Sự phát sinh một số biến dị ở thế hệ thứ 2 (M2) do xử lí riêng rẽ tia Gamma Co60 và NEU trên hạt nảy mầm của 2 giống lúa nếp PD2 và Phu Thê

Nội dung nghiên cứu Xác định hiệu quả phát sinh một số biến dị ở thế hệ thứ 2 gồm: + Ý nghĩa thực tiễn: Có thể tạo, bổ sung được một số sản phẩm vào nguồn vật liệu khởi đầu cho công tá

LÚA NẾP PD2 VÀ PHU THÊ

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Chuyên ngành: Di truyền học

Người hướng dẫn khoa học

TS ĐÀO XUÂN TÂN

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS.Đào Xuân Tân – Người đã tận tình hướng dẫn, dìu dắt và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện, nghiên cứu và hoàn chỉnh khóa luận

Trân trọng cảm ơn Ban chủ nhiệm và các thầy cô giáo bộ môn Di truyền, khoa Sinh - KTNN đã tạo điều kiện giúp đỡ, hướng dẫn tôi trong suốt quá trình học tập và hoàn thành khóa luận

Cuối cùng tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới gia đình, bạn bè đã luôn động viên, quan tâm khích lệ tôi trong suốt quá trình thực hiện khóa luận tốt nghiệp

Hà Nội, tháng 5 năm 2016

Sinh viên

Vi Thị Lịch

LỜI CAM ĐOAN

Đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các kết quả nghiên cứu trong khóa luận là trung thực và chƣa từng đƣợc công bố trong bất cứ công trình nào khác

Hà Nội, tháng 5 năm 2016

Sinh viên

Vi Thị Lịch

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

ANLT : An ninh lương thực BDDL : Biến dị diệp lục

ĐC : Đối chứng ĐBDL : Đột biến diệp lục FAO : Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên Hợp Quốc IRRI : Viện Nghiên cứu lúa Quốc tế

KHCN - MT : Khoa học Công nghệ Môi trường KHKTNN : Khoa học kỹ thuật nông nghiệp KNĐN : Khả năng đẻ nhánh

TNHH : Trách nhiệm hữu hạn

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Mục đích nghiên cứu. 2

3 Đối tượng nghiên cứu 2

4 Phạm vi nghiên cứu 2

4.1 Thời gian nghiên cứu 3

4.2 Địa điểm nghiên cứu 3

5 Nội dung nghiên cứu 3

6 Ý nghĩa của đề tài 3

7 Dự kiến kết quả nghiên cứu 3

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 4

1.1 Giới thiệu chung về cây lúa 4

1.1.1 Nguồn gốc cây lúa 4

1.1.2 Phân loại 4

1.1.3 Giá trị kinh tế của cây lúa. 5

1.2 Hiệu quả tác động của tác nhân đột biến 5

1.3 Tác nhân gây đột biến và hiệu quả tác động của chúng 6

1.3.1 Hiệu quả tác động của tác nhân hóa học 6

1.3.2 Hiệu quả tác động của tác nhân vật lý 7

1.4 Tình hình nghiên cứu đột biến lúa gạo ở Việt Nam và trên thế giới 9

1.4.1 Trên thế giới 9

1.4.2 Trong nước 10

1.5 Một số nhân tố ảnh hưởng tới hiệu quả gây đột biến của tia gamma Co60 và NEU. 11

1.5.1 Một số nhân tố ảnh hưởng tới hiệu quả gây đột biến của tia gamma Co60 11

1.5.2 Một số nhân tố ảnh hưởng tới hiệu quả gây đột biến của NEU 12

CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 13

2.1 Đối tượng và vật liệu nghiên cứu 13

2.1.1 Đối tượng nghiên cứu 13

2.1.2 Thời gian nghiên cứu 13

2.1.3 Tác nhân gây đột biến 13

2.2 Phương pháp nghiên cứu 14

2.2.1 Xử lí đột biến ở M1 14

2.2.2 Phương pháp bố trí thí nghiệm đồng ruộng 14

2.2.3 Phương pháp thu thập và xử lý số liệu. 14

2.2.3.1 Thu thập mẫu vật 14

2.2.3.2 Xử lí số liệu 15

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 17

3.1 Tổng tần số và phổ đột biến diệp lục 17

3.1.1 Tổng tần số đột biến diệp lục 17

3.1.2 Phổ ĐBDL khi xử lý tia gamma và NEU trên hạt nảy mầm vào thời điểm 60 giờ và 75 giờ ở thế hệ M2 19

3.2 Đột biến hình thái 22

3.2.1 Đột biến diệp lục 22

3.2.1.1 Đột biến diệp lục kiểu Albina 23

3.2.1.2 Đột biến diệp lục kiểu Xaltha 25

3.2.1.3 Đột biến diệp lục kiểu Viridis 27

3.2.1.4 Đột biến diệp lục kiểu Striata 28

3.2.2 Đột biến về chiều cao cây 30

3.2.2.1 Đột biến cây thấp 31

3.2.2.2 Đột biến cây cao 33

3.2.3 Đột biến lá nhỏ 34

3.3 Đột biến về sinh trưởng và phát triển 37

3.3.1 Đột biến về khả năng đẻ nhánh 37

3.3.2 Đột biến chín sớm – chín muộn 40

3.3.2.1 Đột biến chín sớm 41

3.3.2.2 Đột biến chín muộn 42

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 45

1 Kết luận 45

2 Kiến nghị 45

TÀI LIỆU THAM KHẢO 46

PHỤ LỤC

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1: Thang xác định đặc điểm nông sinh hoc của lúa theo tiêu

chuẩn IRRI 16 Bảng 3.1 Tổng tần số ĐBDL phát sinh ở thời kỳ mạ thế hệ M2 18 Bảng 3.2a Phổ ĐBDL khi xử lý gamma và NEU trên hạt nảy mầm vào

thời điểm 60 giờ ở thế hệ M2 20 Bảng 3.2b Phổ ĐBDL khi xử lý gamma và NEU trên hạt nảy mầm vào

thời điểm 75 giờ ở thế hệ M2 21 Bảng 3.3 Ảnh hưởng của tia gamma và NEU lên sự phát sinh ĐBDL

kiểu Albina ở M2 24 Bảng 3.4 Ảnh hưởng của tia gamma và NEU lên sự phát sinh ĐBDL

kiểu Xaltha ở M2 26 Bảng 3.5 Ảnh hưởng của tia gamma và NEU lên sự phát sinh ĐBDL

kiểu Viridis ở M2 27 Bảng 3.6 Ảnh hưởng của tia gamma và NEU lên sự phát sinh ĐBDL

kiểu Striata ở M2 29 Bảng 3.7a Ảnh hưởng của tia gamma và hóa chất NEU đến đột biến

thấp cây ở M2 31 Bảng 3.7b Ảnh hưởng của tia gamma và hóa chất NEU đến đột biến cao

cây ở M2 33 Bảng 3.8 Ảnh hưởng tia gamma và hóa chất NEU đến đột biến lá nhỏ ở

thế hệ M2 35 Bảng 3.9 Thể đột biến râu trên hạt của hai giống lúa 37 Bảng 3.10 Ảnh hưởng tia gamma và hóa chất NEU đến khả năng đẻ

nhánh ở thế hệ M2 39 Bảng 3.11 Ảnh hưởng tia gamma và hóa chất NEU đến đột biến về khả

năng sinh trưởng ở thế hệ M2 43

DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ

Biểu đồ 3.2a Phổ ĐBDL khi xử lý gamma và NEU trên hạt nảy mầm

vào thời điểm 60 giờ ở thế hệ M2 21 Biểu đồ 3.2b Phổ ĐBDL khi xử lý gamma và NEU trên hạt nảy mầm

vào thời điểm 75 giờ ở thế hệ M2 22 Biểu đồ 3.3 Ảnh hưởng của tia gamma và NEU lên sự phát sinh ĐBDL

kiểu Albina ở M2 25 Biểu đồ 3.4 Ảnh hưởng của tia gamma và NEU lên sự phát sinh ĐBDL

kiểu Xaltha ở M2 26 Biểu đồ 3.5 Ảnh hưởng của tia gamma và NEU lên sự phát sinh ĐBDL

kiểu Viridis ở M2 28 Biểu đồ 3.6 Ảnh hưởng của tia gamma và NEU lên sự phát sinh ĐBDL

kiểu Striata ở M2 29 Biểu đồ 3.7a Ảnh hưởng của tia gamma và hóa chất NEU đến đột biến

thấp cây ở M2 32 Biểu đồ 3.7b Ảnh hưởng của tia gamma và hóa chất NEU đến đột biến

cao cây ở M2 34

Biểu đồ 3.8 Ảnh hưởng tia gamma và hóa chất NEU đến đột biến lá nhỏ

ở thế hệ M2 35 Biểu đồ 3.9 Ảnh hưởng tia gamma và hóa chất NEU đến khả năng đẻ

nhánh ở thế hệ M2 40 Biểu đồ 3.10 Ảnh hưởng tia gamma và hóa chất NEU đến đột biến về

khả năng sinh trưởng ở thế hệ M2 44

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Theo Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp thế giới (FAO): hiện có 450–

800 triệu người suy dinh dưỡng do thiếu lương thực, phần lớn ở các nước kém phát triển, Ấn Độ là nước sản xuất lương thực nhưng cũng không ngoại lệ Ngân hàng Phát triển Châu Á (ADB) cho biết: Châu Á có khoảng 900 triệu người (khoảng 26%) sống dưới mức nghèo khó (thu nhập 1 USD/ ngày) Theo báo cáo hàng năm của Liên Hiệp Quốc, hiện nay có khoảng 35% dân số trên thế giới đang sống trong tình trạng không được cung cấp đủ lương thực [8]

Thực trạng trên làm người ta chú ý và chấp nhận lý thuyết của Malthus:

"dân số nhất định sẽ vượt quá khả năng cung cấp lương thực của thế giới

Trong thế kỷ XXI nhân loại đang phát triển mạnh mẽ trong mọi lĩnh vực, trong đó có nhiều lĩnh vực đã đạt được nhiều thành tựu to lớn song bên cạnh

đó còn nhiều vấn đề cần cả thế giới chung tay gải quyết như: bệnh tật, thiên tai nhưng đặc biệt hơn cả là vấn đề ANLT ANLT đang là vấn đề “nóng” và cấp thiết cần cả thế giới giải quyết Nguyên nhân chủ yếu là do dân số thế giới ngày càng tăng, diện tích đất canh tác ngày càng giảm để phục vụ cho các dự

án xây dựng cơ sở hạ tầng, khu công nghiệp, khu dân cư Ngoài ra còn do khí hậu trái đất có những biển đối bất lợi như: Hạn hán, lũ lụt Vì vậy việc chọn tạo giống lúa mới có năng suất cao phẩm chất tốt để đảm bảo ANLT là nhiệm

để khắc phục những nhược điểm đó cần phải tạo ra được các giống có năng suất cao, chất lượng tốt va trồng được hai vụ trong năm

Tuy nhiên không thể không kể đến chọn tạo giống cây trồng, nhất là cây lúa bằng các phương pháp hiện đại như phương pháp đột biến Trong hơn 30 năm qua, các nhà khoa học Việt Nam đã tạo ra được nhiều giống cây trồng (lúa, ngô, hoa, đậu tương…) đóng góp đáng kể cho lí luận và thực tiễn chọn giống đột biến Việt Nam và thế giới [8]

Giống lúa nếp Phu Thê và PD2 hiện được gieo cấy hàng ngàn ha ở nhiều vùng song đã biểu hiện một số hạn chế Nhằm góp phần cải tiến, sửa chữa một

số hạn chế của 2 giống lúa trên, chúng tôi tiến hành đề tài: “Sự phát sinh một số biến dị ở thế hệ thứ 2 (M2) do xử lí riêng rẽ tia Gamma Co 60 và NEU trên hạt nảy mầm của 2 giống lúa nếp PD2 và Phu Thê”

2 Mục đích nghiên cứu

- Khảo sát hiệu quả phát sinh biến dị của 2 loại mutagen: tia Gamma

Co 60 và NEU khi xử lí riêng rẽ trên hạt nảy mầm vào thời điểm 60h và 75h của 2 giống lúa nếp Phu Thê và PD2 ở thế hệ thứ 2 (M2)

- Tìm hiểu một số biến dị hình thái, sinh trưởng và phát triển của 2 giống lúa nếp khi xử lý tia gamma Co60

và NEU lên hạt nảy mầm

- Chọn lọc được những cá thể ưu tú để có thể nhân lên thành dòng đột biến phục vụ cho công tác chọn tạo giống

3 Đối tượng nghiên cứu

- Các hạt giống thu được ở thế hệ thứ nhất (M1) - vụ mùa 2014

4 Phạm vi nghiên cứu

- Một số biến dị phenotip (kể cả biến dị đột biến)

- 2 thời điểm hạt nảy mầm: 60h và 75h

- 2 loại mutagen: Tia Gamma Co 60 và NEU

4.1 Thời gian nghiên cứu

- Vụ mùa năm 2014 (M1) và vụ xuân năm 2015 (M2)

4.2 Địa điểm nghiên cứu

- Công ty TNHH KHKTNN VINABHTABA Bắc Ninh

5 Nội dung nghiên cứu

Xác định hiệu quả phát sinh một số biến dị ở thế hệ thứ 2 gồm:

+ Ý nghĩa thực tiễn:

Có thể tạo, bổ sung được một số sản phẩm vào nguồn vật liệu khởi đầu cho công tác chọn giống lúa

7 Dự kiến kết quả nghiên cứu

+ Thu thập được một số biến dị hình thái, sinh trưởng, phát triển trên 2 giống lúa nếp PD2 và nếp Phu Thê ở M2 khi xử lí tia Gamma Co60

và NEU với các liều lượng khác nhau tại 2 thời điểm nảy mầm (60h và 75h)

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Giới thiệu chung về cây lúa

1.1.1 Nguồn gốc cây lúa

Lúa trồng Oryza sativa L.là loại cây thân thảo sống hàng năm Có bộ

nhiễm sắc thể (2n = 24) hoặc (2n = 48), là cây tự thụ phấn

Người ta cho rằng tổ tiên của chi lúa Oryza là một cây hoang dại cách đây ít nhất 130 triệu năm Lúa trồng hiện nay là do lúa dại Oryzafauta hình

thành thông qua quá trình chọn lọc lâu dài của con người

1.1.2 Phân loại

Giới: plantae – Thực vật

Ngành: Angisermae – Thực vật có hạt

Lớp: Monocotyledunes – Một lá mầm

Bộ: poales – Hòa thảo

Họ: Poaceae – Hòa thảo

Chi: Oryza – Lúa

Loài: Oraza sativa – Lúa trồng

* Theo Kikawa và Kota (1930) đã chia loài O.sativa thành 2 loài phụ:

- O.sativa L.sub.sp.Japonica (loài phụ Nhật Bản)

- O.sativa L.sub.sp.India (loài phụ Ấn Độ)

* Theo Gustchin (1934 - 1943): chia O.sativa thành 3 loài phụ là:

India, Japonica và Javanica Lúa Javanica là sản phẩm của quá trình chọn lọc từ loại phụ Indica

* Theo Hoàng Thị Sản - 1999: O.sativa được chia thành 2 thứ:

- O.sativa.L.Var Utilissma A Carmus: lúa tẻ

- O.sativa.L.Var Glutinosa: lúa nếp

* Theo địa hình đất, điệu kiện cung cấp nước, có thể chia lúa trồng thành 2 loại: Lúa cạn và lúa nước

* Theo thời gian gieo trồng gặt hái trong năm có thể chia lúa trồng thành 3 loại: Lúa mùa, lúa chiêm và lúa xuân

1.1.3 Giá trị kinh tế của cây lúa

Lúa là một trong những cây lương thực chủ yếu của con người, có vai trò rất quan trọng đối với con người Theo số FAO (2005): Trên thế giới có khoảng 250 triệu người làm nghề trồng lúa, đây chính là nguồn lương thực chính và là công việc chính của người nông dân Có khoảng 65% dân số thế giới sử dụng lúa gạo là nguồn lương thực chủ yếu, trong đó khoảng 40% dân

số coi lúa gạo là nguồn lương thự chính và khoảng 25% dân số sử dụng lúa gạo trong nửa khẩu phần ăn hàng ngày [5]

Từ khi bắt đầu xuất khẩu gạo (1989), Việt Nam đã không ngừng áp dụng khoa học kĩ thuật vào nông nghiệp đặc biệt là trong sản xuất lúa gạo, nhờ đó

đã tạo ra nhiều giống lúa có năng suất cao, chất lượng tốt đảm bảo được

ANLT trong nước và vươn lên đứng thứ hai thế giới về xuất khẩu gạo

1.2 Hiệu quả tác động của tác nhân đột biến

Các phương pháp gây đột biến cảm ứng có ý nghĩa quan trọng để tạo nguồn vật liệu khởi đầu trong chọn giống các loại cây trồng, đặc biệt là cây lúa Theo thống kê thì phần lớn các cây trồng đột biến trên thế giới là ngũ cốc, lúa, lúa mì, lúa mạch, ngô

Bằng phương pháp lai tạo và gây đa bội thể thực nghiệm, các nhà chọn giống đã làm phong phú thêm nguồn biến dị trong sinh giới (Trần Đình Long, 1997)

Đột biến là con đường quan trọng dẫn đến việc làm tăng quá trình biến

dị Nhờ sử dụng các tác nhân gây đột biến (mutagen), có thể tạo ra các giống cây trồng mới với một khoảng thời gian ngắn, trong hàng loạt đột biến có lợi xuất hiện chúng có thể được nhân trực tiếp thành giống mới hoặc sử dụng làm vật liệu khởi đầu phục vụ cho công tác chọn giống tiếp theo

Như vậy, chỉ cần qua 7 - 9 thế hệ, bằng phương pháp đột biến thực nghiệm có thể tạo ra được những giống cây trồng mới cho năng suất cao, chất lượng sản phẩm tốt, mang một hay nhiều đặc điểm quý, khắc phục được những hạn chế mà các phương pháp chọn giống cổ truyền không đáp ứng được Đây

là một trong những yếu tố quan trọng đối với sản xuất nông nghiệp

Bằng đột biến thực nghiệm có thể làm tăng tính đa hình di truyền trong quần thể trên cơ sở đó xuất hiện nhiều hướng chọn lọc mới

Như vậy, đột biến có vai trò quan trọng trong chọn giống nói chung và chọn giống lúa nói riêng, nó tạo nên sự đa dạng phong phú giống cây trồng

1.3 Tác nhân gây đột biến và hiệu quả tác động của chúng

1.3.1 Hiệu quả tác động của tác nhân hóa học

Những năm 60 của thế kỉ XX các mutagen hóa học đã được sử dụng

rộng rãi trong nghiên cứu di truyền học và chọn giống, mang lại những kết quả rất có giá trị thực tiễn Xét theo phương thức tác động có thể chia các chất hóa học có khả năng gây đột biến thành 5 nhóm [3],[4],[5],[6],[9] Một trong

5 nhóm được sử dụng rộng rãi trong chọn giống đó là nhóm các hợp chất

alkyl hóa: gồm các mutagen hóa học được sử dụng phổ biến cho chọn giống

hiện nay như: EI, EMS, NEU, NMU…Quá trình ankyl hóa là sự thay thế

hydro trong bazơ nitơ bằng một gốc alkyl khác (như: CH 3 , C 2 H 5 , NH) cao

trong chất ankyl hóa như (ví dụ như: C2H5 ở hóa chất EMS) Các chất hóa học gây đột biến tác động trực tiếp lên ADN hay NST gây ra đột biến gen hoặc đột biến NST nhưng thường là đột biến gen

Sự ankyl hóa dẫn dến các hiệu quả sau: (1) Sự ankyl hóa các nhóm phosphat trong ADN dẫn đến sự hình thành phosphat trieste không ổn định và

giải phóng ra nhóm ankyl Nhiều nhóm ankyl không được tách ra sẽ gây rối loạn cho quá trình tái bản ADN Đôi khi nhóm phosphat trieste bị phân hủy ở phần

giữa đường và photphat, rồi gây đứt gãy ADN (2) Sự ankyl hóa đối với

bazơnitơ thường xuất hiện ở vị trí O6

của guanin, khiến cho nó sau đó có thể kết

cặp với Timin và dẫn đến sự đồng hoán giữa các bazơnitơ (3) Sự khử purin:

guanin bị ankyl hóa có thể tách ra khỏi deoxyribose, chỗ bị khuyết này có có thể thay thế bằng một bazơnitơ nào đó trong quá trình tái bản của ADN và có thể dẫn đến đột biến do hiện tượng đồng hoán hoặc dị hoán [5],[6],[8],[9]

Trong nhóm này, người ta thường sử dụng những hóa chất có khả năng gây ra những biến đổi về mặt di truyền cực mạnh ở cơ thể sinh vật và được

gọi là các tác nhân siêu đột biến

Năm 1960- 1962, I.A.Raperort đã phát hiện ra chất hóa học có khả năng gây đột biến lớn gọi là chất siêu đột biến như: β- NEU, NMU, EMS, EI, 1.4- Bidiazoaxetylbutan, Nitrozometyl

Ở cấp độ tế bào: Các tác động của tác nhân hóa học khác nhau đến NST làm xuất hiện cái gọi là biến đổi tiềm tàng Kiểu biến đổi tiềm năng thành các đột biến thực sự phụ thuộc vào đặc tính các hóa chất, các quá trình trao đổi chất diễn ra trong tế bào vào lúc xử lý các hóa chất và sau đó diễn ra trong chu kì tế bào

Theo Mi kaelsen và cộng sự 1968: Khi xử lý hạt bằng hợp chất alkyl hóa thì tần số sai hình phụ thuộc vào chu trình tế bào, ở cơ thể sống các hóa chất phần lớn gây ra các sai hình NST ngoài ra còn gây ra các đột biến gen

Theo Trần Duy Quý (1997), sau khi xử lý hạt bằng hóa chất gây ra đột biến ở mức tế bào hoặc NST như các sai hình NST của quá trình phân bào nguyên phân [6]

1.3.2 Hiệu quả tác động của tác nhân vật lý

Các tác nhân vật lí gây đột biến ở cơ thể sinh vật là những dạng phóng

xạ gây ion hóa mạnh Các dạng phóng xạ được phân thành dạng phóng xạ hạt

và phóng xạ điện từ Các dạng phóng xạ phổ biến trong chọn giống là:

+ Tia X (là dạng phóng xạ điện từ có bước sóng là 10-8

đến 10-12m) được ứng dụng rất sớm và rộng rãi vào chọn giống

+ Neutron có tác dụng khác với tia X, có ảnh hưởng đối với hạt giống tương đối đồng nhất, tỉ lệ sống sót của cây trồng từ hạt giống sau khi xử lí ở M1 tương đối cao, biến dị và tần số đột biến cao

+ Các chất phóng xạ: thường dùng nhất là P32

và S35, P32 có khả năng gây đột biến khá mạnh, cao hơn cả tia X

+ Tia gamma (γ) nguồn Co60 và Cs137, tia γ tương đương với tia X nhưng bước sóng ngắn hơn, nên hiệu quả xuyên thấu cao hơn Người ta thường dùng tia Rơnghen (R) làm đơn vị đo năng lượng của tia γ, giống như tia X, để so sánh các tia bức xạ người ta áp dụng đơn vị Krad [8]

Đã có rất nhiều công trình nghiên cứu tác động của tia γ đến quá trình phát sinh đột biến ở cây trồng và so sánh hiệu quả của nó với các mutagen khác, nhờ việc xử dụng tia γ mà người ta đã thu được nhiều dạng đột biến khác nhau Tia γ là dạng phóng xạ ion hóa được dùng phổ biến nhất trong mục đích chọn giống

Hình thức sử dụng thường là chiếu xạ: Có thể chiếu xạ hạt (xử lý mô phân sinh) ; cả cây; chiếu xạ hạt phấn giao tử và hợp tử; chiếu xạ lên mô; cơ quan Hiệu quả ion hóa là tạo ra những gốc tự do có hoạt tính sinh học cao Kết quả của ion hóa dẫn đến sai hình NST như: Mất đoạn, dính NST chị em, đột biến gen do gãy sợi đơn, rối loạn quá trình nguyên phân, giảm phân, giảm khả năng sinh sản và khả năng sống sót Hiện nay với mục đích sinh học, người ta thường sử dụng tia gamma (Co60

)

+ Đối với ADN: Làm đứt gãy một hoặc cả hai mạch của ADN tạo ra sự liên kết chéo giữa hai phân tử ADN, tách bazơnitơ ra khỏi ADN hoặc làm biến đổi bazơnitơ về mặt hóa học, khiến cho nó thay đổi đặc tính kết cặp Tạo

cầu giữa các phân tử, tạo các phân tử nhánh, tạo liên kết Protein- ADN, phá hủy cấu trúc không gian của ADN, Hydrat hóa các bazo nito, [8]

1.4 Tình hình nghiên cứu đột biến lúa gạo ở Việt Nam và trên thế giới

1.4.1 Trên thế giới

Đột biến là một phương pháp quan trọng của ngành chọn giống cây trồng, vật nuôi Ngay từ những năm đầu thế kỉ XX, các nhà khoa học Nhật Bản Yamaha, Nakamura (1917-1918) rất thành công trong xử lý giống bằng phương pháp phóng xạ, nghiên cứu ảnh hưởng của phóng xạ ion hóa lên cây lúa Bằng cách sử dụng các tác nhân hóa học gây đột biến Các nhà khoa học Liên Xô Fuzui, Nadenr (1964) tại Đại học MGU (1890-1901) đã chứng minh tác động mạnh mẽ của Mutagen có khi hơn tác động của phóng xạ [3]

Theo Sparrơ (1965) những công trình nghiên cứu đầu tiên về ảnh hưởng của bức xạ ion hóa trên lúa nước được tiến hành từ năm 1996

Các công trình của Marie (1926-1963), Kosene (1965), đã tìm ra tần số đột biến ở thế hệ M2, M3 tăng theo tuyến tính và liều lượng phóng xạ

Đến năm 2007 đã có tới trên 2.700 giống cây trồng đột biến thuộc 175 loài thực vật đã được chọn tạo và đưa ra sản xuất Năm 2009, có 3100 giống cây trồng được tạo ra nhờ đột biến, đứng đầu là các nhà khoa học Trung Quốc

đã rất thành công trong việc tạo ra 638 giống trong đó có nhiều giống lúa lai vượt trội (Tạp giao 4, Tạp giao 5, Hoa ưu, D ưu ) làm tăng năng suất lúa lên cao chưa từng có trong lịch sử chọn tạo giống [5]

Theo FAO năm 1960 chỉ có 7 giống cây trồng được tạo ra bằng phương pháp đột biến Đến 1965 là 30 giống, năm 1969 tại Hội thảo về vấn đề “ Bản chất cấu tạo và sử dụng đột biến ở thực vật” Mike và cộng sự đã công bố 77 giống cây trồng tạo ra nhờ đột biến Năm 1991, Maluszinsky công bố 1790 giống cây trồng đột biến, đến tháng 12 năm 1997 có 1847 giống [3]

1.4.2 Trong nước

Việt Nam được xếp đứng thứ 9 trên thế giới về thành tựu chọn giống đột biến với 42 giống cây trồng lúa, đậu tương, ngô, cây ăn quả (số liệu mới nhất thống kê được 50 giống) [5]

Là quốc gia ứng dụng sớm, có hiệu quả phương pháp chọn giống đột biến kết hợp chặt chẽ với phương pháp lai từ những năm 70 của thế kỷ trước, sau hơn 30 năm kết quả điều tra bước đầu cho thấy, các nhà chọn giống đột biến đã đưa ra sản xuất 32 giống lúa, 11 giống đậu tương, 2 giống ngô, 2 giống lạc, 2 giống táo, 1 giống bạc hà Các giống lúa đột biến hiện chiếm 10 – 15% diện tích lúa cả nước, giống lún đột biến chất lượng VND95-20 của Viện khoa học

kỹ thuật nông nghiệp Miền Nam hiện là một trong 5 giống lúa xuất khẩu chủ lực, hàng năm gieo trồng 0,3 triệu ha, đã được tặng Giải thưởng Nhà nước về KHCN, các giống đậu tương đột biến và con lai đột biến năng suất cao, thích ứng rộng, chất lượng tốt đã được Giải thưởng Sáng tạo Khoa học Công nghệ Việt Nam VIFOTEC-2005 như DT84, DT90, DT96, AK06, DT99, [5]

Các nhà khoa học Việt Nam hiện tham gia rất tích cực trong các mạng lưới nghiên cứu về đột biến trên thế giới và khu vực Ngày 27 – 31/10/2008 tại Đà Lạt, Viện Di truyền Nông nghiệp, Trung tâm Ứng dụng Kỹ thuật Hạt nhân – Viện Năng lượng Nguyên tử Việt Nam sẽ phối hợp đăng cai tổ chức Hội thảo Chọn giống Đột biến Quốc tế năm 2008 do Diễn đàn Hợp tác Hạt nhân Châu Á (FNCA) chủ trì gồm 9 nước: Nhật Bản, Trung Quốc, Hàn Quốc, Thái Lan, Indonexia, Malaysia, Philiphines, Bangladesh và Việt Nam tham gia Trong chương trình sẽ có các báo cáo tổng quan về thành tựu, chiến lược định hướng nghiên cứu của ngành Công nghệ Sinh học Chọn giống đột biến, báo cáo hàng năm về đột biến trên 5 loại cây trồng đậu tương chịu hạn, lúa chất lượng, phong lan, cao lương, chuối [5]

Vào những năm 1967-1970, Trịnh Bá Hữu và Lê Duy Thành đã nghiên cứu tác động của tia gamma đến lúa NN8

Đào Xuân Tân (1994), nghiên cứu sự phát sinh các đột biến trên lúa nếp

1.5.1 Một số nhân tố ảnh hưởng tới hiệu quả gây đột biến của tia gamma Co 60

Có nhiều nhân tố ảnh hưởng tới hiệu quả gây đột biến của tia gamma đó là: Kiểu gen của giống, liều lượng tác nhân phóng xạ, nồng độ oxi, nhiệt độ khi phóng xạ, nhân tố kháng đột biến, các giai đoạn khác nhau của quá trình phát triển cá thể, các pha khác nhau của chu kỳ tế bào và điều kiện gieo trồng + Ảnh hưởng độ ẩm của hạt:

Độ ẩm của hạt có liên quan mật thiết tới sự phát sinh hàng loạt các biến

dị và đột biến Khi chiếu xạ bằng tia gamma (Co60) lên hạt lúa khô và ướt, nhiều tác giả đã rút ra kết luận rằng: Tần số sai hình NST, đột biến diệp lục và các đột biến nhìn thấy ở M2 trong trường hợp xử lý hạt ướt là cao hơn nhiều

+ Ảnh hưởng của các pha khác nhau của chu kỳ tế bào:

Mức độ cảm ứng của từng kiểu hình thái cấu trúc của NST với phóng xạ cũng rất khác nhau

Chiếu xạ vào pha G1 sẽ gây sai hình NST, chiếu xạ vào pha S sẽ gây sai hình NST hoặc Cromatit (vì một số NST đã nhân đôi) và chiếu xạ vào pha G2

gây sai hình Cromatit Còn nếu chiếu xạ vào kì trước, gây sai hình mức dưới Cromatit vì lúc đó đơn vị đứt là một nửa Cromatit Có thể nói rằng: Có sự phụ thuộc giữa các pha của chu kì tế bào trong đó mỗi loại tế bào có một thời điểm xử lý tác nhân đột biến Sẽ xuất hiện các biến đổi tiềm năng với thời gian khác nhau mà hiện thực hóa thành đột biến thực

1.5.2 Một số nhân tố ảnh hưởng tới hiệu quả gây đột biến của NEU

+ Ảnh hưởng của nhiệt độ:

Nhiệt độ gây nên ảnh hưởng lớn đến quá trình đột biến cảm ứng, khi xử

lý hạt bằng tác nhân hóa học như thường lệ hay ở nhiệt độ 200c đối với nhiều hóa chất đã chứng minh rằng: Sự tăng nhiệt độ từ 24 - 300c thì hiệu quả đột biến tăng lên Khi nghiên cứu tác động của EMS và EI lên đại mạch đã xác định được rằng: ảnh hưởng của nhiệt độ lên hiệu quả của đột biến tăng theo

sự tăng nồng độ (sự tích tụ) của chúng, còn hiệu quả của nồng độ đến quá trình đột biến phụ thuộc vào sự tăng lên của nhiệt độ

+ Ảnh hưởng của pH:

Heslot và cộng sự (1978) đã chứng minh được ảnh hưởng của các tác nhân alkyl hóa Hiệu quả của NMU, NEU và các chất Nitrozoalkyl ure khác phụ thuộc một cách mạnh mẽ vào dung dịch pH

+ Ảnh hưởng của mức độ chín của hạt:

Các hạt non có độ mẫn cảm lớn hơn, tần số và phổ đột biến cũng khác nhau ở các hạt có độ chín khác nhau Nhiều nghiên cứu đã chứng minh tầm quan trọng của giai đoạn phát triển ảnh hưởng đến tác nhân hóa học, giai đoạn giao tử có độ mẫn cảm lớn hơn giai đoạn tiền phôi, còn giai đoạn cây mầm và nhú mầm của hạt có tính cảm ứng cao hơn cây trưởng thành và hạt khô

CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Đối tượng và vật liệu nghiên cứu

2.1.1 Đối tượng nghiên cứu

a Hạt giống thu được ở M1

b Giống Đối Chứng

+ Giống lúa nếp PD2: Do tiến sĩ Đào Xuân Tân chọn tạo Cây cao từ

98 - 110 cm, TGST 110 - 120 ngày (vụ mùa sớm), 150 - 160 ngày (vụ xuân chính) Năng suất trung bình đạt 39 – 45 tạ/ha, năng suất cao có thể đạt 54 –

60 tạ/ha

PD2 có hình thái gọn, thấp cây, xanh bền, cuống bông dài Hạt không cần ngủ nghỉ, có thể gieo cấy liền vụ, chống đổ khá, nhiễm khô vằn, bạc lá nhẹ Chịu rét tốt ở giai đoạn mạ

+ Giống lúa nếp Phu Thê: Do TS.Đào Xuân Tân và cộng sự chọn tạo Cây cao từ 1,15 – 1,25m, cây gọn, lá xanh, đẻ nhánh vừa, bông to, nhiều gié kép, nhiều hạt (130 – 140 hạt/bông); hạt xếp xít, hạt bầu, vỏ trấu vàng; gạo đẹp; xôi rất thơm và dẻo

TGST vụ xuân từ 140 – 150 ngày; vụ mùa từ 110 – 115 ngày Năng suất

45 – 50 tạ/ha, trong điều kiện thâm canh tốt đạt trên 60 tạ/ha

Mạ chịu rét khỏe, cấy được cả hai vụ Chiêm và Mùa, ít sâu bệnh; có thể gieo sạ

2.1.2 Thời gian nghiên cứu:

Vụ xuân 2015 (12/2014 – 6/2015)

2.1.3 Tác nhân gây đột biến

Tia gamma Co60 và NEU

2.2 Phương pháp nghiên cứu

2.2.1 Xử lí đột biến ở M1

2.2.2 Phương pháp bố trí thí nghiệm đồng ruộng

* Thế hệ thứ hai (M2 ) – vụ xuân 2015 (gieo M1 và thu hoạch M2)

- Trong lô thí nghiệm chúng tôi thu 500 hạt trên 1lô Hạt của các lô được

để riêng để gieo, cấy Cụ thể:

+ Mỗi bông ở M1 lấy 20 hạt giữa bông (hạt chắc) để gieo ở M2

+ Từ 20 hạt của 1 bông nói trên ở M2

+ Tiến hành chăm sóc và phòng trừ sâu bệnh theo quy trình chung

2.2.3 Phương pháp thu thập và xử lý số liệu

2.2.3.1 Thu thập mẫu vật

Theo dõi và thống kê các thể đột biến (mutant) trong đó:

+ Đột biến diệp lục: Xác định theo hệ thống phân loại của I.U Kalam &

- Cây cao (thấp) hơn cây cao (thấp) nhất của đối chứng > 20cm được coi

là đột biến cao (thấp) cây

- Bông dài (ngắn) hơn bông dài (ngắn) nhất của lô đối chứng > 3cm được coi là đột biến bông dài (ngắn)

- Khóm có số nhánh nhiều hơn khóm đẻ nhiều nhất của lô đối chứng >

5 nhánh coi là đột biến đẻ nhiều nhánh

- Khóm chín sớm (muộn) hơn đối chứng > 10 ngày, coi là đột biến chin sớm (muộn)

+ Các chỉ tiêu nông sinh học xác định theo “ Hệ thống đánh giá nguồn gen lúa” (IRRI - 1996)

2.2.3.2 Xử lí số liệu

a Tính tần số đột biến và biến dị thường biến

+ Công thức KV Vati & MM Tikhomirova – (1979) dùng để xác định tần số đột biến và biến dị thường biến:

b Công thức xác định các tính trạng số lượng:

- Trung bình mẫu : 1

n i i

X X

X X n



2 1

( ) 1

n i i

X X n

c Một số chỉ tiêu nông sinh học xác định theo “Hệ thống tiêu chuẩn đánh giá nguồn gen lúa” ( IRRI-1996)

Bảng 2.1: Thang xác định đặc điểm nông sinh hoc của lúa theo tiêu chuẩn

1 Khả năng đẻ nhánh

6 Đo từ cổ lá đến đầu mút lá Cm

5 Chiều rộng lá đòng

6 Đo ngang chỗ rộng nhất của lá

đòng

Cm

6 Số bông trên khóm

8 – 9 Đếm số bông của 5 khóm điển

hình rồi tính trung bình / 5 mẫu

Bông

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

3.1 Tổng tần số và phổ đột biến diệp lục

3.1.1 Tổng tần số đột biến diệp lục

Màu phiến, bẹ lá lúa thường là xanh song cũng có sự khác nhau (xanh đậm, xanh nhạt ), màu mạ lúa lúc non là màu của bẹ lá

Theo Nagao và cộng sự (1962): Màu sắc lá do 2 gen cơ bản quy định

- Gen A (NLK 1) và gen C (NLK 6): Quy định màu Chromogen

Từ Chromogen tới Anthocyanin do gen A* hoạt hóa (Activator)

Anthocyanin có ở thân, lá, nhị, nhụy với tác động của một số gen khác làm cho các bộ phận này có màu đặc trưng các giống

- Gen C bị đột biến, ở trạng thái lặn gen C sẽ mất khả năng hoạt hóa Chromogen thành Anthocyanin làm cho M2 mất khả năng tổng hợp sắc tố

Đã thấy đột biến lặn ở 10 locut xác định hình thành diệp lục tố (albina 1, albina2, albina3… albina10) làm cho M2 xuất hiện ĐBDL dạng Albina (bạch tạng)

+ Các chất gây đột biến có thể tác động lên các locut khác làm xuất hiện kiểu hình: xanh nhạt (Virescent); vàng nhạt (Chlorina); sọc trắng, vàng dọc bẹ

lá (Striata); sọc vằn ngang trên phiến lá (Tigrina )

- Tổng tần số ĐBDL ở giống lúa nếp PD2 cho tần số cao hơn đạt (2,30±0,12) so với giống nếp Phu Thê chỉ đạt (0,29±0,10), trong đó ở lô ĐC không thấy xuất hiện dạng đột biến này

- Dẫn liệu bảng 3.1 và biểu đồ 3.1 cho thấy:

+ Tổng tần số ĐBDL ở các công thức thí nghiệm của giống lúa Phu Thê khi xử lý tia γ với liều lượng 5kr là (1,32 ± 0,75) - thời điểm 60h và tăng lên (1,70±0,20) ở thời điểm 75h, ở liều lượng 10kr thì không thấy xuất hiện Tại hầu hết các công thức thí nghiệm khi xử lý hóa chất NEU thì tần số ĐBDL chỉ xuất hiện ở nồng độ 0,03% là (0,98±0,15)

+ Ở giống PD2: Khi xử lý tia γ với liều lƣợng 5kr, 10kr ở thời điểm 60h thì tần số giảm từ (1,92±0,30) xuống (1,43±0,2) Còn ở thời điểm 75h thì tần

số giảm từ (2,30±0,12) xuống còn (1,98±0,21) Tại các công thức xử lí NEU ở thời điểm 60h, không thấy xuất hiện ĐBDL mà chỉ xuất hiện ở thời điểm 75h với nồng độ 0,03%

Bảng 3.1 Tổng tần số ĐBDL phát sinh ở thời kỳ mạ thế hệ M2

STT Liều xạ - nồng độ

xử lý

Nếp Phu Thê Nếp PD2 Tổng tần số ĐBDL (%) Tổng tần số ĐBDL (%)

0 0

2.3 1.98

0

1.76

0 0.5 1 1.5 2 2.5

ĐC 5kr 10kr 0,02% 0,03% 0,05%

Biểu đồ 3.1 Tổng tần số ĐBDL phát sinh ở thời kỳ mạ thế hệ M2

3.1.2 Phổ ĐBDL khi xử lý tia gamma và NEU trên hạt nảy mầm vào thời điểm

60 giờ và 75 giờ ở thế hệ M2

Kết quả ở bảng và biểu đồ 3.2a, 3.2b có thể thấy:

- Khi tần số đột biến tăng thì số lượng các loại ĐBDL cũng tăng lên tùy

thuộc vào từng giống lúa và thời điểm mà cho kết quả khác nhau

- Kết quả khi xử lý tia gamma và NEU trên hạt nảy mầm vào thời điểm 60h và 75h ở thế hệ M2 thì tần số xuất hiện đột biến diệp lục ở giống Phu Thê cao hơn so với giống PD2

* Về thời điểm xử lý:

- Thời điểm 60h:

+ Xử lý tia gamma: Ở giống nếp Phu Thê ĐBDL xuất hiện nhiều nhất là kiểu Albina (bạch tạng) chiếm 1,98% sau đó là kiểu Xaltha (vàng tươi) Trên giống nếp PD2 chủ yếu là kiểu Striata (sọc trắng hoặc vàng dọc theo phiến lá) chiếm 0,98% (thường xảy ra ở thời kì đẻ nhánh)

+ Xử lý NEU: Ở giống nếp Phu Thê xuất hiện chủ yếu là kiểu Striata (2,23%) và Xaltha (1,54%) Ở giống PD2 thì chủ yếu là kiểu Viridis (2,09%)

và Striata (1,84%)