HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

PHẠM QUANG TUÂN

NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN NGUỒN VẬT LIỆU PHỤC VỤ
CHỌN TẠO GIỐNG NGÔ NẾP LAI CHẤT LƯỢNG CAO
VÀ GIÀU HÀM LƯỢNG ANTHOCYANIN

LUẬN ÁN TIẾN SĨ

NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP - 2019


MỤC LỤC
Lời cam đoan

i

Lời cảm ơn

ii

Mục lục

iii

Danh mục viết tắt

vi

Danh mục bảng

vii

Danh mục hình

xi

Trích yếu luận án

xiii

Thesis abstract

xv

Phần 1. Mở đầu

1

1.1.

Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu

1

1.2.

Mục tiêu nghiên cứu

3


1.3.

Đối tượng, phạm vi nghiên cứu

3

1.4.

Những đóng góp mới của luận án

4

1.5.

Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài

4

Phần 2. Tổng quan tài liệu

6

2.1.

Nguồn gốc, phân loại và đặc điểm ngô nếp

6

2.1.1.


Nguồn gốc cây ngô và ngô nếp

6

2.1.2.

Phân loại thực vật của ngô và ngô nếp

7

2.1.3.

Đặc điểm thực vật của ngô và ngô nếp

8

2.2.

Sản xuất ngô nếp trên thế giới và việt nam

8

2.3.

Đa dạng di truyền nguồn gen ngô và ngô nếp

10

2.3.1.


Đa dạng nguồn gen cây ngô

10

2.3.2.

Đa dạng di truyền nguồn gen ngô nếp

13

2.3.3.

Đa dạng di truyền nguồn gen ngô nếp ở Việt Nam

16

2.4.

Nghiên cứu di truyền tính trạng ở ngô nếp

18

2.4.1.

Di truyền tính trạng nội nhũ sáp (Wx)

18

2.4.2.


Di truyền tính trạng chất lượng

21

2.4.3.

Di truyền các hoạt chất ở ngô nếp tím

22

2.4.4.

Cải tiến chất lượng ngô nếp

25

2.5.

Nghiên cứu phát triển dòng thuần ngô nếp

27

iii


2.5.1.

Phát triển dòng thuần ngô bằng phương pháp tự thụ cưỡng bức


27

2.5.2.

Phát triển dòng thuần ngô bằng phương pháp chọn lọc phả hệ

28

2.5.3.

Thành tựu phát triển dòng thuần ngô trên thế giới

30

2.5.4.

Phát triển dòng thuần ngô nếp tại Việt Nam

30

2.6.

Nghiên cứu khả năng kết hợp chọn tạo giống ngô nếp lai

31

2.6.1.

Nghiên cứu khả năng kết hợp chung


32

2.6.2.

Nghiên cứu khả năng kết hợp riêng

34

2.7.

Thành tựu chọn tạo giống ngô nếp trên thế giới và Việt Nam

36

2.7.1.

Thành tựu chọn tạo giống ngô nếp trên thế giới

36

2.7.2.

Thành tựu chọn tạo giống ngô nếp tại Việt Nam

37

2.7.3.

Thành tựu chọn tạo giống ngô nếp tím giàu anthocyanin


38

Phần 3. Vật liệu, nội dung và phương pháp nghiên cứu

40

3.1.

Vật liệu nghiên cứu

40

3.2.

Nội dung nghiên cứu

41

3.3.

Trình tự thực hiện các thí nghiệm trong nội dung nghiên cứu

41

3.3.1.

Nội dung và trình tự thực hiện các thí nghiệm nghiên cứu

41


3.3.3.

Tóm tắt quá trình thực hiện các nội dung nghiên cứu của đề tài

43

3.4.

Phương pháp nghiên cứu

44

3.4.1.

Phương pháp nghiên cứu dùng cho các thí nghiệm đồng ruộng

44

3.4.2.

Các phương pháp thí nghiệm áp dụng cho các thí nghiệm trong phòng

47

3.4.3.

Các chỉ tiêu theo dõi thí nghiệm

52


3.4.4.

Phân tích kết quả thí nghiệm

53

Phần 4. Kết quả và thảo luận

54

4.1.

Đánh giá, sàng lọc nguồn vật liệu ngô nếp

54

4.1.1.

Đánh giá sàng lọc 56 dòng tự phối ngô nếp nghiên cứu dựa trên kiểu hình

54

4.1.2.

Đánh giá độ mỏng vỏ hạt của 56 dòng ngô thí nghiệm bằng chỉ thị phân
tử SSR vụ Xuân 2015 tại Gia Lâm - Hà Nội

4.1.3.

65


Đánh giá đa dạng di truyền của 56 dòng ngô thí nghiệm sử dụng chỉ thị
phân tử SSR

66

4.1.4.

Kết quả chọn lọc các dòng ngô nếp tím ưu tú

69

4.2.

Đánh giá khả năng kết hợp chung (GCA) của các dòng ngô thí nghiệm

71

4.2.1.

Kết quả thí nghiệm lai tạo tổ hợp lai đỉnh

71

iv


4.2.2.

Đánh giá khả năng kết hợp chung của 18 dòng ngô nếp tím ưu tú


71

4.3.

phát triển dòng ngô nếp thuần

80

4.3.1.

Phát triển dòng thuần bằng phương pháp thụ phấn cưỡng bức

81

4.3.2.

Phát triển dòng thuần bằng phương pháp lai trở lại và thụ phấn cưỡng bức

94

4.4.

Đánh giá khả năng kết hợp riêng (SCA) của các dòng thuần tự phối ưu tú
và chọn lọc tổ hợp lai triển vọng

101

4.4.1.


Kết quả lai tạo tổ hợp lai

101

4.4.2.

Đánh giá khả năng kết hợp riêng của 9 dòng ngô nếp ưu tú

101

4.4.3.

Đánh giá độ mỏng vỏ hạt của 15 THL ngô nếp ưu tú bằng chỉ thị phân tử SSR 114

4.4.4.

Đánh giá so sánh 15 tổ hợp lai ngô nếp ưu tú tại Gia Lâm, Hà Nội

116

4.5.

Thử nghiệm các tổ hợp lai một số vùng sinh thái

123

4.5.1.

Thời gian sinh trưởng của các tổ hợp lai ngô nếp vụ Thu Đông 2017 và
Xuân năm 2018 tại một số vùng sinh thái


4.5.2.

Các đặc điểm nông sinh học của các tổ hợp lai ngô nếp vụ Thu Đông
2017 và Xuân năm 2018 tại một số vùng sinh thái

4.5.3.

128

Một số chỉ tiêu chất lượng của các THL vụ Thu Đông và Xuân tại một số
vùng sinh thái

4.5.6.

127

Các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của các THL vụ Thu Đông
2017 và Xuân2018 tại một số vùng sinh thái

4.5.5.

125

Khả năng chống chịu đồng ruộng và các yếu tố cấu thành năng suất của
các THL vụ Thu Đông 2017 và Xuân năm 2018 tại một số vùng sinh thái

4.4.4.

123


131

Một số chỉ tiêu đánh giá chất lượng định lượng của các THL vụ Xuân và
Thu Đông tại một số vùng sinh thái

132

Phần 5. Kết luận và đề nghị

135

5.1.

Kết luận

135

5.2.

Đề nghị

136

Các công trình đã công bố có liên quan đến luận án

137

Tài liệu tham khảo


138

Phụ lục

149

v


DANH MỤC VIẾT TẮT
Chữ và ký hiệu

Nghĩa tiếng Việt

viết tắt trong các
bảng
CDB

Chiều dài bắp

ĐK

Đường kính

ĐR

Đồng ruộng

DT


Diện tích

DVH

Độ dày vỏ hạt

GN

Giống nếp

KNKH

Khả năng kết hợp

NC& PTCT

Nghiên cứu và Phát triển cây trồng

NS

Năng suất

NSBT

Năng suất bắp tươi

NSLT

Năng suất lý thuyết


NSTT

Năng suất thực thu

T/ha

Tấn/ha

PIC

Polymorphic information content (Giá trị thông tin đa hình)

PR

Phun râu

SH/H

Số hạt /hàng

SHH

Số hàng hạt

SL

Sản lượng

STT


Số thứ tự

TB

Trung bình

TCN

Tiêu chuẩn ngành

TĐ

Thu Đông

TGST

Thời gian sinh trưởng

THL

Tổ hợp lai

TP

Tung phấn

X

Vụ Xuân


ns

Không sai khác so với đối chứng

-

Thấp hơn đối chứng

+

Sai khác so với đối chứng ở mức ý nghĩa 95%

++

Sai khác so với đối chứng ở mức ý nghĩa 99%

vi


DANH MỤC BẢNG
STT

Tên bảng

Trang

3.1.

Danh sách các vật liệu ngô sử dụng trong nghiên cứu


40

3.2.

Các thí nghiệm, thời vụ thực hiện

42

3.3.

Các mồi được sử dụng trong thí nghiệm đánh giá đa dạng di truyền bằng
chỉ thị phân tử SSR

48

3.4.

Tên mồi phân tích các chỉ tiêu chất lượng của ngô nếp

50

3.5.

Trình tự mồi thí nghiệm đánh giá chất lượng sử dụng chỉ thị phân tử DNAError! Bookmark not defi

3.8.

Thang điểm đánh giá một số chỉ tiêu chất lượng nếm thử ngô nếp

51


3.9.

Xác định các tính trạng vỏ hạt và cấu trúc hạt

52

3.1.

Các giai đoạn sinh trưởng, phát triển của các dòng ngô thí nghiệm vụ
Xuân 2015 tại Gia Lâm - Hà Nội

3.2.

55

Các đặc điểm nông sinh học của các dòng ngô thí nghiệm vụ Xuân 2015
tại Gia Lâm - Hà Nội

3.3.

57

Khả năng chống chịu sâu bệnh và tỷ lệ đổ gốc của các dòng ngô thí
nghiệm vụ Xuân2015 tại Gia Lâm - Hà Nội

3.4.

Các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của các dòng ngô thí nghiệm
vụ Xuân 2015 tại Gia Lâm - Hà Nội


3.5.

59

61

Chỉ tiêu chất lượng của các dòng ngô thí nghiệm vụ Xuân 2015 tại Gia
Lâm - Hà Nội

63

3.6.

Các mồi đa dạng di truyền và giá trị PIC của 56 dòng ngô thí nghiệm

67

3.7.

Đặc điểm các dòng ngô nếp tím ưu tú vụ Xuân 2015

70

3.8.

Các giai đoạn sinh trưởng và các đặc điểm nông sinh học của các tổ hợp
lai ngô nếp vụ Thu Đông 2015 tại Gia Lâm - Hà Nội

3.9.


Các chỉ tiêu chống chịu sâu bệnh và tỷ lệ đổ gãy của các tổ hợp lai ngô
nếp vụ Thu Đông 2015 tại Gia Lâm - Hà Nội

3.10.

74

Các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của các tổ hợp lai ngô nếp
vụ Thu Đông 2015 tại Gia Lâm - Hà Nội

3.11.

72

76

Các chỉ tiêu tiêu chất lượng cảm quan của các tổ hợp lai ngô nếp vụ Thu
Đông 2015 tại Gia Lâm - Hà Nội

77

vii


3.12.

Đánh giá khả năng kết hợp chung của các tổ hợp lai ngô nếp vụ Thu
Đông 2015 tại Gia Lâm - Hà Nội


79

3.13.

Danh sách 40 dòng tự phối thế hệ S6-S7

81

3.14.

Các giai đoạn sinh trưởng, phát triển của các dòng ngô nếp tím vụ Xuân
2016 tại Gia Lâm - Hà Nội

3.15.

83

Đặc điểm nông sinh học của các dòng ngô nếp tím vụ Xuân 2016 tại Gia
Lâm - Hà Nội

3.16.

85

Các chỉ tiêu chống chịu sâu bệnh và tỷ lệ đổ gãy của các dòng ngô nếp
tím vụ Xuân 2016 tại Gia Lâm - Hà Nội

3.17.

Các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của các dòng ngô nếp tím vụ

Xuân2016 tại Gia Lâm - Hà Nội

3.18.

89

Một số chỉ tiêu đánh giá chất lượng ăn tươi của các dòng ngô nếp tím vụ
Xuân 2016 tại Gia Lâm - Hà Nội

3.19.

87

91

Đặc điểm các dòng ngô nếp tím ưu tú được chọn lọc ở vụ Xuân 2016 tại
Gia Lâm - Hà Nội

93

3.20A. Một số chỉ tiêu chất lượng của các dòng ngô nếp và ngô ngọt nghiên cứu
vụ Xuân 2015 tại Gia Lâm - Hà Nội

95

3.20B. Một số chỉ tiêu chất lượng của các vật liệu ngô nghiên cứu thế hệ F1 và
BC2F1 - vụ Xuân 2016 tại Gia Lâm - Hà Nội

95


3.21.

Kết quả tự phối ba thế hệ các dòng ngô nếp BC2F1

96

3.22.

Một số đặc điểm nông sinh học của các dòng ngô nếp ngọt BC2F4 vụ
Xuân 2017 tại Gia Lâm, Hà Nội

3.23.

97

Một số chỉ tiêu về năng suất và chất lượng của các dòng ngô nếp ở thế hệ
BC2F4 vụ Xuân 2017 tại Gia Lâm, Hà Nội

3.24.

Các tổ hợp lai luân phiên 9 dòng tự phối theo mô hình Griffing IV

3.25.

Thời gian sinh trưởng của các tổ hợp lai vụ Thu Đông 2016 tại Gia Lâm Hà Nội

3.26.

Một số đặc điểm nông sinh học của các tổ hợp lai ngô nếp tím vụ Thu
104


Một số đặc tính chống chịu của các tổ hợp lai ngô nếp tím vụ Thu Đông
2016 tại Gia Lâm, Hà Nội

4.28.

101

102

Đông 2016 tại Gia Lâm, Hà Nội
3.27.

99

106

Các yếu tố cấu thành năng suất của các tổ hợp lai ngô nếp tím vụ Thu
Đông 2016 tại Gia Lâm, Hà Nội

108

viii


4.29.

Một số chỉ tiêu chất lượng ăn tươi của các tổ hợp lai ngô nếp tím vụ Thu
Đông 2016 tại Gia Lâm - Hà Nội


110

3.30.

Giá trị khả năng kết hợp riêng về tính trạng khối lượng 1000 hạt

112

3.31.

Giá trị khả năng kết hợp riêng về tính trạng năng suất bắp tươi

112

3.32.

Giá trị khả năng kết hợp riêng về tính trạng độ Brix

113

3.33.

Giá trị khả năng kết hợp riêng về tính trạng hàm lượng anthocyanin tổng số

113

3.34.

Kết quả chọn lọc các tổ hợp lai triển vọng vụ Thu Đông 2016 tại Gia
Lâm - Hà Nội


114

4.35.

Thứ tự các tổ hợp lai ngô nếp tím nghiên cứu trên giếng điện di

115

3.36.

Các giai đoạn sinh trưởng phát triển của các tổ hợp lai ngô nếp tím vụ
Xuân 2017 tại Gia Lâm - Hà Nội

3.37.

116

Một số đặc điểm nông sinh học của các THL ngô nghiên cứu đánh giá vụ
Xuân 2017 tại Gia Lâm - Hà Nội

3.38.

117

Một số chỉ tiêu chống chịu sâu bệnh và tỷ lệ đổ gãy của các THL nghiên
cứu vụ Xuân 2017 tại Gia Lâm - Hà Nội

3.39.


Các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất bắp tươi của các tổ hợp lai
ngô nếp vụ Xuân 2017 tại Gia Lâm - Hà Nội

3.40.

119

121

Một số chỉ tiêu chất lượng của các tổ hợp lai ngô nếp vụ Xuân 2017 tại
Gia Lâm - Hà Nội

122

3.41.

Chọn lọc các tổ hợp lai triển vọng vụ Xuân2017 tại Gia Lâm - Hà Nội

123

3.42.

Các giai đoạn sinh trưởng của các THL vụ Thu Đông 2017 và Xuân năm
2018 tại một số vùng sinh thái

3.43.

124

Một số đặc điểm nông sinh học của các THL vụ Thu Đông 2017 và Xuân

năm 2018 tại một số vùng sinh thái

3.44.

Khả năng chống chịu sâu bệnh và tỷ lệ đổ gốc của các THL vụ Thu Đông
2017 và Xuân 2018 tại một số vùng sinh thái

3.45.

129

Một số chỉ tiêu cấu thành năng suất và năng suất của các THL vụ Thu
Đông 2017 tại một số vùng sinh thái

3.47.

130

Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng của các THL vụ Xuân và Thu Đông tại
một số vùng sinh thái

4.48.

127

Một số chỉ tiêu cấu thành năng suất và năng suất của các THL vụ Xuân
2018 tại một số vùng sinh thái

3.46.


126

132

Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng định lượng của các THL vụ Xuân và
Thu Đông tại một số vùng sinh thái

ix

133


x


DANH MỤC HÌNH
STT
2.1.

Tên hình

Trang

Sơ đồ minh họa gen Wx và các mồi giải trình tự DNA, cDNA và các chỉ
thị phân tử phát triển nghiên cứu ngô: S1F/R-S5F/R để giải trình tự
DNA, R1F/R và R2F/R để giải trình tự cDNA và D7F/R và D10F/R để
phân tích kiểu gen Wx, mũi tên chỉ vùng và hướng của chúng

20


2.2.

Cấu trúc gen wx ở ngô, các hộp xanh là exon và giữa các eexon là introns

21

2.3.

Màu sắc hạt của các kiểu gen ở giai đoạn chín hoàn toàn

25

2.4.

Sơ đồ các bước tạo giống đã sử dụng để phát triển hai dòng ngô thuần
ND2005 và ND2006

28

2.5.

Năng suất ngô của Mỹ từ 1890 đến 2010

32

2.6.

Kiểu cây và bắp của dòng ngô thuần Tongxi 5

37


3.1.

Sơ đồ tóm tắt quá trình thực hiện các nội dung nghiên cứu của đề tài

43

3.1.

Sơ đồ hạt và phương pháp bóc vỏ hạt ngô

51

4.1.

Kết quả dò tìm QTL quy định tính trạng vỏ hạt mỏng của 56 dòng ngô sử
dụng mồi umc2118

4.2.

65

Kết quả dò tìm QTL quy định tính trạng vỏ hạt mỏng của 56 dòng ngô sử
dụng mồi bmc1325

66

4.3.

Kết quả đa hình của 56 dòng ngô sử dụng mồi phi065


67

4.4.

Kết quả đa hình của 56 dòng ngô sử dụng mồi phi299852

67

4.5.

Kết quả đa hình của 56 dòng ngô sử dụng mồi phi101049

67

4.6.

Kết quả đa hình của 56 dòng ngô sử dụng mồi phi223376

68

4.7.

Kết quả đa hình của 56 dòng ngô sử dụng mồi phi083

68

4.8.

Kết quả đa hình của 56 dòng ngô sử dụng mồi phi109275


68

4.9.

Kết quả đa hình của 56 dòng ngô sử dụng mồi phi423796

68

4.10.

Kết quả đa hình của 56 dòng ngô sử dụng mồi phi328175

68

4.11.

Cây phân nhóm tương đồng di truyền của 56 dòng ngô thí nghiệm sử
dụng chỉ thị phân tử SSR

4.12.

4.13.

69

Khả năng kết hợp chung về năng suất bắp tươi của 18 dòng tự phối ngô
nếp nghiên cứu

79


Khả năng kết hợp chung về độ Brix của 18 dòng tự phối ngô nếp nghiên cứu

80

xi


4.14.

Khả năng kết hợp chung về hàm lượng Anthocyanin của 18 dòng tự phối
ngô nếp nghiên cứu

4.15.

80

Cây phân nhóm đa dạng di truyền 40 dòng ngô nếp tím thế hệ S6-S7 dựa
trên kiểu hình vụ Xuân 2016 tại Gia Lâm - Hà Nội

92

4.16.

Tỷ lệ hạt ngô ngọt (hạt đường) và hạt ngô nếp ở thế hệ BC2F1

96

4.17.


Hàm lượng Brix của các dòng ngô BC2F4 so với các dòng ngô ban đầu

4.19.

Kết quả dò tìm QTL quy định tính trạng vỏ hạt mỏng của 15 THL ngô và
giống đối chứng với mồi umc 2118

4.20.

100

115

Kết quả dò tìm QTL quy định tính trạng vỏ hạt mỏng của 15 THL ngô và
giống đối chứng với mồi bmc1325

xii

115


TRÍCH YẾU LUẬN ÁN
Tên tác giả: Phạm Quang Tuân
Tên Luận án: Nghiên cứu phát triển nguồn vật liệu phục vụ chọn tạo giống ngô nếp lai
chất lượng cao và giàu hàm lượng anthocyanin
Chuyên ngành: Di truyền và chọn giống cây trồng Mã số: 9.62.01.11
Tên cơ sở đào tạo: Học viện Nông nghiệp Việt Nam
Mục đích nghiên cứu
Đánh giá và chọn lọc vật liệu di truyền ngô nếp có năng suất, chất lượng và giàu
anthocyanin phục vụ chọn tạo giống ngô nếp lai cho các tỉnh miền Bắc, Việt Nam.

Khai thác và cải tiến nguồn vật liệu ngô nếp trong nước và nhập nội, chọn tạo
giống ngô nếp tím lai có chất lượng cao và giàu anthocyanin cho các tỉnh miền Bắc,
Việt Nam.
Phương pháp nghiên cứu
Nội dung nghiên cưu chính:
+ Đánh giá sàng lọc nguồn vật liệu từ 56 tự phối ngô thế hệ S3 đến S6
+ Chọn dòng ưu tú tiếp tục tự phối và lai trở lại phát triển dòng thuần
+ Lai cải tiến chất lượng các dòng ngô nếp
+ Lai tạo, đánh giá khả năng kết hợp và chọn lọc các tổ hợp lai triển vọng.
+ Thử nghiệm các tổ hợp lai triển vọng ở các vúng sinh thái.
Vật liệu nghiên cứu:
Vật liệu nghiên cứu gồm có 56 dòng tự phối ngô, trong đó có 45 vật liệu (ký
hiệu NT1-NT45) là ngô nếp tím, 9 vật liệu (ký hiệu NT46-NT54) là ngô nếp trắng và
2 vật liệu ngô ngọt (ký hiệu Đ1, Đ2). Các vật liệu này được kế thừa từ chương trình
thu thập và đánh giá, phát triển nguồn gen ngô của Viện Nghiên cứu và Phát triển cây
trồng, Học viện Nông nghiệp Việt Nam từ năm 2008 đến 2015. Các dòng phát triển từ
nguồn vật liệu có nguồn gốc khác nhau gồm Trung Quốc, Hàn Quốc, Thái Lan, Mỹ và
Việt Nam. Các dòng đã tự phối đến các thế hệ S3 (18), S4 (26), S6(1) và S8 (11) đưa
vào nghiên cứu đánh giá lựa chọn dòng ưu tú cho phát triển dòng thuần tạo giống lai
Các phương pháp nghiên cứu được sử dụng:
Thí nghiệm đồng ruộng theo phương pháp của Gomez., (1984) gồm thí nghiệm
đánh giá dòng, tổ hợp lai và thí nghiệm so sánh. Đánh giá đa dạng di truyền dựa trên
kiểu hình và chỉ thị phân tử SSR theo phương pháp của Franco et al., (2001) và Betran
et al., (2003). Phân tích hàm lượng anthocyanin tổng số: Phân tích hàm lượng
anthocyanin theo phương pháp pH vi sai của Huỳnh Thị Kim Cúc và cs., (2004). Đánh
giá chất lượng vỏ hạt mỏng: sử dụng chỉ thị DNA và sử dụng vi trắc kế cầm tay, theo
phương pháp của Wolf et al., (1969). Eunsoo Choe (2010). Phương pháp tách chiết và
tinh sạch DNA theo Nobou Kobabayshi (1998) cải tiến. Đánh giá chất lượng cảm quan
gồm: độ ngọt, độ dẻo, hương vị và màu sắc bắp, hạt, lõi; bảng cho điểm theo thang điểm


xiii


của UPOV, (2010), Ki Jin Park et al., (2013). Phương pháp phát triển dòng thuần bằng
thụ phấn cưỡng bức theo phương pháp của Shull (1908; 1909), phương pháp lai trở lại
theo Kendall R. Lamkey et al., (1994).
Chọn dòng ưu tú theo mục tiêu: sử dụng phương pháp chọn lọc theo phương
pháp của Hazel (1943). Phương pháp lai thử khả năng kết hợp: Lai thử khả năng kết hợp
chung GCA ở các thế hệ 3 đến 5 và lai thử khả năng kết hợp riêng SCA theo mô hình 4
của Griffing (1956).
Các chỉ tiêu theo dõi thí nghiệm theo QCVN 01-66 : 2011/BNNPTNT gồm sinh
trưởng, phát triển, khả năng chống chịu, năng suất và yếu tố tạo thành năng suất và chất
lượng ăn tươi, hàm lương anthocyanin.
Phân tích kết quả thí nghiệm: Phân tích phương sai ANOVA, hệ số biến động cv%, sai
khác nhỏ nhất có ý nghĩa LSD0,05, đa dạng di truyền, khả năng kết hợp sử dụng phần
mềm IRRISTAT ver 5.0, Chương trình Thống kê di truyền số lượng, Nguyễn Đình Hiền
(1995) và NTSYSpc 2.0, Excel.
Kết quả chính và kết luận
Đánh giá, sàng lọc 56 dòng ngô nghiên cứu dựa trên kiểu hình và chỉ thị phân từ đã
chọn được 18 dòng ưu tú đưa vào đánh giá khả năng kết hợp chung (GCA). Phân tích
GCA chọn lọc được 9 dòng có khả năng kết hợp chung cao về các tính trạng năng suất
bắp tươi, độ Brix và hàm lượng anthocyanin.
Chín dòng ngô nếp có khả năng kết hợp tiếp tục tự phối phát triển dòng thuần đến thế
hệ S6 đã thu được 40 dòng, đánh giá 40 dòng về các đặc điểm nông sinh học, năng suát,
chất lượng đã chọn được 8 dòng ưu tú. Các dòng này có các đặc điểm như thời gian cho
thu hoạch ngắn (74-81 ngày); các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất cao; độ brix
cao (11,8-13,5 %). vỏ hạt (61,33-77,25 µm) và hàm lượng anthocyanin cao (226,6371,0 mg/100g). Đánh giá khả năng kết hợp riêng (SCA) của 8 dòng ngô ưu tú.
Kết quả phát triển dòng thuần bằng phương pháp lai trở lại và tự phối đến thế hệ
BC2F4, thu được 45 dòng tự phối, đánh giá, chọn lọc được 20 dòng tự phối ưu tú, trong
đó đặc biệt là các dòng: D1, D2, D3, D5, D6, D7, D13 và D16 khi % Brix tăng từ 2,04,0% so với vật liệu ban đầu.

Lai tạo được 36 tổ hợp lai chọn lọc được 15 tổ hợp lai, đánh giá 15 THL, thu được 7
tổ hợp lai ngô nếp tím ưu tú là THL2, THL8, THL22, THL26, THL30, THL35, THL36.
Đánh giá 7 THL ngô nếp tím tại 3 vùng sinh thái trong 2 vụ đã chọn lọc được 2 THL
triển vọng: THL30 (NT46xT27), THL35(NT46xT36), có khả năng thích ứng tốt, ổn
định qua hai vụ thí nghiệm, sinh trưởng phát triển khỏe, chiều cao cây trung bình từ 171
- 195cm, thời gian từ gieo đến thu hoạch bắp tươi từ 82-85 ngày ở vụ Xuân, 84-90 ngày
ở vụ Thu Đông, nhiễm nhẹ sâu bệnh (điểm 1-2), năng suất bắp tươi trung bình ba điểm
là 133-145 tạ/ha vụ Xuân và 107-142 tạ/ha vụ Thu Đông, độ Brix từ 12,6-13,7% trong
vụ Xuân, 12,5-13,6% vụ Đông, hàm lượng anthocyanin tổng số vụ Xuân (117-165
mg/100g), vụ Đông (118-162 mg/100g).

xiv


THESIS ABSTRACT

PhD candidate: Pham Quang Tuan
Thesis title: Germplasm development for waxy maize breeding with high quality and
abundant in anthocyanin
Major: Plant Genetic and Breeding
Code: 9.62.01.11
Educational organization: Vietnam National University of Agriculture (VNUA)
Research Objectives
Evaluation of the waxy maize germplasm to select elite inbred lines has high
yield and quality, abundant in anthocyanin for hybrid waxy maize breeding adapted in
Northern of Viet Nam conditions
Improvement of the local and exotic waxy maize germplasm for purple waxy
maize breeding with high yield, quality and abundant in anthocyanin adapted in
Northern of Viet Nam conditions
Materials and Methods

Material
Material included 56 inbred lines among them 45 lines are purple waxy maize
inbred lines (symbol from NT1 to NT45), nine of white waxy maize inbred lines
(symbol from NT46 to NT54), two of sweet corn inbred lines (symbol are Đ1 and Đ2).
These germplasm obtained from the maize collection and exploiting programme of the
Crop Research and Development Institute, Vietnam National University of Agriculture
from 2008 to 2015. Inbred lines were developed from maize populations with different
origin that consisted China, Korea, Thailand, American and Vietnam. Germplasm for
start study at self-pollination generation are S3 (18 lines), S4 (26 lines), S6 (1 line) and
S8 (11line) was took in develop inbred lines for hybrid purple maize breeding
Methodology
Field experiment to evaluate germplasm and crosses were conducted along to
method of Gomez, 1984. Diversity analysis base on phenotype and genotype, genotype
diversity used molecular maker SSR along to Franco et al., 2001 và Betran et al., 2003
method. Measurement of anthocyanin content was conducted along to method of Huynh
Thi Kim Cuc et al., (2004). Measurement of pericarp thickness by micrometer and DNA
maker was along to method of Wolf et al., (1969) and Eunsoo Choe (2010). Extraction
and refined of DNA was along to Nobou Kobabayshi (1998) with modification. Eating
quality measured sweetness, tenderness, aroma, taste, cob color was score rank alonong
to UPOV (2010), Ki Jin Park et al., (2013). Inbred line development by Shull (1908;

xv


1909) method, backcrossing by Kendall R. Lamkey et al., (1994) method. Selection by
index was implemented along to Hazel (1943), GCA and SCA evaluation along to
Griffing (1956). Data record conducted along to QCVN 01-66 : 2011/BNNPTNT
included growth and developments, field tolerance, yield and yield component and
quality.
Statistical analysis ANOVA, cv%, LSD0,05, diversity and GCA, SCA used

software IRRISTAT ver 5.0, Quantity genetic program of the Nguyen Dinh Hien (1995)
and NTSYSpc 2.0, Excel.
Main findings and conclusions
Screening 56 inbred lines base on phenotype and genotype was selected 18 inbred
lines have best characteristics for general combining ability evaluation, and identified 9
inbred lines with high GCA value at LSD.05 significantly about fresh cob yield, brix value
and anthocyanin content
Nine inbred lines were selected took into continuous self-pollination until to S6
generation gained 40 inbred lines, which evaluated on the agronomical characteristics,
yield and yield component identified 8 inbred lines have short growth duration (74 - 80d)
from sowing to fresh cob harvesting, high brix (11.8 to 13.5%), thinner pericarp (61.33 to
7.25 µm), high anthocyanin content (226.6-371.0 mg/100g) and high fresh cob yield
(4.44 to 7.54 t/ha), these inbred lines was introduced into SCA evaluation.
Improvement of the sweetness by backcross between NT inbred line with two sweet
corn are D1 and D2 come to generation BC2F4, and was achieved total 45 lines after
evaluated identified 20 lines have sweetness enhancing, among them 8 lines have
highest brix value are D1, D2, D3, D5, D6, D7, D13 and D16 Brix value increased from
2.0 - 4.0% compare to check inbred lines.
Specific combing ability crossed produced 36 crosses which evaluated in the field
experiment identified 15 crosses is suitably and there are 7 were showed best crosses are
THL2, THL8, THL22, THL26, THL30, THL35 and THL36.
Multi-environment trail in Thanh Hoa, Thai Binh and Thai Nguyen province in two
seasons, there are two hybrids were showed high yield and stability are THL30
(NT46xT27) and THL35(NT46xT36), THL30 and THL35 with average height plant
171 - 195cm, growth duration froim sowing to fresh co harvesting from 82-85 days in
Spring season and 84-90 days in Autumn -winter season, fresh cob yield are 13.3 to
14.7 t/ha in spring season and 10.7 to 14.2 t/ha in autumn -winter season, Brix value
from 12.6-13.7% in Spring season and 12.5-13.6% in winter season, anthocyanin
content in spring season (117-165 mg/100g), in winter season (118-162 mg/100g).


xvi


PHẦN 1. MỞ ĐẦU
1.1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
Những công bố của Shull (1908, 1909) là sự khởi đầu khai thác ưu thế lai
(heterosis) trong chọn tạo giống cây trồng và đây cũng là thành tựu vĩ đại của di
truyền học. Các giống thụ phấn tự do được thay thế bằng các giống lai với tốc độ
rất nhanh. Tại các bang ở Hoa kỳ, tỷ lệ trồng giống ngô lai được trồng ít hơn
10% vào năm 1935 đã tăng lên đến 90% sau bốn năm. Đến những năm 1950, ngô
lai phổ biến toàn bộ nước Mỹ và cũng được trồng rộng rãi trên thế giới góp phần
nâng cao năng suất và sản lượng ngô toàn cầu. So sánh số liệu sản xuất ngô giữa
các năm 2016 và 1961 cho thấy diện tích trồng ngô toàn cầu từ 105,56 triệu ha
năm 1961 tăng lên 187,96 triệu ha năm 2016 (tăng 1,78 lần); năng suất từ 1,94
t/ha tăng lên 5,64 t/ha (2,90 lần) và sản lượng từ 205,03 triêu tấn lên 1060, 11
triệu tấn (tăng 5,17 lần) (FAOSTAT, 2016).
Ngô nếp (Zea mays L. var. certain Kulesh) là một đột biến tự nhiên đã phát
hiện ở Trung Quốc năm 1909 (Collins, 1909; Tian et al., 2009; Zheng et al.,
2013). Ngô nếp có nội nhũ gần 100% là amylopectin và được sử dụng chủ yếu
làm lương thực ở châu Á, ngoài ra còn được sử dụng làm nguyên liệu cho công
nghiệp dệt, làm giấy và chế biến thức ăn gia súc rộng rãi trên thế giới. Do có
thành phần tinh bột và dinh dưỡng cao nên ngô nếp có giá trị kinh tế trong sản
xuất nông nghiệp, vì thế sản xuất ngô nếp tăng nhanh những năm gần đây (Sa et
al., 2010). Hiện nay ngô nếp được sản xuất thương mại ở Thái Lan, Trung Quốc
và nhiều nước khác ở châu Á. Các giống ngô nếp địa phương thụ phấn tự do có
rất nhiều loại khác nhau về độ lớn bắp, dạng bắp, màu sắc hạt và chất lượng ăn
uống có thể sử dụng để phát triển giống ưu thế lai với chất lượng tốt đang được
các nhà chọn giống quan tâm đặc biệt theo hướng thị trường ăn tươi ở châu Á và
thế giới (Kim et al., 1994).
Năng suất cao, chống chịu sâu bệnh, cứng cây, đồng đều, ngắn ngày vẫn là

mục tiêu cơ bản của các chương trình chọn tạo giống cây trồng (Ferh, 1987). Tuy
nhiên, đối với ngô nếp ngoài các mục tiêu trên, chất lượng là chỉ tiêu quan trọng.
Vì vậy, đã có rất nhiều nghiên cứu về chất lượng ngô nếp như: Các nhà tạo giống
ngô nếp trên thế giới đã nghiên cứu di truyền chọn giống ngô nếp chất lượng ăn
tươi có vỏ hạt mỏng (Choe, 2010; Rocheford, 2012), chọn giống ngô nếp nâng

1


cao hàm lượng đường trong hạt (Simla et al., 2009; Park et al., 2013), nâng cao
hàm lượng protein trong ngô nếp (Chi, 2010). Nghiên cứu di truyền và nâng cao
chất lượng ăn uống và hàm lượng đường trong ngô nếp được quan tâm gần đây,
nghiên cứu di truyền phân tử xác định có 10 QTLs điều khiển độ mỏng vỏ
(PER), hàm lương amylose (AMY), hàm lượng dextrose (DEX) và hàm lượng
đường sucrose (SUC). Đây là cơ sở di truyền cho chọn giống ngô nếp chất lượng
cao (Park et al., 2013).
Ngoài các vấn đề nghiên cứu liên quan đến chất lượng ngô nếp trên đây.
Trên thế giới đã có nhiều nghiên cứu nhằm cải thiện chất lượng cuộc sống thông
qua tăng lượng thành phần hoạt chất sinh học, có lợi cho sức khỏe, đặc biệt là
chất anthocyanin trong lương thực thực phẩm có hàm lượng cao. Anthocyanin
đặc biệt rất giàu trong ngô có màu đậm, có lợi cho sức khỏe con người và được
cho là chất kháng oxy hóa và tiềm năng hoạt động chống ung thư, ngăn chặn
bệnh tim mạch, điều khiển chống béo phì, giảm nhẹ bệnh tiểu đường và khả năng
kháng viêm nhiễm (Jones, 2005; He and Giusti, 2010). Chính vì vậy nghiên cứu
chọn giống ngô nếp có chất lượng và giàu chất anthocyanin đang phát triển mạnh
mẽ. Hiện nay ở một số nước, lai tạo ngô nếp tím đang được triển khai bằng
phương pháp lai ngô nếp trắng với ngô nếp tím tạo giống ngô nếp lai chất lượng
cao và giàu chất kháng ô xy hóa (Hu and Xu, 2011; Harakotr et al., 2013; 2016)
Ngô nếp tím (Zea mays L. var. ceratina Kulesh) là một dạng đặc thù của
ngô giàu anthocyanin và thành phần các chất kháng oxy hóa khác, được sản xuất

và tiêu thụ rộng rãi ở Thái Lan và các nước khác ở châu Á (Harakotr et al., 2014;
Hu and Xu, 2011). Dạng ngô này thu hoạch trước khi chín cho ăn tươi và làm
lương thực khi hạt chín hoàn toàn được thương mại dưới dạng chế biến bột, hạt
và bắp đông lạnh bán ở thị trường châu Âu và thị trường Mỹ (Harakotr et al.,
2014; Ketthaisong et al., 2014). Ngô nếp hạt rất nhiều màu từ trắng đến đen
tương quan với hàm lượng của các chất hóa học thực vật trong hạt. Màu hạt ở
ngô do chất màu và hợp chất khác gồm carotenoids, phenols và anthocyanin tạo
màu ở vỏ hạt và lớp ơloron trong nội nhũ. Các hợp chất sinh học và màu tăng
tương quan với tăng chất lượng dinh dưỡng của ngô nếp. Hạt có màu đậm như
tía, xanh và đỏ nhìn chung là ở lớp ơloron hoặc vỏ hạt ngô (Mahan et al., 2013).
Nhận biết nguồn gen ngô nếp (Zea mays L. var. ceratina) có biến dị cao thành
phần chất kháng oxy hóa anthocyanin, phenolic và antioxidant là giai đoạn quan
trọng trong chọn giống ngô nếp cải tiến thành phần hóa sinh có lợi cho sức khỏe

2


con người (Bhornchai Harakotr et al, 2014). Như vậy, để chọn tạo giống ngô nếp
ưu thế lai, kết hợp năng suất, chất lượng và hàm lượng anthocyanin cao, cần có
nguồn vật liệu ngô đa dạng về nguồn gốc, phòng phú về màu sắc bao gồm ngô
nếp hạt tím, ngô nếp hạt trắng và ngô ngọt.
Ở Việt Nam, nghiên cứu cải thiện chất lượng và chọn giống ngô nếp chất
lượng cao và giàu anthocyanin còn hạn chế. Hiện nay trong nước chưa có các
công bố về phương pháp lai cải thiện tính trạng chất lượng về độ ngọt trên cây
ngô nếp, đặc biệt là ngô nếp tím; về chọn giống ngô nếp chất lượng và giàu
anthocyanin cũng chưa có kết quả công bố, hiện tại trong nước mới có một giống
ngô nếp tím giàu anthocyanin là Fancy111 nhập nội từ Thái Lan, có giá hạt giống
rất cao (400-500 ngàn đồng/kg hạt) và không chủ động hạt giống. Chính vì vậy,
việc nghiên cứu phát triển nguồn vật liệu phục vụ chọn tạo giống ngô nếp ưu thế
lai có năng suất, chất lượng cao và giàu chất kháng ô xy hóa anthocyanin ở Việt

Nam, đáp ứng yêu cầu sản xuất, thị trường ngô nếp ăn tươi nâng cao hiệu quả
kinh tế cho sản xuất đang là vấn đề cấp thiết.
1.2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
- Đánh giá và chọn lọc vật liệu di truyền ngô nếp có năng suất, chất lượng
và giàu anthocyanin phục vụ chọn tạo giống ngô nếp lai cho các tỉnh miền Bắc,
Việt Nam.
- Khai thác và cải tiến nguồn vật liệu ngô nếp trong nước và nhập nội,
chọn tạo giống ngô nếp tím lai có chất lượng cao và giàu anthocyanin cho các
tỉnh miền Bắc, Việt Nam.
1.3. ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI NGHIÊN CỨU
1.3.1. Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng là nguồn vật liệu ngô nếp trắng, ngô nếp tím, ngô ngọt, được kế
thừa từ các nguồn vật liệu đã có của Viện Nghiên cứu và Phát triển cây trồng Học viện Nông nghiệp Việt Nam. Các nguồn vật liệu được lựa chọn phù hợp cho
các thí nghiệm nghiên cứu phát triển dòng thuần và lai tạo, chọn lọc tổ hợp lai
triển vọng và cải thiện độ Brix cho các vật liệu ngô.
1.3.2. Thời gian nghiên cứu
Thời gian nghiên cứu: Trong các năm từ 2015 - 2018; trong một năm, tiến
hành 2-3 vụ là vụ Xuân (Tháng 1-5), Hè Thu (tháng 7-9) và vụ Thu Đông (tháng
8-12)

3


1.3.3. Địa điểm nghiên cứu
Các thí nghiệm ngoài đồng ruộng được thực hiện tại Viện Nghiên cứu và
Phát triển cây trồng - Học viện Nông nghiệp Việt Nam. Các thí nghiệm trong
phòng thực hiện tại Phòng thí nghiệm JICA - trung tâm Nghiên cứu cây trồng
Việt -Nhật. Thí nghiệm thử nghiệm các tổ hợp lai triển vọng ở các vùng sinh thái
được thực hiện tại các tỉnh Thái Bình, Nghệ An và Thái Nguyên.
1.4. NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN

1.4.1. Đóng góp về khoa học
Phát triển dòng tự phối thuần ngô nếp đồng thời sử dụng hai phương pháp
là tự phối và lai trở lại kết hợp với tự phối, từ đó nâng cao nguồn gen và cải tiến
tính trạng chất lượng - độ Brix (%) bổ sung các nguồn dòng tốt cho công tác
chọn tạo ngô nếp của Việt Nam.
1.4.2. Đóng góp về thực tiễn
Đánh giá toàn diện 56 nguồn vật liệu di truyền ngô nếp tím, ngô nếp trắng
và ngô ngọt. Phát triển, chọn lọc được 8 dòng ngô nếp tím ưu tú có các đặc điểm
nông sinh học tốt, chất lượng và giàu hàm lượng anthocyanin.
Lai cải thiện độ ngọt và phát triển được 20 dòng ngô nếp có chất lượng độ
Brix cao hơn vật liệu ban đầu từ 2-4%
Lai tạo được 36 THL ngô nếp tím, trong đó có 2 THL triển vọng, có năng
suất cao, chất lượng tốt, giàu anthocyanin phục vụ nhu cầu ngô nếp ăn tươi và
làm thực phẩm chức năng tại Việt Nam.
1.5. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ Ý NGHĨA THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
1.5.1. Ý nghĩa khoa học
Cung cấp thông tin, tư liệu khoa học một cách hệ thống về xác định vật
liệu khởi đầu phục vụ công tác chọn tạo giống ngô nếp ưu thế lai, năng suất, chất
lượng cao và giàu anthocyanin ở Việt Nam.
Hướng phát triển dòng thuần ngô nếp trên cơ sở tổ hợp đa dạng nguồn gen
ngô nếp trắng và tím có thể góp phần nâng cao UTL, về năng suất, chống chịu,
chất lượng cao và giàu anthocyanin là cơ sở khoa học mới ở Việt Nam trong
công tác chọn tạo giống ngô nếp hiện nay.
Kết quả nghiên cứu của đề tài đã khẳng định phương pháp lai trở lại (back
cross) có khả năng cải thiện tính trạng chất lượng (vỏ mỏng, hàm lượng
anthocyanin, vị ngọt và vị đậm…) cho vật liệu ngô nếp, tăng khả năng chọn tạo
thành công các giống ngô nếp lai chất lượng phục vụ sản xuất.

4



1.5.2. Ý nghĩa thực tiễn
Đánh giá và xây dựng thông tin chi tiết và cơ sở dữ liệu của 56 nguồn vật
liệu ngô nếp tím, nếp trắng và ngô ngọt trong nước và nhập nội phục vụ công tác
chọn tạo giống ngô nếp tím lai có chất lượng cao và giàu anthocyanin ở Việt Nam.
Đã chọn lọc và phát triển được 8 dòng ngô nếp tím có các đặc điểm nông
sinh học, chống chịu sâu bệnh, năng suất, chất lượng và giàu anthocyanin.
Cải thiện nâng cao độ Brix (%) cho các vật liệu ngô nếp tím và ngô nếp
trắng ưu tú, có năng suất và hàm lượng anthocyanin cao nhưng độ Brix thấp.
Chọn tạo được 2 tổ hợp lai ngô nếp tím triển vọng, có thể phát triển thành
giống mới, đáp ứng nhu cầu phát triển sản xuất ngô nếp ăn tươi và làm thực
phẩm chức năng tại Việt Nam.

5


PHẦN 2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1. NGUỒN GỐC, PHÂN LOẠI VÀ ĐẶC ĐIỂM NGÔ NẾP
2.1.1. Nguồn gốc cây ngô và ngô nếp
Nikolai Ivanovich Vavilov (1887-1943), nhà Di truyền học và nhà nghiên
cứu thực vật vĩ đại nhất của thế kỷ XX, đã đóng góp học thuyết Trung tâm phát
sinh thực vật hay trung tâm đa dạng thực vật. Trong trung tâm này Teosinte tiến
hóa và thuần hóa thành ngô trồng được mô tả ở thời kỳ thuộc địa Mexico,
Francisco. Hernandez Boncalo (1515/1517-1578) là người đầu tiên báo cáo sự
tồn tại của loài này vào năm 1570, sau đó được nhiều nhà khoa học nghiên cứu
làm sáng tỏ thêm. Ngô trong hệ thống phân loại thực vật của Linnaeus (1748)
thuộc chi ngô Zea. Loài ngô (Zea mays ssp. L. mays) là một cây trồng được thuần
hóa ở châu Mỹ, nguồn gốc tiến hóa từ teosinte. Mặc dù nguồn gốc Trung Mỹ đã
xác định nhưng thời gian phát tán đến Nam Mỹ và các nơi khác còn chưa chắc
chắn (Lia et al., 2007) theo phân tích khảo cổ ngô có mặt ở Trung Mỹ khoảng

6.250 năm trước công nguyên (Benz, 2001; Piperno and Flannery, 2001).
Nguồn gốc địa lý ngô nếp (Zea mays L. var. certain Kulesh) sau này được
xác định, ngô nếp là một dạng đặc biệt lần đầu tiên phát hiện ở Trung Quốc năm
1908 và sau đó tìm thấy ở các nước khác ở châu Á. Collins nhận được hạt từ
Thượng Hải, Trung Quốc và tiến hành trồng, thu hạt năm 1908 cho thấy không
giống bất kỳ giống ngô trồng nào hiện có ở châu Mỹ nhiệt đới và mô tả một loại
ngô đặc biệt, có một số màu sắc, nhưng nhiều nội nhũ sáp hơn các giống khác,
mô tả giống có các đặc điểm phân biệt về lá, hạt, râu cờ, và dạng nội nhũ mới
không giống cấu trúc nội nhũ được mô tả trước đây (Collins, 1909). Mặc dù còn
một số tác giả có quan điểm khác, nhưng cơ bản đều thống nhất rằng ngô nếp có
nguồn gốc từ Trung Quốc (Fan et al., 2009).
Nguồn gốc tiến hóa hầu hết các nghiên cứu đều cho rằng ngô tiến hóa từ
loài cỏ teosinte. Thuật ngữ teosinte bắt nguồn từ ‘teocintli’-‘teotl’ nghĩa là thần
thánh ‘cintli’ nghĩa là bắp khô của ngô từ tiếng bản địa Nahuatl. Ngày nay sử
dụng teosinte chỉ loài dại của ngô có quê hương ở Mexico và Trung Mỹ. Teosinte
tung hạt rộng và thụ phấn nhờ gió, hạt tách từ cây và có thể ăn (Hake Sarah and
Jeffrey Ross-Ibarra, 2015). Ngô và teosinte là duy nhất ở họ hòa thảo có cấu trúc
hoa đực (cờ) và cái (bắp) riêng, có bắp hoặc hạt trên lõi (Wilkes et al, 1995).

6


Nghiên cứu của Zheng et al. (2013) cho rằng ngô nếp (Zea mays L. var.
certaina Kulesh), có nhiều đặc điểm tuyệt vời trong thành phần nội nhũ và có giá
trị kinh tế cao, ngô nếp được trồng rộng rãi ở Trung Quốc có lịch sử lâu đời và
sản xuất tăng liên tục trong những thập kỷ qua. Mặc dù vậy nguồn gốc và tiến
hóa ngô nếp vẫn còn chưa được rõ ràng. Các nhà khoa học Trung Quốc đã
nghiên cứu đa dạng di truyền ngô nếp Trung Quốc gồm các dạng ngô bản địa và
dòng thuần dựa trên kiểu hình và chỉ thị phân tử SSR đã phát hiện thấy sự đa
dạng di truyền cao của nguồn gen ngô nếp. Phân tích nguồn gốc và tiến hóa với

108 mẫu nguồn gen và trình tự 52 mẫu nhận từ ngân hàng gen của locus nếp
(waxy) trong chi ngô Zea đã nhận thấy sự giảm mạnh đa dạng nucleotide và kiểm
định có ý nghĩa (Tajima’s D and Fu and Li’s F*). Kết quả đã quan sát thấy ở ngô
nếp Trung Quốc nhưng không thấy ở ngô khác. Phân tích phát sinh loài chỉ ra
rằng ngô nếp có nguồn gốc di truyền từ ngô đá ở hầu hết dòng thuần ngô nếp
hiện đại cho thấy biểu hiện nguồn gốc phân biệt và quá trình tiến hóa độc lập so
với nguồn gen ở Tây Nam Trung Quốc. Kết quả chỉ ra rằng tính trạng nông học
có thể cải tiến nhanh đáp ứng nhu cầu bằng chọn lọc (Zheng et al., 2013).
2.1.2. Phân loại thực vật của ngô và ngô nếp
Phân loại ngô trong hệ thống phân loại thực vật dựa trên đặc điểm nông
học và lượng tinh bột trong hạt được phân thành 7 loài phụ (ssp-subspecie):
(1) Ngô đá (Zea mays L. ssp.indurata)
(2) Ngô răng ngựa (Zea mays L. ssp. Indentata)
(3) Ngô nếp (Zea mays L. ssp.ceratina)
(4) Ngô đường (Zea mays L. ssp.saccharata)
(5) Ngô nổ (Zea mays L. ssp.everta)
(6) Ngô bột (Zea mays L. ssp.amylacea)
(7) Ngô bọc (Zea mays L. ssp.tunicata)

Ngô thuộc chi Zea thuộc tộc Andropogoneae trong họ phụ Panicoideae,
họ Poaceae (soát xét lại của OECD, 2003; USDA, 2005). Hiện nay, có 86 chi
trong tộc Andropogoneae (USDA, 2005). Phân loại theo hệ thống phân loại thực
vật của Cơ quan bảo tồn tài nguyên thiên nhiên, Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ, phân
loại ngô thuộc họ Poaceae, chi Zea L. - corn, loài ngô Zea mays L. - corn, trong
loài có 5 loài phụ:
Subspecies Zea mays L. ssp. mays - corn

7



Subspecies Zea mays L. ssp. parviglumis Iltis & Doebley - corn
Variety Zea mays L. ssp. parviglumis
huehuetenangensis Iltis & Doebley - maize

Iltis & Doebley var.

Species Zea mexicana (Schrad.) Kuntze - Mexican teosinte
Species Zea perennis (Hitchc.) Reeves & Manglesdorf - perennial teosinte
2.1.3. Đặc điểm thực vật của ngô và ngô nếp
Ngô là cây C4, thân cao 1 - 4 m, lá mọc đối có bẹ ôm lấy thân. Rễ ngô có
3 loại: rễ chùm phát triển từ trục rễ mầm, rễ bất định và rễ chân kiềng mọc từ các
mắt của lóng đốt dưới thấp. Cây ngô là cây có hoa đơn tính cùng gốc, hoa đực
(cờ) và hoa cái (bắp) trên cùng một cây, hoa đực chín sớm hơn hoa cái, trong mỗi
hoa đực có 2 hoa nhỏ, mỗi hoa nhỏ có hai vảy mỏng, lá bắc, 3 bao phấn, 2 bao
hoa và nhụy phôi thai. Một bao phấn có khoảng 2.000 đến 7.500 hạt phấn, một
cờ ngô có khoảng 7.000 bao phấn (Kiesselbach, 1949).
Đặc điểm của ngô nếp và ngô thường được nghiên cứu nhận biết sự khác
nhau giữa ngô nếp và ngô thường bằng phân tích kiểu gen sử dụng chỉ thị SNP. Các
tác giả nghiên cứu tổng số 110 dòng tự phối ngô nếp và 110 dòng tự phối ngô
thường phân tích kiểu gen với 3072 chỉ thị SNP để đánh giá đa dạng di truyền và
cấu trúc quần thể, phân tán cân bằng liên kết cũng như nhận biết các locus giả thiết
dưới sự chọn lọc dương. Kết quả chứng minh đa dạng di truyền cao và nguồn gen
ngô thường đa dạng hơn ngô nếp. Phân tích nguyên lý phối hợp và phân tích đám đã
phân 220 mẫu nguồn gen trong hai nhóm chính và một nhóm hỗn hợp với tổ tiên
của chúng. Cấu trúc quần thể phụ trong hai bộ nguồn gen ngô nếp và ngô thường
cho thấy liên kết với nguồn gốc của chúng và tương ứng với nhóm di truyền.
Khoảng cách phân tán trong phân tích đám (1500-2000 kb) ở ngô nếp thấp hơn so
với ngô thường. Mười bốn locus ứng viên đã được nhận biết dưới điều kiện chọn
dương giữa ngô nếp và ngô thường với mức tin cậy 99%. Những thông tin của
nghiên cứu này có thể hỗ trợ cho các nhà chọn tạo giống ngô nếp tăng cường chọn

lọc dòng bố mẹ và thiết kế chương trình chọn giống phù hợp (Hao et al., 2015).
Theo nghiên cứu hình thái và phân bố địa lý, các đặc điểm nông sinh học, ngô nếp
bắt nguồn từ đột biến một gen đơn từ ngô đá (Tian et al., 2009).
2.2. SẢN XUẤT NGÔ NẾP TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM
Ngô nếp là cây lương thực quan trọng ở châu Á gồm Cambodia, Trung
Quốc, Nhật Bản, Hàn Quốc, Myanmar, Lào, Đài Loan Thái Lan và Việt Nam.
Ngô nếp phổ biến ở các vùng ưa chuộng dẻo như lúa nếp, trong hạt ngô nếp nội

8


nhũ chứa amylopectin cao hơn ngô thường. Nông dân ở các nước châu Á trồng
ngô nếp như là một cây thực phẩm và là cây kinh tế quan trọng phát triển mạnh
trong những năm gần đây (Klimek-Kopyra et al., 2012). Ngô nếp năng suất thấp,
nhiễm sâu bệnh và do gen lặn điều khiển nên còn ít được quan tâm cải tiến, nhiều
vùng vẫn còn trồng chủ yếu là giống địa phương thụ phấn tự do (Mohamed et al.,
2016; Stamp et al., 2016). Ngô nếp là cây kinh tế thường tiêu thụ ăn tươi, do ngô
nếp thời gian từ gieo đến thu hoạch ngắn nên có thể trồng quanh năm. Dân số thế
giới tăng đã góp phần tăng như cầu sử dụng ngô nếp (Boonlertnirun et al., 2010).
Ngô nếp hiện được trồng khá rộng rãi ở nước ta, diện tích trồng ngô nếp
chiếm khoảng 10% diện tích trồng ngô của cả nước và dự báo sẽ tăng mạnh trong
thời gian tới (Nguyễn Thế Hùng và cs., 2010).
Ở Việt Nam, ngô nếp phần nhiều được sử dụng làm lương thực, ăn tươi,
thức ăn chăn nuôi gia súc, gia cầm đem lại hiệu quả kinh tế cao. Theo thống kê
của Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam năm 2012 thì trong những năm gần
đây, nhu cầu tiêu thụ các loại ngô thực phẩm (ngô đường, ngô nếp, ngô rau)
không ngừng tăng trên thế giới cũng như ở Việt Nam. Ngô nếp hiện nay được
trồng khá rộng rãi ở nước ta, diện tích trồng không ngừng tăng lên, chiếm khoảng
gần 15% diện tích trồng ngô cả nước do các giống ngô nếp đáp ứng được nhu
cầu luân canh, tăng vụ, đặc biệt là nhu cầu sử dụng của xã hội ngày càng tăng

(Nguyễn Thị Nhài, 2012).
Diện tích trồng ngô nếp trong thời gian qua tăng khá nhanh, hiện chiếm từ
8 -12% diện tích trồng ngô của cả nước. Một số giống ngô nếp hiện đang được sử
dụng nhiều trong sản xuất như giống ngô nếp thụ phấn tự do VN2, VN6 (Viện
NC Ngô) NN1 (Viện KHKT NN miền Nam); Các giống nếp lai MX2, MX4,
MX10 (Công ty Giống Cây trồng miền Nam); Bạch Ngọc, NL2, nếp Nù (Công ty
Nông Lương). Giống ngô ăn tươi của nước ngoài được ưa chuộng trong sản xuất
nhưng giá giống khá cao như công ty Syngenta có bắp nếp Wax 44 (giá giống
180.000VNĐ/kg), bắp ngọt Sugar 75 (450.000VNĐ/kg giống), TD 926 (500
ngàn đồng/kg) (Phạm Văn Ngọc và cs., 2012).
Tại Việt Nam, trong những năm gần đây, diện tích, năng suất và sản lượng
của cây ngô nếp trên cả nước nói chung và tại tỉnh Phú Yên nói riêng đã không
ngừng gia tăng. Nguyên nhân chủ yếu do ngô nếp có lợi thế là cây ngắn ngày, kỹ
thuật trồng, chăm sóc đơn giản, đầu tư ít, thị trường tiêu thụ mạnh và cho hiệu

9


quả kinh tế cao. Đồng thời cây ngô cũng thích ứng được với những ảnh hưởng
tiêu cực của việc biến đổi khí hậu hiện nay. Sản xuất ngô đang được đánh giá là
một ngành sản xuất có nhiều triển vọng vì nhu cầu ngô đang tăng nhanh ở quy
mô toàn cầu. Trong những năm tới, ngô vẫn là cây trồng có vai trò quan trọng
trong hệ thống canh tác ở nước ta. Tình hình sản xuất ngô nếp của nước ta hiện
nay ở các địa phương thay đổi theo điều kiện sinh thái nông nghiệp và kinh tế xã hội của từng địa phương. Nhìn chung hiện nay, năng suất bình quân đạt được
của ngô nếp lai so với tiềm năng năng suất của các giống lai còn khoảng cách
khá xa (Nguyễn Văn Đức và cs., 2017; Liet et al., 2018).
2.3. ĐA DẠNG DI TRUYỀN NGUỒN GEN NGÔ VÀ NGÔ NẾP
2.3.1. Đa dạng nguồn gen cây ngô
Ngô có mức đa dạng di truyền rất lớn, điều này cho phép nó thích ứng trong
phạm vi rộng của điều kiện môi trường. Kết quả có biến động rất lớn về kiểu hình

do kết quả tương tác kiểu gen và môi trường (Makarevitch et al., 2015).
Trung tâm cải tạo giống ngô và lúa mỳ Quốc tế (CIMMYT) hiện đang lưu
giữ khoảng 17.000 mẫu nguồn gen ngô (Zea mays L.) và teosinte (Z. mays,
several subspecies), một họ hàng hoang dại của ngô. Nghiên cứu 17 quần thể ngô
CIMMYT và 57 dòng tự phối đã được đặc điểm hóa bằng chỉ thị SSR. Các chỉ thị
SSR được lựa chọn từ hầu hết các bin trong bản đồ gen ngô đã được kiểm tra lặp
lại, tự động các alen và có thể kiểm tra sự chính xác (nội dung thông tin di truyền).
85 chỉ thị SSR đã được tìm để có thể lặp lại và tự động dễ dàng đã được chạy trên
tất cả các vật liệu trong nghiên cứu. 53 trong số 85 các chỉ thị SSR này đã được
phân biệt hoàn toàn và đã được sử dụng để mô tả di truyền. Bảy quần thể tạo
giống đã được dự đoán trên có thể tạo giống trên cơ sở phả hệ và nhóm giống ưu
thế lai. Đa dạng di truyền trong mỗi quần thể có đa dạng cao hơn đa dạng giữa
các quần thể, nghiên cứu này chỉ ra rằng các quần thể không đồng nhất tại mức
phân tử. Các dòng tự phối cũng thể hiện đa dạng di truyền ở mức cao, chi ra rằng
các nhà tạo giống CIMMYT đã thành công trong tổ hợp di truyền vào trong nguồn
vật liệu di truyền ngô CIMMYT. Các dòng chỉ có quan hệ chặt chẽ với nhau do
phả hệ đã tập hợp cùng với nhau. Nguồn gốc và nhóm di truyền quần thể không
liên kết tạo thành các nhóm trên cơ sở chỉ thị SSR. Kết quả khẳng định chắc chắn
có mức độ đa dạng cao trong quần thể nguồn của các dòng tự phối. Mặc dù điều
này sẽ tạo ra khó khăn hơn để xếp các dòng ngô CIMMYT hiện có vào các nhóm
di truyền bằng giá trị trung bình của các chỉ thị, các chỉ thị có thể hữu ích để chuẩn

10