Bài giảng Chọn giống cây ngắn ngày - Chương 3: Chọn tạo giống ngô

a) và ngô nếp (Zea mays L. ssp. ceratina). Mỗi loài phụ có nhiều biến chủng khác nhau hình thành ở các địa phương, các dân tộc tạo nên sự đa dạng cao của các giống ngô địa phương. Nhập nội nguồn gen cũng đã tăng sự đa dạng của nguồn gen thụ phấn tự do, dòng, vật liệu tạo giống và giống ngô ưu thế lai ở Việt Nam (Vũ Văn Liết và cs, 2003, 2006, 2011). Bảng 3.4: Phân bố diện tích, năng suất và sản lượng ngô theo vùng năm 2011 Vùng Diện tích (tr.ha) Năng suất (t/ha) Sản lượng (tr.t) Châu Phi 35,5 1,9 65,0 Châu Mỹ 64,5 6,8 438,3 Châu Á 54,8 4,9 270,8 Châu Âu 16,4 6,5 166,4 Châu Đại Dương 0,8 6,7 5,8 Toàn cầu 170,3 5,1 883,4 (Nguồn FAOSTAT,2011) a. Đa dạng nguồn gen ngô toàn cầu sử dụng cho tạo giống Trung tâm cải tiến Ngô và Lúa mỳ Quốc tế (CIMMYT) thu thập trên 27.000 mẫu nguồn gen hạt gồm: giống bản địa (24.191 mẫu), họ hàng hoang dại của ngô, các dòng tạo giống, vốn gen, quần thể và giống. Các mẫu nguồn gen này thu thập từ 64 nước trên thế giới, chúng đại diện gần 90% đa dạng ngô ở Châu Mỹ (Wen và cs. 2011). Ngân hàng gen Bắc Kinh Trung Quốc thu thập và bảo tồn mẫu nguồn gen bản địa (~14,000). Ngân hàng gen Quốc gia Ấn Độ thu thập và bảo tồn khoảng 7500 mẫu nguồn gen ngô bản địa. Trung Tâm dự trữ nguyên liệu di truyền ngô của Mỹ thu thập và bảo tồn trên 80.000 mẫu nguồn gen đột biến. b. Đa dạng nguồn gen ngô bản địa Ngô bản địa đã không được bảo tồn như một nguồn vật liệu di truyền để cải tiến ngô Nguồn vật liệu ngô bản địa có thể mang những alen hữu ích sử dụng trong chọn tạo giống ngô tương lai. Ngô bản địa rất phong phú và thích nghi cao với điều kiện sinh thái và hệ thống canh tác của địa phương và thường là những quần thể dị hợp. Wellhausen và cs. (1952) lần đầu tiên hệ thống hóa và phân loại nguồn gen ngô Mexico thành 4 nhóm gồm: i) Nhóm tổ tiên bản địa; ii)Nhóm ngoại lai trước Columbian; iii)Nhóm thời cổ đại iv)Nhóm bắt đầu cải tiến. a. Rễ ngô • Rễ mầm – Rễ tạm thời: Giúp cây hút nước từ nảy mầm đến khi ngô được 4-5 lá. • Rễ đốt- Rễ phụ cố định: Là loại rễ chủ yếu cung cấp nước và dinh dưỡng trong suốt quá trình sống của cây. • Rễ chân kiềng: Mọc xung quanh các đốt trên mặt đất, nếu đâm vào đất phát triển rễ nhánh, rễ con và lông hút giống như rễ đốt. Rễ chân kiềng giữ vững cây. 3.4. Đặc điểm thực vật học của cây ngô b. Thân cây ngô • Thân ngô chia làm nhiều lóng, thân to, nhỏ, cao, thấp, nhiều hay ít đốt phụ thuộc vào giống. • Trung bình thân ngô cao 1,8-2m, đặc biệt có giống cao 7m nhưng cũng có giống cao 0,3-0,5m. • Số lóng biến động từ 8-20. c. Lá ngô • Lá mầm: Những lá ra đầu tiên được tạo thành khi cây còn nhỏ • Lá thân: Những lá có mầm nách ở kẽ chân lá • Lá ngọn: Những lá từ phía trên bắp cho đến ngọn cây • Lá bi: Những lá bao quanh bắp d. Hoa ngô  Hoa ngô thuộc loại đơn tính đồng chu  Hoa đực và bông cờ:  Chùm hoa đực được gọi là bông cờ nằm ở đỉnh cây.  Bông cờ gồm một trụ chính, trụ phân thành nhiều nhánh, nhánh phân thành nhiều nhánh nhỏ.  Hoa đực mọc thành gié, các gié mọc đối diện nhau trên nhánh.  Mỗi hoa đực ở phía ngoài cùng có 2 vỏ trấu hình bầu dục. Bên trong có 3 nhị, mỗi nhị có một bao phấn, mỗi bao phấn có 2 phòng, chứa 4000-5000 hạt phấn  Mỗi bông cờ có 15-20 triệu hạt phấn  Hoa cái và bắp ngô: • Hoa cái được hình thành từ chồi nách các lá, có 1-3 chồi giữa thân hình thành bắp • Hoa có cuống gồm nhiều đốt ngắn, mỗi đốt cắm một lá bi. • Trên trục đỉnh hoa cái (cùi, lõi ngô), hoa mọc từng đôi bông nhỏ, mỗi bông nhỏ có 2 hoa nhưng một hoa thoái hóa, một hoa tạo hạt. • Chính giữa và trên bầu hoa có núm và với vòi nhụy vươn dài thành râu ngô. • Trên râu có nhiều lông tơ và chất tiết ra làm cho hạt phấn bám vào và nảy mầm. Hoa cái và bắp ngô Bắp ngô gồm những bộ phận chính • Cuống bắp • Lõi bắp • Hạt ngô 3.5. Mục tiêu của chọn tạo giống ngô  Năng suất cao và chất lượng tốt  Chọn tạo giống chống chịu điều kiện bất thuận (hạn, ngập, mặn)  Chọn tạo giống chống chịu sâu, bệnh  Chọn tạo giống ngô chất lượng protein cao (QPM) Hướng phát triển ngô ở Việt Nam:  Tạo giống có năng suất cao, chất lượng tốt và ổn định.  Tạo giống chịu hạn, chống chịu sâu bệnh (bệnh đốm lá, thối cây, sâu đục thân,).  Chọn các giống chống đổ.  Tạo giống có lá đứng để trồng tăng mật độ.  Tạo các dòng tự phối có giá trị để sản xuất giống ngô lai.  Tạo giống ngô lai dài ngày, năng suất cao, thích hợp cho vùng trồng 2 vụ.  Tạo giống ngô thực phẩm như ngô đường, ngô nếp, ngô có hàm lượng protein cao.  Tạo giống ngô lấy hạt, khi thu hoạch thân, lá của cây còn xanh làm thức ăn cho gia súc. Mục tiêu chọn giống ngô dựa vào đặc điểm sinh học  Tạo các giống ngô hai bắp.  Tạo các giống ngô thấp cây.  Tạo các giống có lá cứng.  Tạo các giống ngô chín sớm.  Tạo các giống ngô chống chịu hạn, đổ và chống chịu một số sâu bệnh chính. 3.6. Di truyền một số đặc điểm và tính trạng 3.6.1. Di truyền một số tính trạng hình thái và năng suất Hình thái của ngô được điều khiển bởi đa gen. Chiều cao cây ngô có 10 QTL ảnh hưởng đến tính trạng này nằm trên 6 NST khác nhau. Hui và cs, 1994 nhận biết 30 QTL ảnh hưởng đến chiều cao đóng bắp ở ngô và có ảnh hướng và tương quan chặt với chiều cao cây. Di truyền thấp cây do gen lùn brachytic-2 (br2) điều khiển làm ngắn các lóng thân phía dưới vị trí đóng bắp 20 đến 30%. Có 5QTL ảnh hưởng đến các tính trạng của cờ và 9 QTL ảnh hưởng đến tính trạng của bắp ngô. Hình 3.4 Vị trí QTL liên quan đến năng suất trên NTS số 1, 5 và 9 (nguồn H. Rahman và cộng sự, 2011) 3.6.2. Di truyền tính trạng chất lượng Hình 3.5. Vị trí nhiễm sắc thể của gen zein khác nhau (nguồn: Gibbon và Larkin, 2005)  Di truyền hàm lượng dầu trong hạt như axít linoleic do một gen đơn điều khiển với allele lặn ln1 tạo ra hàm lượng axít lioleic cao.  Di truyền chất lượng của ngô nếp do đột biến Wx điều khiển hình thành nội nhũ sáp.  Ngô nếp ăn tươi một chỉ tiêu chất lượng quan trọng là vỏ hạt mỏng, có 33 QTL nhận biết của 5 tính trạng vỏ mỏng (UG,LG, UA,LA và đầu hạt).  Di truyền chất lượng của ngô đường với các đặc điểm là nội nhũ mịn, ngọt, có mùi thơm, do rất nhiều gen lặn điều khiển.  Ngô mang gen đột biến su1 và sh2 có nồng độ đường (sucrose) cao gấp 3 đến 8 lần ngô hoang dại 3.6.3. Di truyền tính trạng chống chịu điều kiện bất thuận Phân tích phối hợp vùng genome đã nhận biết các QTL nằm trên NST số 1,3,5,6, và 8 ảnh hưởng đến khả năng chịu hạn. Một QTL tính trạng mật độ rễ, khối lượng khô của rễ, tổng sinh khối, hàm lượng nước liên kết, hàm lương ABA trong lá trên nhiễm sắc thể số 1 và 7. Ba yếu tố ảnh hưởng đến chịu ngập đã được công bố là: (1) khả năng sinh trưởng của rễ bất định trên bề mặt đất trong thời gian ngập; (2) khả năng hình thành rễ hảo khí; và (3) chịu độc tố (như Fe2+, H2S) dưới điều kiện ngập nước. Tính trạng chịu lạnh và sức sống khỏe đều có di truyền số lượng và phức tạp vì vậy có khó khăn trong tạo giống. Hiện nay nhận biết 9 QTL chịu lạnh và 6 QTL cho sức sống khỏe giai đoạn đầu. 3.6.4. Di truyền tính trạng kháng bệnh Bảng 3.6 Những nghiên cứu đã xuất bản sử dụng phân tích vị trí và locus kháng bệnh trên NST ngô Bệnh Vi sinh vật Phương pháp phân tích Cỡ/loại quần thế Vật liệu di truyền Z ( germplasm) Đốm lá lớn (Northern corn leaf blight) Exserohilum turcicum SIM 121 F2:3 B52 x Mo17 SIM 150 F2:3 B52 x Mo17 CIM 220 F3 D32 x D145 SIM 230 F2:3 Z3 x P138 CIM 194 F2:3 Lo951 x CML 202 CIM 194 F2:3 Lo951 x CML 202 CIM 196 F3:4 Đất cao x Đất thấp CIM 157 F2:3 IL731a x W6786 LA 4/cặp NIL, 95 F2 DF20 x LH146Ht LA n/a, BC1 W22Hm1 x A619 Ht1 LA Một số NIL,124F2 A619 Ht2 x W64A Đốm lá ngô (Northern corn leaf spot) Cochliobolus carbonum R.R. Nelson LA 60 BC1 (K61 x Pr1)xPr1 LA n/a n/a Đốm xám lá Gray leaf spot Cercospora sorghi Ellis & Everh CIM 230 F2 Propietary F2 SIM 239F2:3 Va14 x B73 SIM 139 F2:3 ADENT x B73rhm CIM 301 BC1S1 FR1141 x 061 CIM 100F2:4 VO613Y x Pa405 Bảng 3.6 Những nghiên cứu đã xuất bản sử dụng phân tích vị trí và locus kháng bệnh trên NST ngô (tiếp) Bệnh Vi sinh vật Phương pháp phân tích Cỡ/loại quần thế Vật liệu di truyền Z ( germplasm) Đốm lá nhỏ Southern corn leaf bligh Cochliobolus heterostrophu s (Drechs.) ANOVA 139F2:3 ADENT x B73rhm CIM 192 RIL B73 x Mo17 CIM 196F2:4 Dòng thuần đất cao x đất thấp LA 102 F2:3 RH95rhm x B73 Gỉ sắt miền Nam Rust, southern corn Puccinia polysora nderw. CIM 196 F3:4 Dòng thuần đất cao x đất thấp ANOVA 165 | F2 Z-95 × Z-93 ANOVA 140 | F2:3 (B73Ht × Mo17Ht) × 1416-1 LA n/a n/a Gỉ sắt Common rust Puccinia sorghi CIM 280 | F3 KW1265 × D146 CIM 157 | F2:3 IL731a × W6786 ANOVA and MR 178 | RIL (BS11(Fr)C7) × FrMo17 LA 3,450 | TC (Rp1-G R168 × Rp5 R168) × Oh43 and H95 LA 427 | TC rp3/rp3 line × Rp3-D R168 (see publication) NA n/a n/a Bệnh mốc sương (Downy mildews) Peronoscleros pora ANOVA 94 | RIL G62 × G58 CIM 135 | RIL Ki3 × CML139 Bảng 3.6 Những nghiên cứu đã xuất bản sử dụng phân tích vị trí và locus kháng bệnh trên NST ngô (tiếp) Bệnh Vi sinh vật Phương pháp phân tích Cỡ/loại quần thế Vật liệu di truyền Z ( germplasm) Bệnh ung thư ngô(Commo n smut) Ustilago maydis CIM 280 | F3 KW1265 × D146 ANOVA 178 | RIL (BS11(Fr)C7) × FrMo17 Bệnh nấm thối thân và bắp (Ear and stalk rots) Fusarium moniliforme CIM 238 and 206 | F2 B.P.R.L. BA90 39-1-2-2-3 × Pob.800C5 HC37-2-1-1-2-B Aspergillus flavus ANOVA 217 | BC1S1; 265 | TC B73 × Oh516; LH185 Gibberella zeae Hồi quy 112 | F3 B89 × 33-16 Colletotrichum graminicola CIM 49 and 231 | F2; 158 and 151 | F3 DE811ASR × DE811; DE811ASR × LH13 Bệnh nấm cúc (mốc) Aflatoxin Aspergillus flavus CIM 210 | F2:3 Mp313E × B73 ANOVA 217 | BC1S1 B73 × Oh516 Bảng 3.6 Những nghiên cứu đã xuất bản sử dụng phân tích vị trí và locus kháng bệnh trên NST ngô (tiếp) Bệnh Vi sinh vật Phương pháp phân tích Cỡ/loại quần thế Vật liệu di truyền Z ( germplasm) Virus xoăn lùn (Stewart’s wilt Viral diseasese) Erwinia stewartii MSV CIM 157 | F2:3 IL731a × W6786 ANOVA 87 | RIL Tzi4 × Hi34 SIM 65 | F2:3 D211 × B73 CIM 91 | F2:3 B73 × CIRAD390 SIM 7 | RIL T Tzi4 × Hi34 CIM 96 | F2:3 Lo951 × CML202 SMV CIM 121 | F3 F7 × FAP1306A CIM 19 | F3 D32 × D145 MMV ANOVA and SIM 91 | RIL Hi31 × Ki14 MCDV ANOVA and CIM 316 | F2 Oh1V1 × Va35 WSMV ANOVA 129 | RIL B73 × Mo17 LA 100 | F2 Pa405 × Oh28 MDMV LA 1,488 | BC1; 187 | F2; 669 | F2:3 Pa405 × yM14; polB73 × Pa405 R-gene analogs n/a LA Several (see publication) Several (see publication) LA 4 | RIL; 84 | F2:3 B73 × Mo17; D32 × D145 3.7. Chọn tạo giống ngô thụ phấn tự do 3.7.1. Chọn lọc cải tiến quần thể Cải tiến giống ngô (Zea mays L.) gồm hình thành, đánh giá, chọn lọc và tái tổ hợp các gia đình hoặc dòng tự phối, bởi vì giống mới phải tổ hợp được nhiều tính trạng mong muốn. Những phương pháp chọn lọc cải tiến quần thể ngô đã được trình bày trong phần chọn giống đại cương bao gồm: 1.Chọn lọc hỗn hợp (Mass selection) 2.Chọn lọc bắp trên hàng (Ear to row selection) 3.Chọn lọc bắp trên hàng cải tiến (modified ear-to-row selection) 4.Chọn lọc half-sib 5.Chọn lọc half-sib dựa trên con cái lai thử (half-sib with inbred tester) 6.Chọn lọc full-sib 7.Chọn lọc full-sib thuận nghịch (reciprocal full-sib) 8.Chọn lọc con cái S1, S2 (S1-progeny, S2-progeny)  Các phương pháp chọn lọc trên được cải tiến và phát triển thêm để chọn lọc đối với các quần thể và tính trạng khác nhau. Tuy nhiên theo A.E. Melchinger, 2006, các phương pháp chọn lọc chu kỳ (RS) trình bày trên là một quá trình theo chu kỳ gồm ba pha chính là: (i)Phát triển con cái, (ii)Đánh giá con cái và (iii)Tái tổ hợp những con cái được chọn như hình sau Hình 3.6 Mô hình chọn lọc chu kỳ tổng quát của Backer,1993 Hình 3.7 Sơ đồ chọn lọc Full-sib chu kỳ cải tiến của C. Flachenecker, M. Frisch, K.C.Falke, A.E. Melchinger, 2006 ) Hình 3.8 Sơ đồ chọn lọc MABC tổng quát thực hiện tại CIMMYT (nguồn Jean-Marcel Ribaut và cs, 2007) 3.7.2. Tạo giống ngô tổng hợp (Thụ phấn tự do) 1. Chọn 8-10 gia đình tốt nhất từ chương trình chọn lọc chu kỳ. Hạt của các gia đình ưu tú này còn lại đang cất trữ tạo lai diallel cây với cây để hình thành nên OPV. 2. Lai diallel giữa 10 hoặc ít hơn 10 kiểu gen dễ thực hiện và tái hợp hoàn chỉnh hơn giảm thểu cận phối. 3. Trong một khối lai nếu một gia đình có cây khác với các cây trong gia đình ở bất kỳ giai đoạn sinh trưởng và phát triển nào của chúng có thể loại bỏ trước hoặc sau thụ phấn. Các cây khác trong gia đình thụ phấn bằng cây không mong muốn đó cũng phải loại bỏ 4. Các OPV có thể phát triển bằng tái tổ hợp các dòng tự phối ưu tú từ các quần thể không trong chương trình chọn lọc cải tiến. 5. Giống TPTD có thể bằng lai giữa 4 đến 5 giống lai đơn, lai ba và lai kép, nhưng giống lai đó phải là giống lai giữa các dòng tự phối. 6. Hạt F1 nên nhân sang F2 thụ phấn bằng tay và sử dụng một trong 2 phương pháp sau để cung cấp đủ hạt cho đánh giá và duy trì OPV và giảm bắt ảnh hưởng ưu thế lai (hình 3.6). Hình 3.6 Tạo giống và nhận được hạt F2 từ chương trình chọn lọc chu kỳ (nguồn CIMMYT,1999) a. Quy trình chọn lọc hỗn hợp đơn giản:  Bước 1: Gieo trồng quần thể nền (2000 cây), đánh giá các cá thể trong quần thể đối với tính trạng cần cải tiến; chọn 200 cây tốt (10%) để thu bắp.  Bước 2: Thu hoạch một lượng hạt bằng nhau từ 200 cây được chọn, trồng trong điều kiện cách ly và cho giao phối với nhau.  Bước 3: Lặp lại bước 1 & 2, nhiều chu kỳ. - Chọn lọc sau thụ phấn- kiểu hình cây mẹ - Chọn lọc trước thụ phấn- chọn cả bố lẫn mẹ b. Chọn lọc hỗn hợp cải tiến (Stratified Selection) Do Gardner đề xuất (1961) để giảm biến động do sự không đồng nhất về đất đai.  Vụ 1:  Gieo 7.500 đến 10.000 cây, mật độ thưa để dễ phân biệt hình của các cá thể.  Trồng cách ly để tránh lẫn tạp sinh học.  Chia ruộng chọn lọc thành những ô nhỏ có diện tích tương đương nhau (khoảng 60-100 ô).  Các vụ sau:  Mỗi vụ chọn ra những cây tốt nhất, chiếm khoảng 15- 20% số cây trong quần thể.  Cường độ chọn lọc phụ thuộc vào loài cây. Ví dụ ở ngô, cường độ chọn lọc là 5% như vậy số bắp chọn ở mỗi ô là 5 bắp (mỗi ô 100 cây).  Hạt được hỗn hợp lại gieo để chọn lọc cho chu kỳ sau (mỗi vụ là 1 chu kỳ).  Một phần hạt của mỗi chu kỳ được trồng so sánh với các chu kỳ trước để thấy được hiệu quả chọn lọc. Sơ đồ chọn lọc hỗn hợp cải tiến c. Phương pháp chọn lọc chu kỳ  Khái niệm: Chọn lọc chu kỳ là quy trình chọn lọc nhằm tăng tần số gen trong quần thể, lặp lại theo chu kỳ, duy trì các biến dị di truyền trong các chu kỳ chọn lọc.  Các bƣớc trong 1 chu kỳ chọn lọc: - Chọn cá thể - Đánh giá - Giao phối cá thể đƣợc chọn để tạo quần thể cho chu kỳ mới (tái tổ hợp). Sơ đồ chọn lọc chu kỳ d. Chọn lọc chu kỳ gia đình half- sib (HS) • Quy trình chọn lọc chu kỳ gia đình half-sib (HS) A x B X A x C Y • X và Y là half- sib hay anh em nửa máu (cùng mẹ khác cha) • Có nhiều phƣơng thức chọn lọc gia đình nửa máu, đƣợc phân biệt bởi: - Vật liệu thử - Mức độ kiểm soát bố mẹ - Cách sử dụng hạt cho giao phối để tái thiết quần thể mới. e. Phương pháp bắp theo hàng f. Phương pháp bắp trên hàng cải tiến Vụ 1: Chọn cây tốt dựa vào kiểu hình Vụ 2: Gieo 1 phần hạt thu hoạch thành hàng con cái ở 3 điểm để đánh giá năng suất thế hệ con cùng đối chứng. Vụ 3: Tại điểm chọn lọc, 1 phần hạt đƣợc gieo thành 2 dãy hàng trong khu cách ly: - Dãy hàng mẹ: hạt của mỗi 1 cá thể đƣợc gieo riêng - Dãy hàng bố: Hỗn hợp số hạt bằng nhau từ mỗi cá thể đã chọn - Dãy hàng mẹ đƣợc thụ phấn từ hàng bố. f. Chọn lọc nửa máu (half-sib) dựa vào năng suất con cái  Vụ thứ 1: Chọn lọc 50-100 cây từ quần thể ban đầu. Thu hạt riêng từng cây và bảo quản hạt.  Vụ thứ 2: Chia đôi số hạt thu đƣợc, một nửa hạt đem dự trữ, nửa khác đem gieo ở khu cách ly để đánh giá năng suất con cái của cây đƣợc chọn từ vụ thứ nhất.  Vụ thứ 3: Quần thể đƣợc tái hợp:  Từ số hạt (bằng nhau) của 5 đến 10 con cái đã đựơc đánh giá là tốt nhất (về năng suất) tại ruộng thử nghiệm trong vụ thứ 2.  Từ hạt dự trữ của 5-10 dòng đƣợc đánh giá là tốt thông qua kết quả thử nghiệm năng suất ở vụ thứ 2.  Hai quần thể trên trồng trong khu cách ly cho chúng tự do phát triển để hình thành quần thể mới. Hạt thu hoạch ở vụ 3 có thể sử dụng theo 3 hƣớng chính: + Giống tự do thụ phấn mới + Trồng làm quần thể cho chu kỳ chọn lọc tiếp theo + Trồng làm quần thể tự phối cho chƣơng trình tạo giống ƣu thế lai g. Chọn lọc nửa máu (half-sib) dựa vào năng suất con lai thử h. Chọn lọc chu kỳ gia đình full-sib A x B K, M, L C x D X, Y, Z K, M, L là một gia đình full-sib (cả máu) X, Y, Z là gia đình full-sib (cả máu) i. Chọn lọc gia đình tự phối g.Chọn lọc chu kỳ theo khả năng kết hợp chung  Ở phƣơng pháp này những cây chọn từ quần thể khởi đầu đƣợc tự phối, đồng thời lai với giống dị hợp là vật liệu thử.  Nếu 2 thao tác không thể tiến hành trên 1 cây thì lấy 1 phần hạt tự phối gieo thành S1 ở năm sau lai với vật liệu thử.  Ở vụ sau các cây đƣợc đánh giá về năng suất và các tính trạng cần cải tiến, cá thể tốt nhất đƣợc chọn lọc.  Hạt tự phối dự trữ đƣợc sử dụng để tạo quần thể mới cho chu kỳ chọn tiếp theo. k. Chọn lọc chu kỳ theo khả năng kết hợp riêng Khác với phƣơng pháp chọn lọc chu kỳ theo khả năng phối hợp chung, vật liệu thử là dòng tự phối. Quy trình:  Vụ 1: Cây tự thụ đƣợc chọn, đồng thời lai với các cây làm vật liệu thử trong quần thể khác.  Vụ 2: Đánh giá năng suất của con lai thử, tốt nhất bằng thí nghiệm lặp lại ở ít nhất 2 điểm trong điều kiện cách ly, chọn lọc gia đình HS ƣu việt.  Vụ 3: Gieo hạt tự phối của các gia đình đƣợc chọn và cho giao phối để tạo ra quần thể chu kỳ 1.  Vụ 4-6: Tiến hành chu kỳ thứ 2, lặp lại nhƣ từ năm 1-3 cho mỗi chu kỳ. Bước 1: Thu thập nguồn vật liệu di truyền Thu thập nguồn vật liệu di truyền phục vụ chọn tạo giống ngô ưu thế lai bao gồm: giống thụ phấn tự do, giống lai thương mại, dòng tạo giống, dòng thuần. Nguồn vật liệu đáp ứng cho mục tiêu tạo giống cụ thể như năng suất, chất lượng, chống chịu và xa nhau về di truyền. Nguồn gen ngô địa phương có giá trị làm nguồn vật liệu tự phối, Các giống ngô địa phương thụ phấn tự do rất có giá trị để phát triển dòng thuần trong chương trình tạo giống ngô ưu thế lai. 3.8. Chọn giống ngô ưu thế lai  Tạo giống ưu thế lai ở ngô trên cơ sở  Phát triển dòng thuần bằng tự phối 7 đến 8 thế hệ  Đánh giá khả năng kết hợp (KNKH)  Cuối cùng sản xuất hạt lai thương mại (Hallauer và cs., 1988).  Nhìn chung chọn tạo giống ngô ưu thế lai chi tiết hơn trên cơ sở qua 5 bước sau: 1. Thu thập nguồn vật liệu di truyền 2. Phát triển dòng thuần 3. Thử khả năng kết hợp 4. Đánh giá tổ hợp lai 5. Nghiên cứu kỹ thuật sản xuất hạt lai Bước 2: Phát triển dòng thuần •Phát triển dòng thuần tiêu chuẩn bằng tự thụ phấn cưỡng bức Hình 3.10. Sơ đồ các bước tạo giống đã sử dụng để phát triển hai dòng ngô thuần ND2005 và ND2006 (nguồn Carena và cs,2009) •Phát triển dòng thuần đơn bội kép (DH) bằng nuôi cấy bao phấn (in vitro) Hình 3.11 Sơ đồ quá trình tạo dòng DH bằng nuôi cấy bao phấn (nguồn Ingrid E. Aulinger, 2002) •Phát triển dòng thuần đơn bội kép bằng kích tạo đơn bội (in vivo) Hình 3.12 Sơ đồ kích tạo đơn bội In vivo ở ngô (nguồn Andrés Gordillo và cs, 2010) Hình 3.13 Marker nhận biết hạt đơn bội (nguồn Andrés Gordillo và cs, 2010) Bao cờ, bao bắp tạo dòng tự phối Bước 3: Thử KNKH chung và KNKH riêng • Khả năng kết hợp là khả năng của một dòng tự phối khi lai với dòng khác (giống khác) tạo ra thế hệ con có năng suất cao. • Khả năng kết hợp chung (KNKHC)- khả năng cho ưu thế lai của một dòng tự phối với các dòng khác, được đo bằng năng suất trung bình của tất cả các tổ hợp mà dòng đó tham gia. • Khả năng kết hợp riêng (KNKHR)- khả năng cho ưu thế lai của một dòng tự phối khi đem lai với một dòng cụ thể khác. KNKHR được đo bằng độ lệch năng suất được dự đoán thông qua KNKHC. • Kiểm tra KNKHC của các dòng tự phối bằng tester. Có thể dùng 1-3 tester để xác định dòng có KHKH tốt. • Lai kiểm tra các dòng tự phối có KNKHC cao với nhau để kiểm tra KNKHR để tìm ra tổ hợp có năng suất cao nhất • Dùng các dòng tự phối để tạo các giống: - Lai đơn - Lai ba - Lai kép - Giống lai quần thể (hỗn hợp các dòng, lai đơn, lai kép) Thử KNKH chung các dòng tự phối 1 2 Vật liệu thử (Tester) 3 4 5 . n Thử KNKH riêng • Sau khi thử KNKH chung, các dòng có KNKH chung cao nhất được tiến hành thử KNKH riêng giữa các dòng tự phối ưu tú với nhau để xác định tổ hợp có năng suất vượt trội (ưu thế lai cao nhất). • Thử KNKH riêng được tiến hành theo sơ đồ lai diallen do Griffing đề xuất và xây dựng mô hình phân tích. • Trong nghiên cứu di truyền số lượng và thực tế tạo giống người ta áp dụng 4 sơ đồ lai diallen sau đây: • Sơ đồ 1: Gồm lai thuận, lai nghịch kết hợp tự phối, N= n2 • Sơ đồ 2: Lai một chiều kết hợp tự phối, N = n(n+1)/2 • Sơ đồ 3: Lai thuận nghịch không có tự phối, N = n(n-1) • Sơ đồ 4: Không có lai nghịch và tự phối, N= n(n-1)/2 Sơ đồ 1: Lai thuận nghịch và tự phối, N= n2 = 52 =25 k i 1 2 3 4 5 1 1 x 1 1 x 2 1 x 3 1 x 4 1 x 5 2 2 x 1 2 x 2 2 x 3 2 x 4 2 x 5 3 3 x 1 3 x 2 3 x 3 3 x 4 3 x 5 4 4 x 1 4 x 2 4 x 3 4 x 4 4 x 5 5 5 x 1 5 x 2 5 x 3 5 x 4 5 x 5 Sơ đồ 2: Lai thuận và tự phối, N= n(n+1)/2 = 5x6/2 =15, k i 1 2 3 4 5 1 1 x 1 2 2 x 1 2 x 2 3 3 x 1 3 x 2 3 x 3 4 4 x 1 4 x 2 4 x 3 4 x 4 5 5 x 1 5 x 2 5 x 3 5 x 4 5 x 5 Sơ đồ 3: Lai thuận nghịch, không có tự phối N= n(n-1) = 5x4 =20 k i 1 2 3 4 5 1 1 x 2 1 x 3 1 x 4 1 x 5 2 2 x 1 2 x 3 2 x 4 2 x 5 3 3 x 1 3 x 2 3 x 4 3 x 5 4 4 x 1 4 x 2 4 x 3 4 x 5 5 5 x 1 5 x 2 5 x 3 5 x 4 Sơ đồ 4: Lai thuận, không có tự phối N= n(n-1)/2 = 5x4/2 =10 k i 1 2 3 4 5 1 2 2 x 1 3 3 x 1 3 x 2 4 4 x 1 4 x 2 4 x 3 5 5 x 1 5 x 2 5 x 3 5 x 4 Bước 4: Đánh giá con lai • Thời gian sinh trưởng • Sinh trưởng của cây (chiều cao cây/sức sống), • Thích hợp với thổ nhưỡng/vùng nào; • Độ đồng đều cây, bộ lá; màu lá lá tới khi thu hoạch; • Mật độ trồng, • Chiều cao đóng bắp; chiều dài trung bình bắp; Đồng đều bắp, đóng hạt; độ sâu cay lõi • Số hàng hạt/ bắp; số hạt/ hàng; Trọng lượng 1000 hạt; màu hạt; • Năng suất thực thu • Lá bi bao bắp, • Khả năng chống chịu sâu bệnh/hạn, • Đánh giá đổ ngã; • Thị hiếu của nông dân và của thị trường. 3.9. Chọn tạo giống ngô cho mục tiêu đặc thù 3.9.1. Chọn tạo giống ngô chất lượng protein cao (QPM) Bảng 3.8 Hai Phương pháp tiếp cận chọn tạo giống ngô QPM Tiếp cận Truyền thống Phân tử Phương pháp tạo giống Sự cải tiến Non-QPM thành QPM bằng lai trở lại +Phương pháp phả hệ Non-QPM x QPM +Phương pháp phả hệ QPM x QPM Thành phần Vật liệu non –QPM ưu tú Vật liệu cho (donor) QPM tốt Các tester chuẩn cho khả năng đánh giá kết hợp Các marker phân tử Bước 1 Nhận biết o2o2 (xác định chất lượng) và nội nhũ cứng Công cụ Bảng sáng Marker phân tử và hộp sáng Bước 2 Xác định lysine và triptophan và protein (xác định số lượng) Công cụ Phòng thí nghiệm hoá sinh Bảng 3.9 Quá trình chọn tạo giống ngô QPM (Vivek và cs,2008) Vụ Thế hệ Vật liệu đến cây Hướng dẫn 1 F1(BC0F1) Nếu sử dụng dòng N tự phối làm cây cho: +Trồng 1 hàng (17-26 cây) của dòng donor QPM gọi là dòng (Q) +Trồng 20 hàng ngô thường giao phấn OPV gọi là dòng (N)(ít nhất 250 cây)  Hỗn hợp của 75 cây dòng N thụ cho 5 cây dòng Q đến nhân được F1.  Bẻ cờ các cây dòng N mà đã lấy phấn để hỗn hợp để thụ 2 lần cho 5 cây dòng Q  Sử dụng ít nhất 200 cây dòng N trong quá trình này  Thu hoạch chọn lọc ít nhất 10 bắp F1  Hỗn hợp hạt F1 hình thành từng gia đình F1(BC0F1) Nếu sử dụng donor là giống giao phấn +Trồng 20 hàng (ít nhất 250 cây)của dòng N thụ phấn tự do và 20 hàng (ít nhất 250 cây )dòng QPM donor  Hỗn hợp phấn của 75 cây donor (OPV) thụ cho 75 cây dòng N tạo hạt F1,khử cờ các cây donor đã thụ phấn ,lặp lại quá trình thu phấn hỗn hợp phấn và thụ phấn 2 lần nữa.  Sử dụng 200 cây OPV lấy lại nền di truyền và 200 cây donor OPV trong quá trình này  Thu hoạch và chọn lọc ít nhất 20 bắp F1 từ các bắp này hỗn hợp hạt F1 để tạo các gia đình Bảng 3.9 Quá trình chọn tạo giống ngô QPM (Tiếp) Vụ Thế hệ Vật liệu đến cây Hướng dẫn Vụ 2 Chủ yếu tiến bộ đến F2(BC0F2) Trồng 15 hàng (