nghiên cứu sự phát sinh đột biến ở thế hệ m2 của một số dòng lúa chịu hạn

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn Thạc sĩ Sinh học với đề tài “ Nghiên cứu sự phát sinh đột biến ở thế hệ M2 của một số dòng lúa chịu hạn” là công trình nghiên cứu của cá nhân tô

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP.HCM

N guyễn Thị Như Ý

NGHIÊN CỨU SỰ PHÁT SINH

ĐỘT BIẾN Ở THẾ HỆ M2 CỦA MỘT SỐ DÒNG LÚA CHỊU HẠN

LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC

Thành phố Hồ Chí Minh – 2012

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP.HCM

N guyễn Thị Như Ý

NGHIÊN CỨU SỰ PHÁT SINH

ĐỘT BIẾN Ở THẾ HỆ M2 CỦA MỘT SỐ DÒNG LÚA CHỊU HẠN

Chuyên ngành: Sinh học thực nghiệm

Mã số: 60 42 30

LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TS NGUYỄN THỊ MONG

Thành phố Hồ Chí Minh – 2012

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn Thạc sĩ Sinh học với đề tài “ Nghiên cứu sự phát

sinh đột biến ở thế hệ M2 của một số dòng lúa chịu hạn” là công trình nghiên cứu

của cá nhân tôi, được thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của TS Nguyễn Thị Mong Tôi xin cam đoan tất cả các số liệu và hình ảnh trong đề tài hoàn toàn trung thực và chưa từng được công bố dưới bất cứ hình thức nào trước khi tiến hành bảo

vệ trước Hội Đồng Khoa Học

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2012

Nguyễn Thị Như Ý

Học viên Cao học khóa 21 Chuyên ngành: Sinh học thực nghiệm Trường Đại học Sư phạm Tp Hồ Chí Minh

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành xong luận văn và khóa học, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến:

TS Nguyễn Thị Mong – giảng viên khoa Sinh học trường Đại Học Sư Phạm TPHCM – người thầy đã hết lòng tận tình hướng dẫn em trong suốt thời gian thực hiện đề tài

Các thầy cô khoa Sinh học trường Đại Học Sư Phạm TPHCM đã tận tình dạy bảo và tạo điều kiện cho em trong suốt thời gian học tập

Dì út Kẹp nhà ở ấp Phú Lợi, xã Tân Phú Trung, huyện Củ Chi đã giúp đỡ em rất nhiều trong suốt quá trình gieo trồng

Ban Giám Hiệu và thầy cô tổ Sinh trường THPT Trung Phú đã tạo điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành tốt khóa học

Các anh chị trong lớp sinh học thực nghiệm K21, đã giúp đỡ và động viên

em trong suốt thời gian học tập và thực hiện đề tài

Sau cùng, xin gửi lời biết ơn đến gia đình đã thương yêu, động viên và tạo điều kiện về vật chất và tinh thần để con yên tâm hoàn thành tốt khóa học Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn tất cả thầy cô, gia đình và bạn bè

Thành phố Hồ Chí Minh năm 2012

MỤC LỤC

Trang phụ bìa

Lời cam đoan i

Lời cám ơn ii

Mục lục iii

Danh mục các kí hiệu, chữ viết tắt vi

Danh mục các bảng vii

Danh mục biểu đồ viii

Danh mục các hình ix

MỞ ĐẦU 1

Chương 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3

1.1 Lịch sử nghiên cứu tác dụng gây đột biến của tia gamma trên lúa trồng 3

1.1.1 Trên thế giới 3

1.1.2 Ở Việt Nam 3

1.2 Cơ chế tác động của tia gamma lên quá trình sinh trưởng và phát triển của lúa trồng 4

1.2.1.Tác dụng của tia gamma lên vật chất di truyền ở cấp độ phân tử (tác động lên phân tử ADN) 4

1.2.2.Tác dụng của tia gamma lên vật chất di truyền ở cấp độ tế bào 5

1.3 Triển vọng của ngành chọn giống bằng đột biến 9

1.4 Sơ lược về nguồn gốc của cây lúa Oryza sativa L (2n =24) 9

1.5 Các vùng trồng lúa chính ở Việt Nam 13

1.5.1 Đồng bằng sông Hồng 13

1.5.2 Đồng bằng ven biển miền Trung 14

1.5.3 Đồng bằng sông Cửu Long 14

1.6 Sự di truyền một số tính trạng hình thái – sinh lý 15

1.6.1 Sự di truyền một số tính trạng hình thái 15

1.6.2.Sự di truyền một số tính trạng sinh lý 19

1.7 Một số thành tựu về chọn giống lúa mới bằng đột biến thực nghiệm trên thế

giới và Việt Nam 21

1.7.1.Trên thế giới 21

1.7.2.Ở Việt Nam 22

Chương 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 24

2.1 Đối tượng nghiên cứu 24

2.2 Phương pháp nghiên cứu: 24

2.2.1 Qui trình thực hiện thí nghiệm ngoài đồng ruộng: 24

2.2.2 Phương pháp quan sát, mô tả hình thái và thu thập số liệu ở M2 25

2.2.3 Phương pháp tính tần số biến dị đột biến phát sinh ở M2 26

2.2.4 Phương pháp khảo sát các dòng đột biến có giá trị ở M3 27

2.3 Địa điểm và thời gian nghiên cứu 27

2.3.1 Địa điểm nghiên cứu 27

2.3.2 Thời gian nghiên cứu 27

Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 28

3.1 Ảnh hưởng kéo dài của liều chiếu xạ nguồn Co60 lên tỉ lệ sống sót thời kỳ mạ, đẻ nhánh và trổ chín trên các giống lúa nghiên cứu ở M2 28

3.2 Sự phát sinh một số biến dị hình thái ở M2 do xử lý bằng tia gamma (nguồn Co60) trên các giống lúa nghiên cứu 32

3.2.1 Đột biến về chiều cao cây 32

3.2.2 Biến dị kích thước bông 39

3.2.3.Biến dị cách xếp hạt trên bông 46

3.2.4 Biến dị lá đòng 51

3.2.5.Biến dị thay đổi kích thước lá đòng 55

3.3.Biến dị về sinh trưởng và phát triển ở M2 dưới tác dụng của tia gamma (nguồn Co60) 58

3.3.1 Biến dị về khả năng đẻ nhánh 58

3.4 Biến dị về thời gian sinh trưởng 66

3.4.1.Biến dị chín sớm 67

3.4.2 Biến dị chín muộn 69

3.5 Sự phát sinh biến dị về các yếu tố cấu thành nên năng suất ở M2 dưới tác dụng của tia gamma nguồn Co60 71

3.5.1 Biến dị tăng số nhánh hữu hiệu trên bông 71

3.5.2 Biến dị kích thước hạt 73

3.6 Đặc điểm nông sinh học của các dạng biến dị có giá trị ở M3 77

3.6.1.Đặc điểm nông sinh học của thể biến dị chín sớm ở 10CH 77

3.6.2 Đặc điểm nông sinh học của thể biến dị đẻ nhánh khỏe ở 207CH 79

3.6.3 Đặc điểm nông sinh học của thể biến dị hạt to ở 208CH 81

Chương 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 83

4.1 Kết luận 83

4.2 Kiến nghị 84

TÀI LIỆU THAM KHẢO 85

PHỤ LỤC x

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

BD

CH DMS

ĐB

ĐC FAO IAEA NSLT NST

SL TGST TLSS

tr

VD

Biến dị Chịu hạn Dimethyl sulfate Đột biến

Đối chứng

Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp thế giới

Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế Năng suất lý thuyết

Nhiễm sắc thể

Số lượng Thời gian sinh trưởng

Tỉ lệ sống sót Trang

Ví dụ

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 3.1 TLSS qua các thời kì sinh trưởng và phát triển của các giống lúa nghiên

cứu ở M2 29Bảng 3.2 Sự phát sinh đột biến thấp cây ở M2 do tác dụng của tia gamma nguồn

Co60 33Bảng 3.3 Sự phát sinh đột biến cao cây ở M2 do tác dụng của tia gamma nguồn

Co60 36Bảng 3.4 Sự phát sinh đột biến tăng chiều dài bông ở M2 do tác dụng của tia

gamma nguồn Co60 40Bảng 3.5 Sự phát sinh đột biến giảm chiều dài bông ở M2 do tác dụng của tia

gamma nguồn Co60 43Bảng 3.6 Sự phát sinh đột biến hạt xếp xít ở M2 do tác dụng của tia gamma

nguồn Co60

46Bảng 3.7 Sự phát sinh đột biến kiểu hình bông chụm dưới tác dụng của tia

gamma (nguồn Co60) 49Bảng 3.8 Sự phát sinh đột biến góc lá đòng hẹp ở M2 do tác động của tia gamma

(Co60) ở các giống lúa nghiên cứu 52 Bảng 3.9 Sự phát sinh đột biến kích thước lá đòng ở M2 do tác dụng của tia

gamma (nguồn Co60) 55Bảng 3.10 Sự phát sinh đột biến khả năng đẻ nhánh ở M2 dưới tác dụng của tia

gamma (nguồn Co60) ở các giống nghiên cứu 59 Bảng 3.11 Sự phát sinh đột biến về thời gian sinh trưởng dưới tác dụng của tia

gamma (nguồn Co60) 67Bảng 3.12 Sự phát sinh đột biến tăng nhánh hữu hiệu ở M2 dưới tác dụng của tia

gamma nguồn Co60

71Bảng 3.13 Sự phát sinh đột biến kích thước hạt ở M2 dưới tác dụng tia gamma

nguồn Co60 74Bảng 3.14 Đặc điểm nông sinh học của dạng đột biến chín sớm ở 10CH

78Bảng 3.15 Đặc điểm nông sinh học của dạng đột biến đẻ nhánh khỏe ở 207CH 80 Bảng 3.16 Đặc điểm nông sinh học của dạng đột biến hạt to ở 208CH 82

DANH MỤC BIỂU ĐỒ

Biểu đồ 3.1 Biểu đồ tỉ lệ sống sót thời kì mạ 29

Biểu đồ 3.2 Biểu đồ tỉ lệ sóng sót thời kì đẻ nhánh 30

Biểu đồ 3.3 Biểu đồ tỉ lệ sống sót thời kì trỗ - chín 30

Biểu đồ 3.4 Biểu đồ tần số đột biến cây thấp ở M2 34

Biểu đồ 3.5 Biểu đồ tần số đột biến cây cao ở M2 36

Biểu đồ 3.6 Biểu đồ tần số đột biến bông dài ở M2 40

Biểu đồ 3.7 Biểu đồ tần số đột biến bông ngắn ở M2 44

Biểu đồ 3.8 Biểu đồ đột biến hạt xếp sít ở M2 47

Biểu đồ 3.9 Biểu đồ tần số đột biến kiểu bông chụm ở M2 50

Biểu đồ 3.10 Biểu đồ tần số đột biến góc lá đòng ở M2 53

Biểu đồ 3.11 Biểu đồ tần số đột biến tăng chiều dài lá đòng ở M2 56

Biểu đồ 3.12 Biểu đồ tần số đột biến giảm chiều rộng lá đòng ở M2 57

Biểu đồ 3.13 Biểu đồ tần số đột biến đẻ nhánh nhiều ở M2 60

Biểu đồ 3.14 Biểu đồ tần số đột biến đẻ nhánh ít ở M2 64

Biểu đồ 3.15 Biểu đồ tần số đột biến chín sớm ở M2 68

Biểu đồ 3.16 Biểu đồ tần số đột biến chín muộn ở M2 70

Biểu đồ 3.17 Biểu đồ tần số đột biến tăng nhánh hữu hiệu ở M2 72

Biểu đồ 3.19 Biểu đồ tần số đột biến hạt nhỏ ở M2 76

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 3.1 Đột biến thấp cây ở 208CH 34

Hình 3.2 Đột biến cây thấp ở 7CH 35

Hình 3.3 Đột biến cao cây ở 208CH 37

Hình 3.4 Đột biến cây cao ở 7CH 38

Hình 3.5 Đột biến bông dài ở 7CH 42

Hình 3.6 Đột biến bông ngắn ở 7CH 45

Hình 3.7 Đột biến hạt xếp sít ở 10CH 48

Hình 3.8 Đột biến hạt xếp sít ở 208CH 49

Hình 3.9 Đột biến bông chụm ở 207CH 51

Hình 3.10 Đột biến lá đòng hẹp ở 10CH 54

Hình 3.11 Đột biến góc lá đòng thẳng ở 207CH 54

Hình 3.12 Đột biến tăng chiều dài lá đòng ở 7CH 57

Hình 3.13 Đột biến làm giảm chiều rộng lá đòng ở 10CH 57

Hình 3.14 Đột biến đẻ nhánh nhiều ở 208CH 61

Hình 3.15 Đột biến đẻ nhánh nhiều ở 10CH 62

Hình 3.16 Đột biến đẻ nhánh nhiều ở 7CH 62

Hình 3.17 Đột biến đẻ nhánh nhiều ở 207CH 63

Hình 3.18 Đột biến đẻ nhánh ít ở 10CH 65

Hình 3.19 Đột biến đẻ nhánh ít ở 208CH 65

Hình 3.20 Đột biến chín sớm ở 10CH 68

Hình 3.21 Đột biến chín muộn ở 208CH 70

Hình 3.22 Đột biến tăng nhánh hữu hiệu ở 10CH 73

Ở Việt Nam, cây lúa gắn liền với lịch sử phát triển gần 4000 năm của dân tộc cây lúa là hình ảnh luôn đi kèm với nền văn minh sông Hồng, với nhiều truyền thuyết, lễ hội đời sống văn hóa của người Việt Có thể nói lúa là cây lương thực chính trong mục tiêu phát triển nông nghiệp của Việt Nam để đảm bảo vững chắc

an ninh lương thực quốc gia và xuất khẩu Từ một nước thiếu đói quanh năm, Việt Nam đã phấn đấu trở thành quốc gia không chỉ đủ ăn mà còn là nước xuất khẩu lúa gạo đúng thứ 2 trên thế giới Nhu cầu sản xuất lúa gạo ngày càng tăng để đảm bảo cho tiêu dùng trong nước và xuất khẩu Với tổng diện tích trồng lúa chỉ khoảng 4,2 triệu ha nhưng không ngừng bị thu hẹp do sức ép từ việc đô thị hóa ngày càng tăng, bên cạnh đó sự thay đổi khí hậu toàn cầu cũng gây ảnh hưởng không ít đến khả năng sản xuất lúa gạo của nhà nông

Cùng với sự phát triển của nền kinh tế, đời sống của người dân ngày một nâng

cao, nhu cầu về lương thực không chỉ đòi hỏi ở mức độ đủ mà phải đảm bảo được chất lượng ngon và bổ dưỡng Để góp phần cung cấp nguồn nguyên liệu cho việc chọn, tạo ra những giống lúa có năng suất cao, phẩm chất tốt, chúng tôi đã chọn đề tài “

Nghiên cứu sự phát sinh đột biến ở thế hệ M2 của một số dòng lúa chịu hạn”

3 Nội dung nghiên cứu

- Theo dõi, phát hiện và ghi nhận những biến dị có lợi, Tính tần số biến dị

- Tiến hành chọn lọc các biến dị có lợi

- So sánh và đánh giá một số chỉ tiêu nông - sinh học (hình thái, sinh lý) giữa giống lúa đối chứng và các dạng biến dị đã phát hiện được sau khi xử lý phóng

xạ

4 Giới hạn phạm vi nghiên cứu

- Xác định tần số xuất hiện các biến dị ở M2 qua các giai đoạn mạ, giai đoạn trưởng thành

- Xác định những đặc điểm hình thái, sinh lý của các dạng biến dị so với giống lúa đối chứng

Chương 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 Lịch sử nghiên cứu tác dụng gây đột biến của tia gamma trên lúa trồng

Vào khoảng năm 1996 đã có các công trình nghiên cứu về ảnh hưởng của bức xạ ion hóa trên cây lúa nước được tiến hành Trải qua gần một thế kỉ, các nhà khoa học đã tìm thấy có nhiều tác nhân gây đột biến nhưng tia gamma luôn là tác nhân vật lý được nghiên cứu và sử dụng nhiều nhất Có thể sơ lược các công trình nghiên cứu tác dụng gây đột biến của tia gamma như sau:

Các tác giả như: Kawai (1965 – 1966), Guud và Fushuhara (1967), Janaka và Stamura (1968), Siddig và Swaminathan (1968 – 1969) đã nghiên cứu hiệu quả gây đột biến của tia gamma (nguồn Co60) khi xử lý hạt ướt (hạt thấm nước, hạt ngâm nước bão hòa) thu được kết quả cho thấy rằng hạt ướt có độ cảm ứng phóng xạ cao hơn, cho tần số đột biến về hình thái, sinh trưởng và phát triển cao hơn so với xử lý hạt khô [1] [18]

Các tác giả Savin, Sawanninathan, Sharma (1968) đã chiếu tia gamma (nguồn

Co60) vào hạt lúa hút nước bão hòa hoặc hạt nảy mầm để nghiên cứu tần số và phổ đột biến cấu trúc nhiễm sắc thể

1.1.2 Ở Việt Nam

Các công trình nghiên cứu theo hướng gây đột biến bằng tia gamma trên hạt khô của các tác giả như: Nguyễn Minh Công (1968), Trịnh Bá Hữu, Lê Duy Thành (1969 –

1970), Trần Minh Nam (1978), Trần Duy Quý (1983, 1987, 1989…) Hầu hết các tác giả đều đề cập đến hiệu quả gây đột biến của tia gamma khi xử lý hạt khô

Trần Duy Quý đã có công trình nghiên cứu (1982 – 1985) khi xử lý tia gamma trên hạt ẩm và hạt nứt nanh của lúa IR8, IR22, C4 – 63 … rồi cố định rễ mầm ở các thời điểm khác nhau, đã xác định được mối quan hệ giữa thời điểm cố định và tần

số, phổ sai hình nhiễm sắc thể

Đào Xuân Tân (1995) [18], nghiên cứu sự phát sinh các đột biến lặn ở M2 khi

xử lý tia gamma (nguồn Co60) vào các thời điểm khác nhau của hạt nảy mầm ở 5 giống lúa nếp đã đi đến kết luận rằng:

- Phóng xạ vào thời điểm 72 giờ hoặc 75 giờ cho tổng tần số đột biến diệp lục cao nhất, trong số các kiểu đột biến diệp lục xuất hiện, phổ biến nhất là kiểu Albina

- Phóng xạ vào thời điểm 72 giờ và 75 giờ cho tần số đột biến lặn về hình thái,

về sinh trưởng và phát triển cao nhất, đặc biệt là các đột biến có ý nghĩa trong chọn giống

Đỗ Hữu Ất (1996) đã nghiên cứu hiệu quả gây đột biến của tia gamma khi

xử lý vào các thời điểm khác nhau của các hạt lúa nảy mầm thuộc 6 giống lúa Tám, đặc sản Việt Nam đã kết luận : chiếu xạ liều lượng 10 kR hoặc 15 kR vào các thời điểm nảy mầm 69 giờ hoặc 72 giờ cho tần số cao về các đột biến có ý nghĩa chọn giống [1]

1.2 Cơ chế tác động của tia gamma lên quá trình sinh trưởng và phát triển của lúa trồng

1.2.1.Tác dụng của tia gamma lên vật chất di truyền ở cấp độ phân tử (tác động lên phân tử ADN)

Theo Oganhexian (1969), tính đặc thù của sự phát sinh đột biến có liên quan đến đặc điểm của quá trình từ thời điểm bắt đầu xâm nhập của các tác nhân vào tế bào, vận động đến một thời điểm nào đó trên nhiễm sắc thể, rồi gây ra biến đổi cấu

trúc phân tử của gen dẫn đến trở thành đột biến

Khi phóng xạ tia gamma vào dung dịch ADN sẽ gây ra những biến đổi chủ yếu sau:

- Gây đứt đơn: đứt 1 mạch của phân tử ADN làm ADN bị biến dạng, tạo cuộn, giảm thể tích phân tử

- Gây đứt kép: phân tử ADN bị giảm chiều dài, giảm cả độ nhớt của dung dịch

- Tạo cầu giữa các phân tử: làm tăng khối lượng phân tử, tăng độ nhớt, giảm độ hòa tan và tạo ra các búi không tan

- Tạo các phân tử phân nhánh: do sự gắn một số đoạn của các phân tử bị đứt vào phân tử khác còn nguyên vẹn

- Tạo liên kết protein – ADN, làm cho protein bị biến tính hay liên kết giữa bazơ pirimidin biến tính với các axit amin

- Phá hủy cấu trúc không gian của ADN (biến tính ADN)

- Gây hiện tượng nhị trùng phân timin

- Phá hủy gốc dị vòng Nitơ

- Hydrat hóa các bazơ Nitơ

- Gây ra hiện tương hỗ biến: tia gamma làm thay đổi vị trí của nguyên tử hidro, dẫn tới sự hình thành gốc lactim hay timin, hậu quả là sự sao chép sai của ADN, tạo ADN đột biến ở các thế hệ sau.[4][13]

1.2.2.Tác dụng của tia gamma lên vật chất di truyền ở cấp độ tế bào

*Tác động của tia gamma (nguồn Co 60 ) lên cấu trúc nhiễm sắc thể

Theo Xvenson [5], bức xạ ion hóa có thể gây nên sự phân đoạn của nhiễm sắc thể Có 2 kiểu phân đoạn nhiễm sắc thể là:

- Loại đứt thật: đứt rời thành từng khúc

- Loại tiềm tàng: chưa đứt rời mà ở trạng thái tiềm tàng, có thể chuyển sang đột biến sau một thời gian nhất định hoặc phục hồi lại trạng thái ban đầu Crogodin và Lutxomic [19] lại cho rằng: phóng xạ ion hóa có thể hủy hoại nhiễm sắc thể một cách trực tiếp hoặc kéo dài

Nếu có các điều kiện tương ứng hoặc đủ về thời gian thì sự hủy hoại tiềm tàng có thể trở thành hiện thực và đột biến bắt đầu xuất hiện trong cấu trúc nhiễm sắc thể

Nói chung khi xử lý các tác nhân phóng xạ ion hóa ở liều lượng trung bình cho tới liều lượng không quá ngưỡng chịu đựng của tế bào, thì ở kì sau của nguyên phân thấy xuất hiện cầu, đoạn, vòng khuyên,… Hiện tượng chuyển đoạn lớn và nhỏ hoặc đảo đoạn thường được phát hiện trong giảm phân, đó là sai hình nhiễm sắc thể Mức độ sai hình nhiễm sắc thể thể hiện bằng các kiểu cấu trúc lại nhiễm sắc thể tăng dần theo chiều xạ.[1]

*Tác động của tia gamma (nguồn Co 60 ) lên quá trình phân chia tế bào:

• Đối với nguyên phân, tia gamma có thể gây nên các hiệu quả sau:

- Kìm hãm hay dừng tạm thời quá trình nguyên phân (kéo dài một pha nào

đó trong chu kì tế bào)

- Làm dừng hoàn toàn quá trình nguyên phân nhưng không gây chết tế bào

mà làm mất khả năng phân chia tế bào

- Làm tăng độ nhớt và kết dính nhiễm sắc thể dẫn đến sự chết tế bào

- Gây hiện tượng “hậu kỳ đa cực” hậu quả của nó là gây hiện tượng sai hình nhiễm sắc thể một cách phức tạp (tạo cầu, đoạn, vòng,…)

- Đôi khi bức xạ liều lượng thấp lại kích thích sự phân bào.[6]

• Đối với giảm phân, năm 1958, khi dùng tia X gây bức xạ ion hóa ở Longiflorum , Mistra đã thu được kết quả như sau:

- Gây sai hình nhiễm sắc thể ở diplonem: các bivalent có thể kết dính với nhau tạo thành vòng nhiễm sắc thể lớn, phần lớn các vòng này đều do chuyển đoạn phức tạp tạo nên

- Gây sai hình nhiễm sắc thể ở hậu kỳ I hoặc II Các kiểu sai hình thường thấy trong giảm phân là: đứt nhiễm sắc thể, tạo 1 hoặc 2 đoạn nhiễm sắc thể và cầu nhiễm sắc thể; đứt chromatid, tạo ra sự lặp đoạn; tạo cầu chromatid, vòng và 2 đoạn

do chuyển đoạn; đứt chromatid, tạo nên cầu chromatid, vòng chromatid ở trạng thái kép; tạo nhiễm sắc thể có 2 tâm và 2 đoạn, hình thành các đoạn riêng rẽ và cầu

chromatid ở kỳ sau I (Mistra 1958, Sutka 1974, Nguyễn Minh Công và cộng sự 1975-1978) [6]

* Tác dụng của phóng xạ đối với thực vật

Theo Kaidin và Linser xử lý thực vật bằng tác nhân phóng xạ có thể tiến hành theo các phương pháp sau:

- Chiếu xạ hạt khô hoặc ướt

- Ngâm hạt trong dung dịch đồng vị phóng xạ

- Trồng cây trong đất có bón đồng vị phóng xạ

- Đưa chất đồng vị phóng xạ vào cây

- Phóng xạ thực vật trong quá trình sinh trưởng, phát triển.[1]

Ngày nay người ta còn chiếu xạ các cơ quan, bộ phận riêng rẽ của cây như: chồi, nụ hoa, bao phấn, bầu nhụy, hoặc xử lý cây đang trồng trong từng thời kỳ bằng trường gamma hoặc thiết bị chiếu xạ chuyên dụng của các trung tâm chiếu xạ

Hiệu quả của chiếu xạ thực vật ở thế hệ đầu thể hiện ở những biến đổi dương tính, đó là những biến đổi về cấu trúc, hình thái, sinh lý, sinh trưởng, sinh sản và gây chết Người ta phân biệt tác dụng ngay sau khi xử lý phóng xạ (hiệu quả tức thời) với những biến đổi ngay sau khi xử lý phóng xạ (hiệu quả chậm hay hiệu quả kéo dài)

Về hiệu quả tức thời có thể kể ra một số hình thức chủ yếu sau đây:

- Biến đổi hóa sinh và lý hóa sinh

- Biến đổi sinh lý giới hạn của một số cấu trúc trong vật liệu bị chiếu xạ

- Biến đổi vật chất di truyền

Về hiệu quả chậm, chiếu xạ gây ra các biến đổi nêu trên nhưng diễn ra suốt quá trình sinh trưởng và phát triển của thực vật

Đối với các loài thực vật, liều lượng thấp có tác dụng kích thích sinh trưởng, còn liều lượng cao quá giới hạn chịu đựng sẽ gây chết tế bào và cơ thể

Trên lúa, khi xử lý hạt khô bằng tia gamma ở các liều lượng 5kR, 10kR nhiều khi kích thích quá trình sinh trưởng và phát triển [13]

Cơ chế của sự kích thích sinh trưởng do xử lý phóng xã lên hạt khô được Kuzin A.M (1963) [1], [13] giải thích như sau:

- Ở liều lượng thấp, bức xạ gây nên sự hình thành các nhóm gốc hữu cơ tự do

ở những khu vực nhất định trong tế bào (những khu vực mẫn cảm hơn so với bức xạ) Các gốc tự do này có thể tồn tại một thời gian nhất định; thường là khá dài trong điều kiện yếm khí, thiếu nước và không bị tác dụng trong điều kiện nhiệt độ tối thích Theo tác giả, có thể là gốc tự do được hình thành trong cấu trúc của lipoprotein Để hạt nảy mầm cần có đủ các điều kiện nhiệt độ, nước và không khí (oxy) Một lượng nước và oxy sẽ thấm vào màng hạt và tác dụng với các polyme tự

do tạo nên một dây chuyền phản ứng như sau:

Tác dụng của phóng xạ vào hạt có thể gây hiệu quả ở mọi giai đoạn trong quá trình phát triển cá thể:

- Tác dụng trực tiếp đến chiều hướng và tốc độ các phản ứng sinh hóa, chi phối sự nảy mầm

- Tác dụng gây chết phôi mầm, đình chỉ ngay quá trình nguyên phân đầu tiên hoặc làm ngừng sự sinh trưởng của phôi

- Tác dụng xa hơn có thể ở những cấp độ khác nhau:

• Kìm hãm một pha nào đó của quá trình nguyên phân, làm suy giảm sức sống của phôi mầm, lá mầm, rễ mầm, cuối cùng là gây chết ở ngay thời kỳ mạ, hoặc gây chết muộn hơn (thời kỳ đẻ nhánh, trổ - chín) (Alice Sawvulescu, Becerescu 1970) [1]

• Không gây chết ở thời kỳ muộn mà gây biến đổi về hình thái, sinh trưởng và phát triển

1.3 Triển vọng của ngành chọn giống bằng đột biến

Ngay từ những năm 1970, cơ quan Năng Lượng Nguyên Tử quốc tế (IAEA)

và tổ chức Nông Lương thế giới (FAO) đã tài trợ mở rộng hướng nghiên cứu gây đột biến cải tạo những giống cây nông nghiệp và cây công nghiệp nhiều nước trên thế giới nhằm tạo hàng loạt các giống mới như: lúa, lúa mì, lúa mạch, táo, chanh, mía, chuối và những loại cây trồng khác Cho tới năm 2007 (FAO/IAEA Mutant Varieties Database), trên 2600 giống cây trồng đã được tạo ra bằng gây đột biến thực nghiệm trên phạm vi 62 nước Việc ứng dụng kỹ thuật hạt nhân để cải tiến cây trồng đã mang lại hiệu quả cực kì to lớn về kinh tế nông nghiệp Cho đến nay ước tính hàng trăm tỷ đô la và hàng trăm triệu hecta gieo trồng bằng những giống cây trồng được tạo ra từ đột biến

1.4 Sơ lược về nguồn gốc của cây lúa Oryza sativa L (2n =24)

Đến nay đã có rất nhiều nghiên cứu về nguồn gốc và quá trình tiến hóa của cây lúa, nhưng các kết quả nghiên cứu vẫn chưa có sự thống nhất Tuy nhiên, đã có

sự thống nhất cho rằng lúa trồng ngày nay là kết quả của sự tiến hóa liên tục từ cây lúa dại dưới sự tác động của tự nhiên và con người qua nhiều thiên niên kỷ

Hiện nay cây lúa (Oryza sativa L.) được trồng nhiều ở vùng có điều kiện sinh

thái và khí hậu đa dạng ở cả Châu Á, châu Âu, châu Mỹ, châu Phi và châu Đại Dương Từ vùng đất thấp ven biển đến các vùng có độ cao 3.000m thuộc dãy Himalaya; từ những vùng có độ ngập nước sâu tới 3 – 4m ở Bangladesh đến vùng nương đồi cao không có lớp nước phủ; từ vùng nhiệt đới mưa nhiều đến những vùng khô hạn với lượng mưa chỉ từ 9 – 13 mm trong một vụ lúa [7]

Kết quả nghiên cứu trong vài thập niên gần đây về nguồn gốc cây lúa cho thấy, quê hương đầu tiên của cây lúa là vùng Đông Nam Á và Đông Dương Ở những nơi này, người ta đã tìm thấy dấu ấn của cây lúa từ khoảng 10.000 năm trước Công Nguyên Còn ở Trung Quốc, bằng chứng lâu đời nhất về cây lúa chỉ từ 5.900 – 7.000 năm về trước Một số tác giả Nhật Bản cũng cho rằng, lúa trồng không phải

là loài bản địa của Trung Quốc mà nó được di thực từ Đông Dương, đặc biệt là từ bắc Việt Nam Lúa trồng được di thực vào lục địa Trung Quốc theo hai hướng: một

từ Nepal qua Myanmar, Vân Nam đến miền đông Trung Quốc: một hướng khác từ Việt Nam đến đồng bằng sông Dương Tử Từ Đông Nam Á, nghề trồng lúa được du nhập vào Trung Quốc, rồi lan sang Nhật Bản, Hàn Quốc, những nơi mà cư dân chỉ quen với nghề trồng lúa mạch Có thể có 3 trung tâm xuất hiện sớm nhất của cây lúa trồng châu Á; trung tâm Assam, trung tâm biên giới Thái Lan – Miến Điện và trung tâm Tây Bắc việt Nam [17]

Về tổ tiên của cây lúa trồng châu Á cũng chưa có kết luận cuối cùng; một số

tác giả cho rằng Oryza sativa có nguồn gốc từ cây lúa dại lâu năm O.rufipogon, một

số tác giả khác lại cho rằng Oryza sativa được tiến hóa từ cây lúa dại hàng năm O

nivara Quan điểm chung hiện nay là: lúa trồng châu Á có thể có một trong ba

nguồn gốc xuất xứ từ lúa dại lâu năm O.rufipogon; từ lúa dại hàng năm O nivara;

từ dạng tạp giao tự nhiên giữa hai loài lúa dại nói trên

Lúa trồng châu Phi Oryza glaberrima được trồng ở miền Tây châu Phi từ cách

đây 3.500 năm Nhóm này có đặc điểm thân cao như India, gié lúa thẳng, có ít hoặc không có nhánh phụ, hạt lúa không có lông trên vỏ trấu và gạo đỏ Loại lúa này kháng nhiều sâu bệnh và chịu được hạn, nhưng năng suất kém hơn lúa trồng châu Á

Oryza sativa Nó xuất hiện từ vùng đồng bằng Mali cùng một số nơi khác như vùng đất cao Guinea, đồng bằng ven biển Casamance, thượng lưu sông Niger, phần Tây Nam bờ biển Guinea Hai loài lúa trồng châu Á và lúa trồng châu Phi được thuần hóa thành lúa trồng một cách độc lâp với nhau

Lúa trồng Oryza sativa L được tiến hóa từ cây lúa dại hàng năm Oryza nivara

Do điều kiện khí hậu, đặc biệt là nhiệt độ, lúa Oryza sativa tiếp tục tiến hóa theo ba

nhóm: Indica thích hợp với khí hậu nhiệt đới, Japonica thích ứng với khí hậu lạnh

và Javanica có đặc tính trung gian (Chandhary R.C và D.V Tran, 2001) Tác giả

Oka (1988) lại cho rằng Oryza sativa có nguồn gốc từ cây lúa dại lâu năm Oryza

rufipogon Cheng và cs (2003), khi nghiên cứu di truyền tiến hóa của 101 giống

lúa, bao gồm cả lúa trồng và lúa dại, đã chia lúa trồng Oryza sativa thành hai nhóm

tương ứng với hai loài phụ là Indica và Japonica Trong khi đó Oryza rufipogon được chia thành bốn nhóm: nhóm Oryza rufipogon hàng niên và ba nhóm Oryza

rufipogon đa niên Tác giả cũng đã chỉ ra các giống lúa Japonica có quan hệ gần gũi

với một nhóm Oryza rufipogon đa niên, còn các giống lúa Indica có quan hệ gần với nhóm lúa Oryza rufipogon hàng niên Ở châu Phi cũng thấy xuất hiện cả hai loài lúa

dại Oryza longistaminata (đa niên) và Oryza brevigulata (hàng niên), do đó nhiều tác giả cho rằng Oryza glaberrima có nguồn gốc từ Oryza brevigulata

Cho đến nay, nhiều nhà khoa học cho rằng lúa glaberrima và lúa sativa có cùng chung nguồn thủy tổ vào thời kỳ lục địa nguyên thủy Gondwanaland Sau khi các lục tách rời nhau, lúa sativa và glaberrima tự tiến hóa từ các loài lúa dại bản địa ở Châu Á và châu Phi[20]

a

O.sativa Japonica

Ôn đới Nhiệt đới

Lúa dại đa niên

Lúa dại hàng niên

Lúa trồng

1.5 Các vùng trồng lúa chính ở Việt Nam

Việt Nam có bờ biển dài trên 3000 km, sông núi nhiều, địa hình phức tạp nên

đã hình thành nhiều vùng trồng lúa khác nhau

Căn cứ vào điều kiện tự nhiên, tập quán canh tác, sự hình thành mùa vụ và phương thức gieo trồng, nghề trồng lúa được hình thành và phân chia thành 3 vùng lớn: Đồng bằng sông Hồng, đồng bằng ven biển miền Trung và đồng bằng sông Cửu Long

1.5.1 Đồng bằng sông Hồng

Đồng bằng sông Hồng do hệ thống sông Hồng và hệ thống sông Thái Bình tạo thành Châu thổ sông Hồng có hình dạng giống như hình tam giác cân, có đỉnh là Việt trì, cạnh đáy là bờ biển dài 150km từ Quảng Ninh đến Ninh Bình Diện tích toàn Châu thổ khoảng 15 000 km2 Đất được bồi tụ bằng phù sa của hệ thống sông Hồng, sông Cầu, sông Thương và sông Lục Nam Do đất đai có độ màu mỡ cao và ngày càng chủ động về nguồn nước tưới, cùng với yếu tố khí tượng thuận lợi cho sản xuất nông nghiệp nên vùng đồng bằng song Hồng có thể phát triển theo hướng thâm canh và có điều kiện trở thành một vựa thóc lớn

- Lúa xuân (xuân sớm, chính vụ và xuân muộn) với bộ giống rất đa dạng, được gieo cấy vào cuối tháng 11 và thu hoạch vào đầu tháng 6 năm sau Những năm gần đây, trà xuân muộn với các giống Q5, KD18, CR203, lúa lai 2 và 3 dòng được mở rộng và phát triển mạnh, chiếm 80 -90% diện tích lúa chiêm xuân ở phía Bắc

- Vụ lúa mùa: mùa sớm, mùa trung và mùa muộn, bắt đầu vào cuối tháng 5

và kết thúc vào trung tuần tháng 11 hàng năm

1.5.2 Đồng bằng ven biển miền Trung

Vùng đồng bằng ven biển miền Trung kéo dài từ Thanh Hóa đến Phú Yên, Khánh Hòa Khí hậu và đất đai của vùng này có sự phân hóa rõ rệt từ Bắc vào Nam

*Các vụ lúa chính và tập quán canh tác ở vùng đồng bằng ven biển miền Trung Vùng đồng bằng ven biển Trung Bộ có 3 vụ lúa trong năm: vụ đông xuân, hè thu và

vụ mùa (còn gọi là vụ ba, vụ tám và vụ mười)

- Vụ đông xuân (vụ ba): bắt đầu từ cuối tháng 10 và thu hoạch vào tháng 4(tháng 3 âm lịch)

- Vụ hè thu (vụ tám) : bắt đầu từ cuối tháng 4 và thu hoạch vào cuối tháng 9 (tháng 8 âm lịch)

- Vụ mùa (vụ mười): bắt đầu từ cuối tháng 5 và thu hoạch vào tháng 11(tháng 10 âm lịch)

Tóm lại, ở đồng bằng ven biển Trung Bộ do địa hình dốc và hẹp, nên yếu tố chính để quyết định thời vụ, phương thức gieo cấy là nước và đất

1.5.3 Đồng bằng sông Cửu Long

Đồng bằng Nam bộ (còn gọi là đồng bằng sông Cửu Long), là vùng mới được khai thác khoảng 500 - 600 năm trở lại đây Diện tích toàn châu thổ là 36.000 km2, trong đó diện tích có thể trồng trọt được khỏang 2,1 triệu ha và đã trồng lúa 1,5 - 1,6 triệu ha

Đồng bằng sông Cửu Long tương đối bằng phẳng, độ dốc không đáng kể (1cm/km) Sông Cửu Long với 2 nhánh là sông Tiền và sông Hậu, dài trên 120 km Lượng phù sa của sông Cửu Long lớn đạt 1000 triệu tấn /năm, 1m3 nước có 0,1 kg phù sa ở mùa khô (tháng 3-4), 0,3 kg phù sa ở mùa lũ cao ( tháng 9,10)

Thành phần cơ giới của đất phù sa là sét, chất dinh dưỡng phong phú song thiếu lân.Đất phèn ảnh hưởng chủ yếu của sun phát sắt, sun phát nhôm, độ pH thấp (4,5 - 5) Vùng đất mặn (rừng U Minh) có nhiều chất hữu cơ, dày 30 cm, có nơi trên 3m

và thiếu các nguyên tố phụ

Nói chung, đồng bằng sông Cửu Long có chủng loại đất phong phú, hàm lượng dinh dưỡng cao Tuy nhiên, đối với các loại đất chua, phèn, mặn cần có biện pháp cải tạo (bón lân, rửa mặn và phèn) để sử dụng và khai thác hiệu quả hơn

*Các vụ lúa chính ở đồng bằng sông Cửu Long

- Vụ mùa: Bắt đầu vào mùa mưa (tháng 5-6) và kết thúc vào cuối mùa mưa ( tháng 11), gồm các giống lúa địa phương dài ngày và thích nghi với nước sâu Vụ lúa mùa có diện tích khoảng 1,5 triệu ha

- Vụ đông xuân: Là vụ lúa mới, ngắn ngày, diện tích khoảng 70-80 vạn ha, bắt đầu vào cuối mùa mưa tháng 11 - 12 và thu hoạch đầu tháng 4

- Vụ hè thu: Vụ hè thu là một vụ lúa mới, ngắn ngày, bắt đầu từ tháng 4 và thu hoạch vào trung tuần tháng 8 và có diện tích khoảng 1,1 triệu ha

Trồng lúa ở Đồng bằng vùng đồng bằng sông Cửu Long theo 2 phương thức lúa cấy và lúa sạ Tùy theo địa hình có mức độ ngập nước khác nhau mà

áp dụng cho phù hợp

Hiện nay do tiến bộ kĩ thuật của sản xuất lúa, công tác thủy lợi cũng đã được giải quyết khá mạnh mẽ nên nhiều vùng trước đây ngập nước đã được cải tạo Do vậy, phần lớn diện tích ở đồng bằng sông Cửu Long chủ yếu là gieo sạ, cuối vụ vẫn

còn một số diện tích lúa nổi.[9]

1.6 Sự di truyền một số tính trạng hình thái – sinh lý

1.6.1 Sự di truyền một số tính trạng hình thái

Chiều cao cây và tính kháng đổ ngã

Về hệ gen kiểm soát chiều cao cây lúa, theo Chang (1964), chiều cao cây lúa được kiểm tra bởi một số gen tương tác theo kiểu cân bằng như: D, Sm, md, dw, T

và D Mức độ chi phối tính trạng chiều cao cây của chúng theo thứ tự: D>Sm>dw>md Ngoài ra còn có gen át chế đối với gen T là gen I Cây có kiểu gen I-T-sẽ có dạng lùn [23]

Lần đầu tiên người ta phát hiện được gen lặn đột biến sd1 ở giống lúa lùn Calrose-76 (một giống lúa đột biến từ giống lúa cao cây Calrose của bang Califoocnia-Mỹ), tiếp theo là các alen của nó ở giống lúa nửa lùn De-Geo-Woo-

Gene (DGWG) Các công trình nghiên cứu sau đó tập trung phát hiện các gen và alen lùn của giống lúa khác, xác định quan hệ của chúng với Sd1 [16]

Có rất nhiều công trình nghiên cứu tìm hiểu tác động của gen lùn lên đặc điểm cấu trúc các tế bào ở đốt thân, hình thái, đặc tính sinh lý của rễ lúa Khush và Toennissen (1991) đã thống kê tới hơn 50 gen liên quan đến tính lùn hoặc rút ngắn

bộ phận nào đó của cây lúa, chúng phân bố trên 11 NST (trừ NST số 7) Do vậy trong điều kiện tự nhiên, tần số xuất hiện các alen đột biến làm thay đổi chiều cao cây là rất cao

1.6.1.1 Tính trạng hình thái lá

* Góc lá đòng và lá công năng

Lá thẳng đứng là tính trạng hình thái lá quan trọng nhất có quan hệ đến năng suất cao Lá thẳng đứng cho phép ánh sáng xâm nhập và phân bố đều trong ruộng lúa, do đó khả năng quang hợp cao hơn

Lá thẳng đứng là kết quả ảnh hưởng đa hướng của gen lùn, có độ khả di rất cao, nên dễ nhận ra lúc mới trổ bông và đánh giá bằng mắt [22]

* Chiều dài, chiều rộng lá đòng và lá công năng

Lá đòng là lá cuối cùng và trên một nhánh lúa thì nó là lá trên cùng Vì vậy

nó tiếp nhận được nhiều ánh sáng nhất Từ khi trổ, lá đòng hoạt động không kém lá công năng, do ra sau, trẻ hơn và ở phía trên nên có vai trò lớn nhất trong nuôi dưỡng bông lúa [16]

Từ các kết quả nghiên cứu của mình, Mitra (1962) đã kết luận: chiều dài và chiều rộng lá được kiểm soát bởi hệ thống di truyền khác nhau và mỗi tính trạng được kiểm soát bởi nhiều gen

Kramer (1974) sử dụng phép lai diallel giữa 7 giống lúa khác nhau về chiều dài và chiều rộng phiến lá, kết quả cho thấy: lá đòng thường ngắn hơn lá công năng, hai lá trên được kiểm soát bời các hệ thống di truyền khác nhau, đối với cả hai loại

lá trên đều thấy hiện tượng siêu trội Tuy nhiên đối với lá đòng, hầu hết các gen trội đều tác động theo hướng làm cho phiến lá dài Còn ở lá công năng thì số gen trội và

số gen lặn với số lượng tương đương thì tác động tương tự như trên [16]

Chiều rộng của lá ít biến đổi hơn chiều dài, dù vậy sự khác biệt cũng rất rõ cho cả giống lúa lùn lẫn cao Lá hẹp thường được cho là góp phần tạo năng suất cao

vì nó phân bố đều hơn lá rộng, ít gây bóng rợp trong tán lá [22]

Từ kết quả thực nghiệm của mình, Kikuchi và cộng sự (1978) đã cho rằng: phiến lá rộng là trội không hoàn toàn, tính trạng chiều rộng lá đòng được kiểm soát bởi nhiều gen

1.6.1.2 Tính trạng hình dạng bông lúa

* Chiều dài bông lúa:

Khush, 1991 đưa ra kết luận: gen lặn đột biến đánh dấu “sp” trực tiếp xác định bông dài ở dạng ban đầu Dưới tác dụng của phóng xạ, locus Sp có thể phát sinh đột biến lặn theo nhiều hướng khác nhau, có hướng tăng cường chiều dài bông (ví dụ: Sp1>sp1,sp2,sp3) ở các mức độ khác nhau

Theo nghiên cứu của Vanderstok J.E (1910), Jones (1928) và Ramiah (1930), kiểu hình bông dài là trội so với bông ngắn và phân ly theo kiểu đa phân, chứng tỏ

có nhiều gen chi phối tính trạng chiều dài bông

Đến năm 1958, Syakudo đề xuất: tính trạng chiều dài bông do 6 gen đa phân chi phối nhưng chưa rõ các gen cụ thể, chỉ cho biết tính trạng này phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện môi trường

Chú ý rằng, chiều dài bông cần kết hợp hài hoà với cổ bông Bông dài mà cổ bông quá dài thì dễ gãy Bông dài mà không trổ thoát (cổ bông âm) thì tỷ lệ lép lại cao, làm giảm năng suất [16]

Theo IRRI, độ thoát cổ bông gồm 5 mức độ: thoát tốt, thoát trung bình, vừa đúng cổ bông, thoát một phần, không thoát được Nhìn chung khả năng trổ không thoát cổ bông được coi là một nhược điểm di truyền [14]

Đặc điểm của hạt

Kích thước hạt được khống chế bởi chiều dài, chiều rộng và bề dày hạt, trong

đó chiều dài hạt là yếu tố quyết định (Takeda 1991) Theo Jenning và cộng sự (1979) chiều rộng và độ dày hạt rất ít thay đổi so với chiều dài Ảnh hưởng của môi trường đối với chiều dài hạt nói chung là nhỏ so với khối lượng hạt, vì hệ số di truyền của chiều dài hạt là tương đối cao

Theo Jenning và cộng sự (1979), trừ kiểu hạt rất dày và mập, chiều dài và hình dạng hạt được di truyền độc lập nhau và độc lập với những tính trạng phẩm chất gạo như hàm lượng protein, tính ngủ, nghỉ của hạt Chiều dài hạt là tính trạng

số lượng, được kiểm soát bởi nhiều gen, thứ tự mức độ trội: hạt dài > hạt trung bình

> hạt ngắn > hạt rất ngắn [16]

Chandraratna và Sakai (1960) phát hiện hiện tượng di truyền theo dòng mẹ

về kích thước hạt ở một số giống lúa Indica

Shakudo (1951), Takeda (1952) cùng phát hiện được các gen đột biến trội không hoàn toàn, quy định tính trạng hạt dài và tác động đa hiệu lên chiều cao cây của một số thể đột biến [16] Shakudo (1951), tìm thấy một gen trội không hoàn toàn tác động đa hiệu lên chiều dài hạt và chiều cao cây

Chang (1928) nghiên cứu sự di truyền chiều dài hạt qua phép lai giữa hạt ngắn (4,1mm) và hạt dài (8,8mm) đã phát hiện ở quần thể F2 có sự phân ly theo tỷ

lệ 1:2:1, tính trạng hạt ngắn là trội không hoàn toàn so với tính trạng hạt dài

Chandararatna (1960), Chandhary (1984), Trần Duy Quý (1988,1992) đều cho rằng, tính trạng hạt tròn là trội so với hạt dài, phép lai giữa giống hạt tròn và hạt dài có tỷ lệ 3 hạt tròn: 1 hạt dài ở F2 [16]

* Râu trên hạt

Phần lớn các nhà chọn giống chọn hạt không râu vì râu thường cứng, dài và làm trở ngại việc đập và xay lúa Các dòng lúa có một ít hạt có râu trên bông, nhất

là các hạt ngoài cùng, không đặt thành vấn đề quan trọng và không nên loại bỏ chỉ

vì hình thái đó [22]

1.6.2 Sự di truyền một số tính trạng sinh lý

1.6.2.1 Tính trạng thời gian sinh trưởng

Thời gian sinh trưởng của cây lúa tính từ nảy mầm cho đến chín thay đổi từ

90 đến 180 ngày tuỳ theo giống và điều kiện ngoại cảnh [16] Thời gian sinh trưởng của cây còn phụ thuộc vào thời vụ gieo cấy với điều kiện ngoại cảnh khác nhau [8]

Về bản chất di truyền của tính trạng này, theo Chang (1964) và Grist (1968), tính chín sớm hay muộn của các giống lúa thuộc loại hình Indica là do 1 locus trực tiếp xác định Còn theo Kuo-Hai-Tsai (1986), Khush và Toenniessen (1991), Dung

và Sano (1997) thì có hai nhóm gen điều khiển tính trạng thời gian sinh trưởng của lúa:

- Nhóm gen điều khiển pha sinh trưởng cơ bản (BVP)

- Nhóm gen điều khiển pha cảm ứng quang chu kỳ (PS)

Kuo-Hai-Tsai (1997) phát hiện, có 3 gen điều khiển pha sinh trưởng cơ bản ở lúa là Ef-1,mEf-1 và Lf-1 [16]

Locus Ef-1 (viết tắt là E1) có ít nhất 1 alen lặn (ký hiệu là e) và 5 alen trội (E1,Ea,Eal,Eb,Egamma) Hiệu quả trội của mỗi alen nói trên là rút ngắn thời gian sinh trưởng khoảng vài ngày

Locus mEf-1(m) có 1 alen lặn m và một alen trội không hoàn toàn so với m (ký hiệu m+) Người ta thấy rằng các alen của các locus nói trên tổ hợp với nhau sẽ

có tác động bù trừ làm xuất hiện kiểu hình dại

Theo Khush và cộng sự (1991): rất có thể Ef-1 nằm trên NST số 10, mEF-1 nằm trên NST số 7 và Lf-1 nằm trên NST số 3

Kuo-Hai-Tsai (1987) đã nghiên cứu và khẳng định, chính alen E1 cũng như tính át chế mạnh của nó đối với alen E2 trong điều kiện ánh sáng ngày ngắn đã rút ngắn thời gian sinh trưởng [24]

Theo Okumoto và cộng sự (1996), tập hợp các locus E1, E2, E3 và Se1 điều khiển phản ứng quang chu kỳ, còn locus Ef-1 thì chỉ điều khiển pha sinh trưởng cơ

bản ở mỗi nhóm giống này đều có những kiểu gen chính đối với những locus E1, Se1, Ef-1

Theo Trần Duy Quý và cộng sự (1978) cho rằng có 5 gen quy định tính chín sớm Efm, Efk, Efg, Efo và Eff, các alen này có biểu hiện trội hoàn toàn hoặc không hoàn toàn Các giống có thời gian sinh trưởng trung bình mang tổ hợp 5 alen Efm

,

Efg, Efk, Efo và Eff trong đó Efm có hiệu quả ức chế các alen còn lại Các dạng chín muộn mang 6 alen Ef2, Efm, Efg, Efk, Efo, Eff, trong đó có 2 alen Ef2 và Efm ức chế hiệu quả chín sớm và kiểm tra tính chín muộn

Khush và Toenniessen (1991) đã kết luận rằng: có 10 locus kiểm tra thời gian sinh trưởng của lúa và chia làm 2 nhóm:

- Nhóm gen điều khiển pha sinh trưởng cơ bàn chủ yếu bị chi phối bởi các locus Ef-1, mEf-1, Ef-2 (hay lf-1), Ef-3(t) (hay lf-2), Ef-4(t) (hay lf-3(t))

- Nhóm gen điều khiển pha cảm ứng quang chu kì bao gồm các locus E1, E2, E3 phối hợp với các locus Se-1, I-Se-1, Se-2, Se-3

Sự phối hợp tác động giữa các locus thuộc hai nhóm gen trên gây nên sự biến đổi về thời gian sinh trưởng ở các giống lúa khác nhau [16]

1.6.2.2 Khả năng đẻ nhánh

Khả năng đẻ nhánh của cây lúa được kiểm tra bởi ít nhất 3 gen đa phân (Polymery) Một số tác giả cho rằng tính trạng này chịu ảnh hưởng của điều kiện ngoại cảnh và có liên quan trực tiếp tới sự tổ hợp của các alen “Ti1”, “Ti2” và “Ti3”,

đẻ nhánh khoẻ là tính trạng lặn

Nguyễn Minh Công và cộng sự (2000) cho biết: những cây đồng hợp tử về các alen trội của các locus “Ti1”, “Ti2” và “Ti3” có khả năng đẻ nhánh rất yếu hoặc không đẻ nhánh Tuỳ theo cặp alen lặn có trong kiểu gen nhiều hay ít mà khả năng

đẻ nhánh mạnh hay yếu, các giống đẻ nhánh khoẻ hoặc rất khoẻ có chứa 3 cặp gen lặn ti1ti1ti2ti2ti3ti3, còn giống đẻ nhánh yếu có chứa một cặp gen lặn, giống đẻ nhánh trung bình hoặc khá có chứa 2 cặp gen lặn

Kinosshita, 1984 đã phát hiện một gen đột biến lặn, ký hiệu là rcn, tác động

đa hiệu làm giảm khả năng đẻ nhánh và gây nên tính lùn ở giống lúa đột biến

AC-11 trong điều kiện gieo trồng tự nhiên

Maekawa và cộng sự (1991) công bố 4 gen lặn đột biến không alen với ký hiệu là rcn-1, rcn-2, rcn-3, rcn-4, có tác động làm giảm số bông hữu hiệu/khóm, giảm chiều cao cây ở các mức độ khác nhau, trong đó có cả những gen biểu hiện phụ thuộc vào nhiệt độ (rcn-1, rcn-2, rcn-4)

1.7 Một số thành tựu về chọn giống lúa mới bằng đột biến thực nghiệm trên thế giới và Việt Nam

1.7.1.Trên thế giới

Những thành tựu to lớn mà gây đột biến thực nghiệm đem lại trên thế giới đó

là một số giống cây trồng như: cỏ Bermuda, lê, giống lúa nửa lùn Remei, khoai lang, khoai tây, hoa cúc, hoa hồng với màu sắc khác nhau và hình dạng cánh hoa đa dạng, hoa lan kháng côn trùng và có màu sắc lạ của Nhật Bản, cam không hạt của Iran, vải không hạt A4 của Trung Quốc… Đặc biệt ở Trung Quốc giống lúa đột biến Zhefu 802 được trồng với diện tích lớn nhất thế giới (trên 10,5 triệu ha) và được sử dụng rộng rãi trong sản xuất với thời gian khá dài trên 10 năm

Theo thống kê của tổ chức FAO/IAEA (tổ chức Lương thực và Nông nghiệp /

Cơ quan Năng Lượng Nguyên Tử quốc tế); năm 1960 mới chỉ có 7 giống lúa trồng đột biến mới được tạo ra bằng phương pháp gây đột biến thực nghiệm, đến năm

1965 là 30 giống Năm 1969, tại hội thảo về vấn đề “Bản chất, tạo và sử dụng đột biến thực nghiệm ở thực vật” tổ chức tại Pullman (Mỹ), Sigurbonsson và Micke công bố 1330 giống cây trồng được tạo ra bằng đột biến thực nghiệm Năm 1995, Maluszynski và cộng sự công bố 1790 giống đột biến Đến tháng 12/1997 theo thống kê của Maluszynski và công sự công bố 1874 giống, trong đó các loài ngũ cốc chiếm 1357 giống, trong số này những giống trồng bằng hạt là 1284 giống Trong số 1357 giống ngũ cốc, có 333 giống lúa và trong đó có những giống được công nhận trực tiếp từ những thể đột biến (chiếm 67%), số còn lại do kết hợp

với phương pháp lai tạo [16] Đến năm 2007, ước tính có hơn 2600 giống cây trồng được áp dụng rộng rãi trên toàn thế giới

1.7.2.Ở Việt Nam

Ở Việt Nam, các nghiên cứu di truyền và chọn tạo giống ở Việt Nam được tiến hành chậm hơn nhiều so với thế giới Năm 1966, các nghiên cứu về ảnh hưởng của tia gamma, nguồn Co 60, DES, DMS đến các biến dị di truyền ở lúa, dâu tằm tại bộ môn Di truyền khoa Sinh Đại Học Tổng Hợp Hà Nội (Trịnh Bá Hữu, Phan Phải, Lê Duy Thành) Từ năm 1968 trên đậu Hà Lan của Trần Minh Nam, trên Nigenladamastica của Phan Phải (1969 – 1972), trên lúa Trân Châu lùn và Trung Quốc của Lê Duy Thành, Trần Duy Quý (1969 – 1970), tiếp theo là các nghiên cứu trên cây cà chua, táo, lúa ở Viện cây Lương thực và Thực phẩm (Vũ Tuyên Hoàng

và cs 1975 – 1980) Các nghiên cứu ảnh hưởng của tia gamma của Thái Công Tụng, Nguyễn Văn Mừng (1971 – 1974)…trên một số cây trồng

Sau năm 1975, các nghiên cứu chọn giống đột biến phát triển mạnh ở nhiều Viện nghiên cứu và các trường đại học: Đại Học Tổng Hợp Hà Nội, Đại Học Sư Phạm Hà Nội I, II, Nông Nghiệp I, Viện Di Truyền Nông Nghiệp, Viện lúa Đồng Bằng sông Cửu Long, Viện Khoa Học kĩ thuật Nông Nghiệp Miền Nam, Viện Cây Lương thực và Thực phẩm, Viện nghiên cứu hạt nhân Đà Lạt…Đặc biệt trong những năm gần đây các viện đi tiên phong và có những thành tựu suất sắc trong nghiên cứu di truyền và chọn giống đột biến ở các trồng khác nhau như lúa ngô, đậu tương, rau, hoa: Viện di truyền Nông Nghiệp (Phan Phải, Trần Duy Quý, Nguyễn Hữu Đống, Mai Quang Vinh và các cộng sự, 1984 – 2009), Viện khoa học Nông Nghiệp Miền Nam (Đỗ Khắc Thịnh và các cộng sự 1995 – 2009), Viện nghiên cứu Đồng Bằng sông Cửu Long (Phạm Văn Ro, Bùi Chí Bửu và các cộng sự năm 1990 – 2009), Viện Cây Lương thực và thực phẩm (Vũ Tuyên Hoàng và cộng sự 1990 – 2009), trường Đại Học Sư Phạm Hà Nội I (Nguyễn Minh Công và cộng sự 1990 – 2009), Viện nghiên cứu hạt nhân Đà Lạt (Lê Xuân Thám và cộng sự 1998 – 2009) Viện di truyền Nông Nghiêp là một trong những cơ sở áp dụng rất sớm những kĩ thuật hạt nhân trong chọn giống cây trồng Đến nay, viện đưa vào sản xuất 12 giống

lúa đột biến như: DT10, Khang Dân đột biến, tám thơm đột biến, lúa chịu mặn CM1, các giống lúa nếp DT21, DT22…Trong đó, giống lúa DT10 được tạo ra từ những năm 1990 đến nay vẫn được sử dụng ở các tỉnh phía bắc với diện tích khoảng

1 triệu ha gieo trồng Giống Khang Dân đột biến đã phát triển hàng vạn hecta và đã được thương mại hóa về bản quyền giống một số giống cây trồng khác như ngô, lạc…đã được Bộ Nông Nghiệp và phát triển nông thôn công nhận là giống quốc gia, giống khu vực hóa và được gieo trồng trên hàng vạn hecta trong 20 năm qua

Cho đến nay các nhà khoa học Việt Nam chọn tạo được hơn 47 các giống đột biến trên các đối tượng lúa, ngô, đậu tương, cà chua, dâu tằm, táo, hoa cúc, hoa hồng…trở thành nước thứ 4 về chọn giống đột biến của châu Á sau Trung Quốc, Nhật Bản, Ấn Độ và đứng thứ 8 thế giới sau Trung quốc, Ấn Độ, Nhật, Nga, Hà Lan, Đức, Mỹ

Chương 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP

NGHIÊN CỨU

2.1 Đối tượng nghiên cứu

Trong đề tài này, chúng tôi sử dụng các giống lúa chịu hạn đối chứng:

Hạt của các giống lúa trên do PGS.TS Nguyễn Minh Công cung cấp

2.2 Phương pháp nghiên cứu:

2.2.1 Qui trình thực hiện thí nghiệm ngoài đồng ruộng:

• Ngâm hạt giống:

Chọn các hạt có khả năng nảy mầm cao Ngâm các hạt này vào nước ấm (50 –

60oC) sau 24h vớt ra để ráo, ủ ở nhiệt độ thích hợp tạo điều kiện cho hạt nảy mầm

• Xác định tỉ lệ nảy mầm

Gieo các dạng biến dị và giống lúa đối chứng trên cùng một ruộng với các thành phần đất đai, chế độ chăm sóc, dinh dưỡng là như nhau Việc bón phân, làm cỏ, phòng trừ sâu bệnh được tiến hành theo quy trình thí nghiệm khảo nghiệm giống lúa

Lô đối chứng và các lô xử lý phóng xạ trong cùng một giống được gieo cạnh nhau Khoảng cách giữa các lô trong cùng một giống là 30cm, giữa 2 lô của 2 giống khác nhau là 45cm

• Xác định tỉ lệ sóng sót

• Giai đoạn cấy:

Sau khi gieo mạ khoảng 22 – 25 ngày, lúc mạ được 4 – 5 lá thật thì tiến hành quá trình làm đất và cấy lúa Đảm bảo lúa được cấy thưa, đều, cấy một dảnh và mật

độ 20 x 15cm

Theo dõi các thời kỳ sinh trưởng và phát triển của các lô thí nghiệm Phát hiện các biến đổi về hình thái lá, thân, dạng cây, bông, hạt, khả năng đẻ nhánh và thời gian sinh trưởng so với đối chứng

• Chọn lọc các biến dị có lợi

2.2.2 Phương pháp quan sát, mô tả hình thái và thu thập số liệu ở M 2

Trong đề tài này, chúng tôi chỉ tiến hành thu thập số liệu theo các chỉ tiêu sau để nghiên cứu sự phát sinh biến dị ở thế hệ thứ hai (M2):

Các tính trạng về hình thái:

• Cây cao hơn hay thấp hơn cây cao nhất hoặc thấp nhất của đối chứng từ

10 – 20 cm trở lên được coi là đột biến cây cao hoặc đột biến cây thấp

• Bông dài hoặc ngắn hơn bông dài nhất hoặc ngắn nhất ở lô đối chứng từ 3cm trở lên được coi là biến dị bông dài hoặc bông ngắn

• Biến dị về màu sắc thân, lá, kiểu bông và hình dạng màu sắc hạt được xác định bằng mắt thường

• Bông có hạt xếp gối bằng hoặc lớn hơn 1/3 hạt là biến dị bông có hạt xếp xít

Về chỉ tiêu sinh lý:

 Khả năng đẻ nhánh:

• Khóm có số nhánh nhiều hơn khóm nhiều nhánh nhất của lô đối chứng từ

5 nhánh trở lên được coi là biến dị đẻ nhánh khỏe, còn khóm chỉ có 1-2 nhánh được coi là biến dị đẻ nhánh ít hoặc mất khả năng đẻ nhánh

 Thời gian sinh trưởng:

• Khóm chín sớm hoặc chín muộn hơn đối chứng từ 7-10 ngày trở lên được coi là biến dị chín sớm hoặc chín muộn

Về các yếu tố cấu thành năng suất:

• Khóm có số bông hữu hiệu nhiều hơn khóm nhiều bông nhất ở lô đối chứng từ 3 bông trở lên được coi là biến dị tăng số bông hữu hiệu

• Bông có hạt nhiều hơn bông có hạt nhiều nhất ở lô đối chứng từ 30 hạt trở lên hoặc ít hơn 20 hạt trở lên được coi là biến dị tăng hoặc giảm số hạt/bông

Tần số từng loại biến dị được xác định bằng tỉ lệ phần trăm giữa số lượng cá thể mang biến dị và tổng số cá thể trong lô sống đến thời điểm đó

2.2.3 Phương pháp tính tần số biến dị đột biến phát sinh ở M 2

Tần số đột biến và thường biến phóng xạ được tính theo công thức của Vatti K.V và Tikhomirova M.M, 1979 [1],[7]

Tần số đột biến: f% = .100%

Sai số phần trăm: m% = + f % (100 – f %)

f: số cá thể mang biến dị trong lô n: tổng số cá thể trong lô nghiên cứu

Xử lý số liệu bằng phương pháp thống kê sinh học:

- Sử dụng phần mềm Microsoft Excel 2003 và máy tính cá nhân CASIO fx – 500

)(

≤

−

Χ

−Χ

2.2.4 Phương pháp khảo sát các dòng đột biến có giá trị ở M 3

2.2.4.1 Triển khai thí nghiệm ngoài đồng ruộng (M 3 )

Chúng tôi tiến hành gieo riêng một số thể biến dị chín sớm, đẻ nhánh nhiều, hạt

to, hạt xếp xít và bông dài phát sinh ở M2 sang M3 nhằm nghiên cứu đặc điểm di truyền của các đột biến có giá trị kinh tế cao Hạt từ M2 được lấy từ các bông chính, gieo cạnh lô đối chứng, cấy một dảnh một khóm theo công thức 20 x 15cm, khi mạ được khoảng 15-20 ngày tuổi Phương pháp bón phân, chăm sóc, phòng trừ sâu bệnh theo quy trình khảo nghiệm giống [2]

2.2.4.2 Phương pháp thu thập số liệu

Các chỉ tiêu nông sinh học được xác định theo “Hệ thống tiêu chuẩn đánh giá cây lúa” của IRRI năm 1996 [10] Một số tiêu chuẩn được cụ thể hóa theo hệ thống đánh giá tiêu chuẩn đối với lúa đang dùng trong khảo nghiệm lúa ở Việt Nam [phụ lục 36]

2.3 Địa điểm và thời gian nghiên cứu

2.3.1 Địa điểm nghiên cứu

- Gây đột biến phóng xạ tại trung tâm chiếu xạ Quốc gia – Từ Liêm Hà Nội

- Địa điểm gieo trồng và theo dõi tại đồng ruộng ấp Phú Lợi, xã Tân Phú Trung, huyện Củ Chi, TPHCM

2.3.2 Thời gian nghiên cứu

Thời gian thực hiện luận văn khoảng 12 tháng từ 11/ 2011 – 10/ 2012 (vụ đông xuân và vụ mùa)

Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1 Ảnh hưởng kéo dài của liều chiếu xạ nguồn Co 60 lên tỉ lệ sống sót thời kỳ

mạ, đẻ nhánh và trổ chín trên các giống lúa nghiên cứu ở M 2

Tia phóng xạ có tác dụng khác nhau đến thực vật tùy thuộc vào kiểu phóng

xạ, đặc tính di truyền của giống, trạng thái sinh lý – sinh hóa của bộ phận được xử

lý và một số yếu tố của môi trường ngoài Tính mẫn cảm với phóng xạ là một chỉ tiêu quan trọng về phản ứng của cây đối với phóng xạ Tính mẫn cảm phóng xạ là mức độ rối loạn của các quá trình khác nhau và sự hủy hoại của mô do kết quả tác động của một liều lượng phóng xạ [19] Tính mẫn cảm phóng xạ thay đổi theo sự thay đổi trạng thái sinh lý có liên quan đến hàm lượng nước lúc chiếu xạ Theo Ehrenberg, khi tăng hàm lượng nước ở hạt lúa mạch từ 8 – 20 % thì tính mẫn cảm phóng xạ với tia Ronghen giảm đi, còn khi hàm lượng nước cao hơn 20% thì tính mẫn cảm lại tăng [19] Trước đây, phổ biến một quan niệm cho rằng, để thu được nhiều đột biến nên dùng những liều lượng phóng xạ cao Đặc biệt là ý kiến của Gaul (1965) cho rằng liều lượng càng cao thì việc thu nhận các đột biến càng có hiệu quả Tuy nhiên, ngày nay nhiều tác giả với các công trình nghiên cứu đã chỉ ra rằng, mặc

dù ở liều phóng xạ cao có thể thu được số đột biến nhiều nhưng dễ dẫn đến làm chết

tế bào và cơ thể thực vật [19] Do vậy, ở đề tài này chúng tôi chỉ sử dụng 2 liều chiếu xạ trung bình là 30 kR và 40 kR

Số lượng f% + m% lượng Số f% + m% Số