng (σ2Si) của các dòng trong vụ Thu năm 2010 ♂ Ŝij ♀ STL2 STL6 STL19 STL26 STL28 STL2 -0,844 -0,368 -0,335 0,326 STL6 0,649 -0,160 -0,096 STL19 0,001 -0,485 STL26 -0,266 STL28 STL29 STL30 STL31 14 ĝj STL29 STL30 STL31 0,994 -0,501 0,728 -0,426 0,368 0,619 -0,536 0,174 0,547 -0,911 0,568 -0,369 0,201 0,575 -0,015 1,299 0,085 0,347 1,090 2,555 -0,745 -1,450 0,042 -0,616 -0,330 -0,138 σ2Si 0,452 0,308 0,353 0,076 0,072 0,667 0,454 0,585 Bảng 3.22. Giá trị KNKH chung (ĝj), KNKH riêng (Ŝij) và phƣơng sai KNKH riêng (σ2Si) của các dòng trong vụ Xuân năm 2011 ♂ Ŝij ♀ STL2 STL6 STL19 STL26 STL28 STL29 STL2 -0,582 -0,256 0,021 0,246 1,604 STL6 0,146 -0,339 -0,078 0,076 STL19 0,204 -0,054 1,638 STL26 -0,127 0,160 STL28 -0,337 STL29 STL30 STL31 STL30 -0,221 1,655 -0,454 0,268 -0,071 -0,499 STL31 0,188 1,122 -0,224 -0,187 2,421 -0,642 -0,621 ĝj σ2Si -0,210 -0,127 -0,172 1,187 2,263 -0.050 -0,102 -0,210 0,110 0,113 0,091 0,009 0,022 0,221 0,143 0,096 3.2.3. Đánh giá đặc điểm nông sinh học của các tổ hợp lai Diallel Thí nghiệm đánh giá các tổ hợp lai đƣợc thực hiện trong 2 vụ (vụ Thu 2010 và vụ Xuân năm 2011), tại Viện Nghiên cứu Ngô, Đan Phƣợng, Hà Nội, đối chứng là 2 giống ngô lai thƣơng mại C919 và NK67. Thời gian sinh trƣởng của các THL thuộc nhóm trung ngày dao động 93,0 – 112 ngày tùy vào từng thời vụ và các THL khác nhau. Các THL có khả năng chống chịu sâu bệnh và chống đổ khá tốt tƣơng đƣơng với đối chứng C919 và NK67. Năng suất của các THL đƣợc ghi nhận có sự sai khác nhỏ nhất có ý nghĩa trong cả vụ Thu 2010 và vụ Xuân 2011. Các THL có năng suất cao đạt trên 80 tạ/ha là STL2 x STL29, STL6 x STL30, STL26 x STL28, STL26 x STL30, STL28 x STL31; 7 THL có năng suất thấp là STL2 x STL6 (56,5 tạ/ha), STL2 x STL19 (58,1 tạ/ha), STL2 x STL30 (58,6 tạ/ha), STL19 x STL30 (54,3 tạ/ha), STL29 x STL30 (58,3 tạ/ha), STL29 x STL31(58,1 tạ/ha), STL30 x STL31 (58,5 tạ/ha) đƣợc loại bỏ, 21 THL còn lại có năng suất cao (68,8 – 87,5 tạ/ha) đƣợc đƣa vào thí nghiệm đánh giá khả năng chịu mặn trong các vụ tiếp theo. 3.3. Đánh giá khả năng chịu mặn của các tổ hợp lai bằng phƣơng pháp nhân tạo 3.3.1. Đánh giá khả năng chịu mặn của các tổ hợp lai ở giai đoạn cây con bằng phƣơng pháp trồng trong dung dịch dƣỡng mặn Trên cơ sở kết quả đánh giá THL ở trên, 21 THL có đặc điểm hình thái tốt, năng suất cao đƣợc lựa chọn cùng với 3 giống ngô lai thƣơng mại làm đối 15 chứng là C919, NK67 và NK7328 cho thí nghiệm đánh giá khả năng chịu mặn ở giai đoạn cây con và đƣợc đặt tên theo mã từ STM1 đến STM24. Qua theo dõi cho thấy tất cả các THL đều có biểu hiện héo lá và giảm sinh trƣởng sau khi cấy chuyển vào dung dịch dƣỡng mặn, mức độ héo và giảm sinh trƣởng ở các nồng độ mặn của các THL là khác nhau. Không có THL nào bị chết sau 17 ngày trong dung dịch dƣỡng mặn 200 mM, nhƣng cây con của các THL STM15, STM16, STM17 và STM24 bị úa vàng, các lá phía dƣới bị cháy khô trong khi STM21 vẫn sinh trƣởng bình thƣờng và thân và lá vẫn còn xanh (Hình 3.7). Hình 3.7. Sinh trƣởng của một số THL sau 17 ngày trồng trong dung dịch dƣỡng ở nồng độ mặn 200 mM NaCl (S4) Các chỉ tiêu sinh trƣởng, chiều dài thân lá, chiều dài rễ, khối lƣợng cây con tƣơi và khô đều giảm trong môi trƣờng mặn, tuy nhiên mức giảm giữa THL là khác nhau. Trên cơ sở bảng phân loại đánh giá khả năng chịu mặn ở giai đoạn cây con của Faustino cho thấy trong số các THL tham gia thí nghiệm có 6 THL đƣợc đánh giá ở cấp độ 4 (mẫn cảm); 11 THL ở cấp độ 3 (chịu mặn trung bình); 6 THL ở cấp độ 2 (chịu mặn trung khá); 1 THL ở cấp độ 1 (chịu mặn tốt). 16 3.3.2. Đánh giá khả năng chịu mặn của các tổ hợp lai bằng phƣơng pháp trồng trong chậu Từ 24 THL thông qua thí nghiệm đánh giá khả năng chịu mặn ở giai đoạn cây con, 10 THL đƣợc đánh giá có khả năng chịu mặn tốt là STM1, STM2, STM3, STM5, STM10, STM12, STM13, STM19, STM21, STM22 tiếp tục đƣợc nghiên cứu và đánh giá khả năng chịu mặn bằng phƣơng pháp trồng trong chậu tại Viện Nghiên cứu Ngô trong vụ Thu 2013. Qua theo dõi cho thấy hầu hết các THL đều giảm sinh trƣởng khi trồng trong môi trƣờng đất mặn, mức độ giảm tỷ lệ thuận với nồng độ mặn, nhƣng mức độ giảm của các THL là khác nhau, trong đó STM2, STM7 và STM9 có khả năng chịu mặn tốt sinh trƣởng, phát triển bình thƣờng và giữ đƣợc bộ lá xanh bền và khỏe mạnh hơn các THL còn lại. Bảng 3.40. Ảnh hƣởng của độ mặn đến tỷ lệ Na+/K+ trong cây của các THL TT Tên THL 1 STM1 2 STM2 3 STM3 4 STM5 5 STM10 6 STM12 7 STM13 8 STM19 9 STM21 10 STM22 Trung bình Nhân tố TN LSD 0.05 CV% trong vụ Thu 2013 Tỷ lệ Na+/K+ trong cây S0 S1 S2 S3 Trung bình (0dS/m) (4dS/m) (8dS/m) (12dS/m) 0,099 0,364 0,872 1,936 0,818 0,101 0,281 0,605 1,488 0,619 0,113 0,314 0,701 1,629 0,689 0,101 0,332 0,889 1,974 0,824 0,106 0,295 0,620 1,477 0,624 0,093 0,341 0,819 1,817 0,768 0,098 0,282 0,525 1,453 0,589 0,101 0,332 0,855 2,215 0,876 0,098 0,282 0,525 1,425 0,582 0,093 0,341 0,819 1,817 0,768 0,101 0,316 0,723 1,723 0,716 THL Muối THL x Muối 0,089 0.056 0,177 15,3 17 Tỷ lệ Na+/K+ thể hiện khả năng chịu mặn của cây, các giống duy trì đƣợc khả năng hấp thụ ion K+, khả năng loại trừ ion Na+ tốt trong môi trƣờng mặn và có tỷ lệ Na+/K+ thấp là giống có khả năng sinh trƣởng, phát triển tốt trong môi trƣờng mặn hay giống có khả năng chịu mặn tốt. Trong số các THL tham gia thí nghiệm thì STM19 có tỷ lệ Na+/K+ trung bình cao nhất (0,876), tiếp đến là STM5 (0,824), trong khi STM21 có tỷ lệ trung bình thấp nhất (Bảng 3.40). Năng suất là yếu tố cuối cùng và quan trọng nhất quyết định khả năng chịu mặn đối với cây trồng. Qua thí nghiệm cho thấy năng suất hạt của ngô cũng bị tác động mạnh bởi độ mặn. Tuy nhiên, giá trị năng suất của các THL thể hiện khác nhau, STM1 có năng suất thấp nhất (94,3 g/cây), tiếp theo là STM19 (103,2 g/cây), STM21 có năng suất cao nhất (111,6 g/cây). Tỷ lệ giảm năng suất trung bình của các THL giữa công thức S0 và công thức S3 là 35,5% trong đó STM10, STM13, STM21 và STM22 thuộc nhóm THL có năng suất giảm ít (29,1 – 31,9%), STM1 và STM 19 đƣợc ghi nhận giảm năng suất nhiều nhất với trên 40% (Bảng 3.46). Bảng 3.46. Ảnh hƣởng của độ mặn đến năng suất hạt của các THL trong TT Tên THL 1 STM1 2 STM2 3 STM3 4 STM5 5 STM10 6 STM12 7 STM13 8 STM19 9 STM21 10 STM22 Trung bình Nhân tố TN LSD 0.05 CV% S0 (0dS/m) vụ Thu 2013 Năng suất hạt (g/cây) S1 S2 S3 (4dS/m) (8dS/m) (12dS/m) 117,5 126,9 130,7 130,0 123,4 122,6 123,5 129,2 132,8 124,9 126,3 THL 12,75 103,0 114,7 116,8 116,4 112,6 112,7 111,3 106,9 114,0 112,3 112,1 86,9 94,4 97,0 106,9 101,2 102,8 103,8 101,3 107,3 99,2 100,2 Muối 7,74 11,1 18 70,0 86,0 81,4 79,9 84,0 79,2 87,6 75,5 92,3 87,2 81,3 Tỷ lệ % giảm (S3 so S0) 40,5 94,3 32,2 105,5 37,7 106,5 38,5 108,3 31,9 105,3 35,4 104,3 29,1 106,6 41,6 103,2 30,5 111,6 30,1 105,9 105,0 35,5 THL x Muối 24,50 Trung bình