ĐÁNH GIÁ CÁC QUẦN THỂ ĐẬU NÀNH ĐỘT BIẾN BẰNG TIA GAMMA NGUỒN Co60 Ở THẾ HỆ M2, M3 VÀ DỰ ĐOÁN HIỆU QUẢ CHỌN LỌC Ở THẾ HỆ M4 TẠI TRẢNG BOM, ĐỒNG NAI

2.3 Phương pháp gây đột biến nhân tạo bằng tác nhân phóng xạ 2.3.1 Đặc điểm chung của phương pháp gây đột biến Một số kết quả nghiên cứu cho thấy tần số đột biến và đặc điểm đột biến

++BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH

****************

NGUYỄN THỊ TRANG

ĐÁNH GIÁ CÁC QUẦN THỂ ĐẬU NÀNH ĐỘT BIẾN BẰNG TIA GAMMA NGUỒN Co60 Ở THẾ HỆ M2, M3

VÀ DỰ ĐOÁN HIỆU QUẢ CHỌN LỌC Ở THẾ

HỆ M4 TẠI TRẢNG BOM, ĐỒNG NAI

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP NGÀNH TRỒNG TRỌT KHÓA 2008 – 2011

Thành phố Hồ Chí Minh Tháng 02/2012

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH

*****************

NGUYỄN THỊ TRANG

ĐÁNH GIÁ CÁC QUẦN THỂ ĐẬU NÀNH ĐỘT BIẾN BẰNG TIA GAMMA NGUỒN Co60 Ở THẾ HỆ M2, M3

VÀ DỰ ĐOÁN HIỆU QUẢ CHỌN LỌC Ở THẾ

HỆ M4 TẠI TRẢNG BOM, ĐỒNG NAI

ĐÁNH GIÁ CÁC QUẦN THỂ ĐẬU NÀNH ĐỘT BIẾN BẰNG TIA GAMMA NGUỒN Co 60 Ở THẾ HỆ M 2 , M 3 VÀ DỰ ĐOÁN HIỆU QUẢ CHỌN

LỌC Ở THẾ HỆ M4 TẠI TRẢNG BOM, ĐỒNG NAI

NGUYỄN THỊ TRANG

Hội đồng chấm luận văn:

1 Chủ tịch: GS TS BÙI CHÍ BỬU

Viện Khoa học Nông nghiệp miền Nam

Đại học Nông Lâm TP HCM

3 Phản biện 1: TS ĐỖ KHẮC THỊNH

Viện Khoa học Nông nghiệp miền Nam

4 Phản biện 2: TS BÙI MINH TRÍ

Đại học Nông Lâm TP HCM

Đại học Nông Lâm TP HCM

ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH

HIỆU TRƯỞNG

LÝ LỊCH CÁ NHÂN

Tôi tên là Nguyễn Thị Trang, sinh ngày 28 tháng 09 năm 1984 tại huyện Đất

Đỏ, tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu, con ông Nguyễn Chí Công và bà Nguyễn Thị Đức;

Tốt nghiệp THPT tại trường THPT Võ Thị Sáu, huyện Đất Đỏ, tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu năm 2003

Tốt nghiệp Đại học ngành Sư Phạm Kỹ thuật Nông nghiệp hệ chính quy tại trường Đại học Nông Lâm Tp Hồ Chí Minh năm 2007

Từ năm 2008 – 2009, là giáo viên trường THPT Võ Thị Sáu, huyện Đất Đỏ, tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu

Tháng 10 năm 2009 theo học cao học ngành Trồng trọt tại trường Đại học Nông lâm, Tp HCM

Từ năm 2009 đến tháng 04 năm 2011 làm việc tại Trung tâm Nghiên cứu Thực nghiệm Nông nghiệp Hưng Lộc, huyện Trảng Bom, tỉnh Đồng Nai

Từ tháng 10 năm 2011 đến nay công tác tại Viện Nghiên cứu Cao su Việt Nam, huyện Bến Cát, tỉnh Bình Dương

Tình trạng gia đình: kết hôn năm 2010, chồng là ông Phạm Quang Đông, sinh năm 1981, công tác tại Bình Dương

Địa chỉ liên lạc: số nhà 113, ấp II, xã Chánh Phú Hòa, huyện Bến Cát, tỉnh Bình Dương

Điện thoại: 01652 607 635

Email: nguyentrang2809@gmail.com

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả luận văn Nguyễn Thị Trang

LỜI CẢM ƠN

Xin chân thành cảm ơn:

Thầy Phan Thanh Kiếm đã tận tình hướng dẫn và đóng góp những ý kiến quý báu trong quá trình thực hiện đề tài

Ba mẹ và các anh em là nguồn động viên to lớn để con học và làm tốt đề tài Chú Nguyễn Hữu Hỷ, Nguyễn Văn Chương và các anh chị em ở Trung tâm Nghiên cứu Thực nghiệm Nông nghiệp Hưng Lộc, Trảng Bom, Đồng Nai đã giúp

đỡ và tạo điều kiện thuận lợi để hoàn thành đề tài

Các thầy cô tham gia giảng dạy tại trường Đại học Nông lâm Tp HCM đã truyền đạt những kiến thức quý báu trong suốt khóa học

Anh Đông, các bạn cùng nhóm và các anh chị trong lớp cao học Trồng trọt

2008 đã động viên và giúp đỡ tận tình trong quá trình học tập và làm đề tài

Chân thành cảm ơn

Tác giả Nguyễn Thị Trang

TÓM TẮT

Đề tài “Đánh giá các quần thể đậu nành đột biến bằng tia gamma nguồn

Co 60 ở thế hệ M2, M3 và dự đoán hiệu quả chọn lọc ở thế hệ M4 tại Trảng Bom, Đồng Nai” nhằm tìm hiểu mức độ biến động về các chỉ tiêu hình thái, sinh trưởng,

phát triển và năng suất và chọn lọc cá thể các quần thể đậu nành thế hệ M2, M3 và

dự đoán hiệu quả chọn lọc ở thế hệ M4

Thí nghiệm được tiến hành trên hai giống đậu nành OMĐN29 và HL203 được

xử lý đột biến ở 4 liều 10, 20, 30 và 40 Kr tại Trảng Bom, Đồng Nai

Đề tài nghiên cứu từ thế hệ M2 đến thế hệ M3 trong hai vụ Vụ 1 (vụ Thu Đông 2009, từ tháng 08 đến 10/2009) và vụ 2 (vụ Xuân Hè 2010, từ tháng 02 đến 4/2010) Thí nghiệm được bố trí ngẫu nhiên, không lặp lại và có đối chứng kèm theo

Kết quả đánh giá qua hai thế hệ trên QT OMĐN29 và HL203 như sau:

Ở cả hai thế hệ M2 và M3, các chỉ tiêu màu gốc thân mầm, màu lông trên thân chính, màu hoa, màu vỏ quả khô, màu hạt và màu rốn hạt của các QT ĐB chưa tìm thấy có sự khác biệt so với đối chứng (không xử lý) Tuy nhiên, các LLXL càng tăng thì lá có màu sắc đốm vàng hay bạch tạng và hơi xoăn xuất hiện nhiều

Thời gian mọc và bắt đầu ra hoa của các QT ĐB chậm hơn đối chứng 1 – 2 ngày, trong khi đó, thời gian sinh trưởng của các QT ĐB ngắn hơn đối chứng (trừ các dòng liều 40 Kr tương đương đối chứng)

Theo chiều tăng LLXL, tỷ lệ cây sống sót ở các QT ĐB giảm dần Ở thế hệ

M2, tỷ lệ này cao hơn ở thế hệ M3 và tỷ lệ này ở QT HL203 cao hơn ở QT OMĐN29

Chiều cao cây giảm và số cành cấp 1 tăng Chiều cao cây của QT OMĐN29 giảm có ý nghĩa nhất ở liều 30 Kr, quần thể HL203 chiều cao cây giảm có ý nghĩa nhất ở liều 40 Kr

Các chỉ tiêu số quả/cây, số hạt/cây và NSCT tăng so với đối chứng Liều 30 và

40 Kr cho nhiều cá thể có năng suất vượt trội so với đối chứng Liều 40 Kr có nhiều

với đối chứng Hệ số biến động giữa các dòng trong cùng LLXL không đáng kể Biến động các chỉ tiêu ở các dòng ĐB cao hơn đối chứng (trừ trọng lượng 100 hạt) LLXL càng tăng sự biến động càng lớn

Liều 10 và 20 Kr không tạo được hệ số di truyền cao ở tất cả các tính trạng

Ở LLXL 30 và 40 Kr, các tính trạng số cành cấp 1, chiều cao cây và trọng lượng

100 hạt có hệ số di truyền thấp do đó dự đoán chỉ tiêu này ở thế hệ sau có giá trị không khác biệt Số quả/cây, số hạt/cây và NSCT có hệ số di truyền cao Chứng tỏ các tính trạng này trên các cá thể được chọn có khả năng di truyền cho thế hệ sau

ABSTRACT

The thesis “ Evaluation of mutant soybean populations by gamma rays

Co 60 in M 2 , M 3 generation and prediction of selective effectiveness in M 4

generation at Trang Bom, Dong Nai” aimed at evaluate changes of features:

morphology, growth, deverlopment and yield and pure line selection of mutant soybean populations in M2 and M3 generation and predict effectiveness of selection

in M4 generation

Experiments were conducted with two mutant soybean varieties OMĐN29 and HL203 in dose 10, 20, 30 and 40 Kr at Trang Bom, Dong Nai Thesis was researched from M2 to M3 generation in two season Season 1(Fall – Winter 2009 season, from 08 to 10/2009) and season 2 (Spring – Summer 2010 season, from 02

to 4/2010) Experiments were designed random, no have replication and have the control (untreated)

Evaluation results of OMĐN29 and HL203 populations in two generations

as follow:

In M2 and M3 generation, the applied doses did not change the color of anthocyanin, pubescence, flower, seed, pod seed and seed hylum of both mutant populations as compared to check cultivar (untreated) However, treatment dose is more and more, yellow spots or albino and slightly wavy leaves appeared more

The number of emergence days, the number of blooming days of the mutant populations were slower than the control 1- 2 days while growth duration of the mutant populations were shorter than the control (except lines of dose 40 Kr were approximately the control)

The surviral plant rate in the mutant populations was descending In M2generation, this rate was higher than its in M3 generation This rate in HL203 population higher than its in OMĐN29 population

The plant heigh was reduced and number of branches were increased Plant

HL203 population was reduced in dose 40 Kr

The number of pods per plant, the number of seeds per plant, yield per plant were increased significantly as compared to the control Many plants had yield heigher than the control in dose 30 and 40 Kr 40 Kr dose had many sterile or semi- sterile plants 100-seed weight was not different as compare to the control Variableness of lines in dose is not significantly Variableness of mutant lines is higher than the control (except 100-seed weight) Radiation dose was more and more, variableness is more and more

Dose 10 and 20 Kr did not make heigh heriability in all traits In doses 30 and 40 Kr, the traits as the number of branchs and plant heigh had medium heriability, so genetic ability of these traits could incresed in later generation The number of pods per plant, the number of seeds per plant and yield per plant had heigh heritability This proved these trait had hight genetic ability for later generation 100-seed weight had low heriability, thus in the later generation value of this feature is constant

MỤC LỤC

CHƯƠNG TRANG

1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 02

2.1.1 Phân loại, nguồn gốc và phân bố 03

2.1.2 Đặc điểm thực vật học cây đậu nành 03

2.2 Tình hình sản xuất và tiêu thụ đậu nành 04

2.2.1 Tình hình sản xuất và tiêu thụ đậu nành trên thế giới 04

2.2.2 Tình hình sản xuất và tiêu thụ đậu nành ở Việt Nam 06

2.3 Phương pháp gây đột biến nhân tạo bằng tác nhân phóng xạ 08

2.3.1 Đặc điểm chung của phương pháp gây đột biến 08

2.3.2 Tác nhân phóng xạ gây đột biến 08

2.3.3 Tác dụng của tia gamma (Co60) lên vật chất di truyền 10

2.3.3.1 Tác động của tia gamma lên vật chất di truyền ở cấp độ phân tử 10

2.3.3.2 Tác động của tia gamma lên vật chất di truyền ở cấp độ tế bào 11

2.3.4 Một số nhân tố ảnh hưởng đến hiệu quả gây đột biến của tia gamma 15

2.4 Tình hình tạo giống cây trồng bằng phương pháp phóng xạ 16

2.4.1 Tình hình tạo giống cây trồng bằng phương pháp phóng xạ 16

trên thế giới 2.4.2 Tình hình tạo giống cây trồng bằng phương pháp phóng xạ 19

ở Việt Nam

3.2.1 Thời gian và địa điểm nghiên cứu 24

3.3 Phương pháp nghiên cứu 25

4.1.2 Các chỉ tiêu sinh trưởng, phát triển ở thế hệ M2 30

4.1.2.1 Thời gian mọc, ra hoa và sinh trưởng 30

4.1.2.2 Số cây đếm được từ lúc mọc đến thu hoạch 33

4.1.3 Các chỉ tiêu năng suất và cấu thành năng suất ở thế hệ M2 38

4.1.3.1 Các chỉ tiêu cấu thành NS và NS của quần thể OMĐN29 38

4.1.3.2 Các chỉ tiêu cấu thành NS và NS của quần thể HL203 41

4.2 Đánh giá các chỉ tiêu ở thế hệ M3 48 4.2.1 Các chỉ tiêu hình thái của các dòng ĐB OMĐN29 và HL203 48 4.2.2 Các chỉ tiêu sinh trưởng, phát triển ở thế hệ M3 49 4.2.2.1 Thời gian mọc, ra hoa và sinh trưởng 49 4.2.2.2 Số cây đếm được từ giai đoạn mọc đến thu hoạch 51

4.2.3 Các chỉ tiêu cấu thành NS và NS của hai quần thể ở thế hệ M3 56 4.2.3.1 Các chỉ tiêu cấu thành NS và NS của quần thể OMĐN29 56 4.2.3.2 Các chỉ tiêu cấu thành NS và NS của quần thể HL203 59 4.3 Hệ số di truyền của quần thể 64 4.3.1 Hệ số di truyền của quần thể OMĐN29 64 4.3.2 Hệ số di truyền của quần thể HL203 75 4.3.3 Dự đoán hiệu quả chọn lọc ở thế hệ M4 85

Bảng 4.1 Biểu hiện các chỉ tiêu hình thái của QT ĐB ở thế hệ M2 29

Bảng 4.2 Ảnh hưởng của LLXL đến các giai đoạn sinh trưởng của

Bảng 4.11 Các dòng ĐB được chọn ở thế hệ M2 trên hai quần thể 47

Bảng 4.12 Biểu hiện các chỉ tiêu hình thái của quần thể ĐB ở thế hệ M3 48

Bảng 4.13 Ảnh hưởng của LLXL đến sinh trưởng, phát triển quần thể ĐB

OMĐN29 ở thế hệ M3 49

Bảng 4.14 Ảnh hưởng của LLXL đến sinh trưởng, phát triển quần thể ĐB

HL203 ở thế hệ M3 50

Bảng 4.15 Tỷ lệ nẩy mầm và sống sót của cây đậu nành ở thế hệ M3 51

Bảng 4.16: Giá trị TB và hệ số biến động số cành cấp 1 và chiều cao cây của các dòng ĐB HL203 ở thế hệ M3 53

Bảng 4.17 Giá trị TB và hệ số biến động số cành cấp 1 và chiều cao cây của các dòng ĐB HL203 ở thế hệ M3 55

Bảng 4.18 Giá trị TB và hệ số biến động số quả/cây và số hạt/cây của các dòng ĐB OMĐN29 ở thế hệ M3 58

Bảng 4.19 Giá trị TB và hệ số biến động NSCT và trọng lượng 100 hạt các dòng ĐB OMĐN29 ở thế hệ M3 60

Bảng 4.20 Giá trị TB và hệ số biến động số quả/cây và số hạt/cây của các dòng ĐB HL203 ở thế hệ M3 61

Bảng 4.21 Giá trị TB và hệ số biến động NSCT và trọng lượng 100 hạt các dòng ĐB HL203 ở thế hệ M3 63

Bảng 4.22 Hệ số di truyền (h2) tính trạng số cành cấp 1 và chiều cao cây các dòng ĐB OMĐN29 ở thế hệ M2 65

Bảng 4.23 Hệ số di truyền (h2) tính trạng số cành cấp 1 và chiều cao cây các dòng ĐB OMĐN29 ở thế hệ M3 66

Bảng 4.24 Hệ số di truyền (h2) tính trạng số quả/cây và số hạt/cây các dòng ĐB OMĐN29 ở thế hệ M2 69

Bảng 4.25 Hệ số di truyền (h2) tính trạng số quả/cây và số hạt/cây các dòng ĐB OMĐN29 ở thế hệ M3 70

Bảng 4.26 Hệ số di truyền (h2) tính trạng NSCT và trọng lượng 100 hạt

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 4.1 Sinh trưởng của quần thể OMĐN29 ở thế hệ M3 99

Hình 4.2 Sinh trưởng của quần thể HL203 ở thế hệ M3 100

Hình 4.3 Quả chín của quần thể HL203 ở thế hệ M3 101

Hình 4.4 Quả chín của quần thể OMĐN29 ở thế hệ M3 102

Hình 4.5 Hạt của quần thể HL203 ở thế hệ M3 103

Hình 4.7 Sự nẩy mầm của quần thể HL203 ở thế hệ M3 105

DANH SÁCH CHỮ VIẾT TẮT

ACIAR: (Australian Centre for International Agricultural Research) Trung tâm

Nghiên cứu Nông nghiệp Quốc tế ở Úc

AVRDC: (Asian Vegetable Research and Development Center) Trung Tâm Nghiên

cứu và Phát triển Rau châu Á

ĐB: đột biến

EMS: ethyl methane sulphonate

FAO: (Food and Agriculture Organization) Tổ chức Lương nông Thế giới

FNCA: (Forum for Nuclear Cooperation in Asia) Diễn đàn hợp tác hạt nhân châu Á

GMO: (Genetically-modified organism) Sinh vật biến đổi di truyền

IAEA: (International Atomic Energy Agency) Cơ quan Năng lượng nguyên tử Quốc tế

ICRISAT: (International Crops Research Institute for the Semi-Arid Tropics)

Viện nghiên cứu Nông nghiệp quốc tế cho vùng bán nhiệt đới

IITA: (International Institute of Tropical Agriculture) Viện nghiên cứu

Nông nghiệp Nhiệt đới

INTSOY: (The International Soybean Program) Chương trình đậu nành Quốc tế IRRI: (International Rice Research Institute) Viện nghiên cứu lúa Quốc tế

Chương 1

MỞ ĐẦU

1.1 Đặt vấn đề

Đậu nành gieo trồng ngày nay có tên khoa học là Glycine max (L.) Đậu nành

là cây trồng rất thích hợp trong các mô hình luân – xen canh vì có khả năng cải tạo

đất và góp phần phá vỡ chu kỳ sâu bệnh trong luân canh trên tất cả các vùng sinh

thái từ Bắc vào Nam Nó là cây công nghiệp ngắn ngày có giá trị kinh tế cao trong

nền nông nghiệp nước ta Sản phẩm từ cây đậu nành dùng để chế biến thực phẩm

cho người và làm thức ăn cho gia súc (Vũ Đình Chính, 2004)

Công tác tuyển chọn giống đậu nành được tiến hành khá phổ biến Tuy

nhiên, sự đa dạng về giống đậu nành hiện nay không lớn; đồng thời việc lai tạo

cho ra đời một giống đậu nành mới ngắn ngày, có năng suất cao cần đầu tư rất

nhiều như thời gian, nguồn lực tốn kém vì hoa đậu nành rất nhỏ và tỷ lệ đậu hoa

thấp Do đó, đột biến giống để chọn tạo giống mới đáp ứng yêu cầu thực tế là rất

cần thiết giải quyết vấn đề về nguồn giống, nguồn thực phẩm và nguyên liệu cho

ngành công nghiệp (trích Vũ Thị Hà, 2007)

Ngày nay với sự phát triển của khoa học nguyên tử và nhờ vào những

khám phá về cơ sở vật chất di truyền cũng như tìm được các mật mã di truyền

cho phép chúng ta tiến hành chọn tạo giống mới bằng phương pháp đột biến

phóng xạ Với phương pháp này xuất hiện một số biến dị có lợi, ít tốn công và

tốt như ngắn ngày, chống chịu sâu bệnh tốt, năng suất cao, phẩm chất tốt, kiểu hình thích hợp (Nguyễn Hữu Đống và cộng sự, 1997)

Ứng dụng kỹ thuật chiếu xạ tạo đột biến để khai thác biến dị từ nguồn tài nguyên di truyền thực vật là biện pháp rất được quan tâm ở nhiều quốc gia, được FAO/IAEA coi là chiến lược ứng dụng hòa bình của năng lượng nguyên tử Sử dụng phóng xạ trên quần thể lớn, phổ biến dị rộng để có cơ hội chọn lọc nhiều dạng đột biến có lợi là giải pháp có tính thực tiễn và hiệu quả cao Việc phát hiện, chọn lọc các dạng biến dị đột biến mong muốn với chi phí thấp và thời gian ngắn là rất quan trọng đối với công tác chọn giống Đó là cơ sở để người nghiên

cứu thực hiện đề tài “Đánh giá các quần thể đậu nành đột biến bằng tia gamma đồng vị phóng xạ Co 60 ở thế hệ M2, M3 và dự đoán hiệu quả chọn lọc

ở thế hệ M 4 tại Trảng Bom, Đồng Nai”

1.2 Mục tiêu đề tài

- Đánh giá mức độ biến động về các chỉ tiêu hình thái, sinh trưởng, phát triển, năng suất của các quần thể đậu nành đột biến (ĐB) ở thế hệ M2 và M3

- Chọn lọc cá thể thế hệ M2, M3 và dự đoán hiệu quả chọn lọc thế hệ M4

1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu: mức độ biến động của các chỉ tiêu hình thái, sinh trưởng, phát triển và năng suất trên hai giống đậu nành OMĐN29 và HL203 đột biến tia gamma với 4 liều lượng 10, 20, 30 và 40 Krad (Kr)

- Phạm vi nghiên cứu: thực hiện trên hai giống đậu nành OMĐN29 và HL203 ở hai thế hệ M2 và M3 với các chỉ tiêu như hình thái, sinh trưởng, phát triển và năng suất trên vùng đất đỏ Đồng Nai Đề tài chỉ nghiên cứu 5 dòng cho từng liều lượng xử lý (LLXL) trên mỗi giống của đề tài cấp Bộ do Viện KHKT Nông nghiệp miền Nam thực hiện

Chương 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1 Giới thiệu về cây đậu nành

2.1.1 Phân loại, nguồn gốc và phân bố

Cây đậu nành, đỗ tương hay đậu tương có tên khoa học là Glycine max ( L.)

Đậu nành thuộc bộ Fabales, họ Fabaceae, chi Glycine L Chi Glycine (L.) có 3 phụ chi Glycine Willd, Bracteata Verde và Soja Trong đó, phụ chi Soja gồm hai loài Glycine Soja Sieb & Zucc (loài đậu nành hoang dại) và Glycine max (L.) Merrill (đậu nành gieo trồng) (Phạm Văn Biên và ctv, 1996)

Cây đậu nành được biết có nguồn gốc xa xưa từ Trung Quốc có 40% protein

và 20% dầu (Walter, 1980) và được coi là cây thực phẩm cho đời sống con người từ hơn 4.000 năm trước, sau đó được truyền bá sang Nhật Bản vào khoảng thế kỷ thứ 8

và nhiều thế kỷ sau có mặt ở các nước châu Á như Thái lan, Malaysia, Korea và Việt Nam Cây đậu nành có mặt ở châu Âu vào đầu thế kỷ 17 và ở Hoa Kỳ vào thế

 Lá đậu nành

Có 3 loại lá: lá mầm, lá đơn (cặp lá đơn) mọc đối, lá to và có màu xanh bóng (theo dõi sự sinh trưởng phát triển của cây) Sau này cặp lá đơn sẽ phát triển thành cặp cành đối Hệ lá kép có 3 lá chét Mỗi là chét đều có cuống lá riêng và có cùng một cuống lá chính

Hình dạng lá: hình trứng tròn, hình mũi mác Màu lá xanh từ trung bình đến màu xanh nhạt Vào khoảng 70 ngày sau gieo (NSG) toàn bộ lá đậu nành chuyển sang màu vàng và sau đó rụng đi

Trọng lượng 100 hạt: 7 – 25 g (Trần Văn Lợt, 2002)

2.2 Tình hình sản xuất và tiêu thụ đậu nành

2.2.1 Tình hình sản xuất và tiêu thụ đậu nành trên thế giới

Đậu nành là cây trồng đang được nhiều quốc gia ưu tiên phát triển để giải quyết nạn đói protein, dầu thực vật và bổ sung hàm lượng dinh dưỡng quan trọng cho con người khắc phục một số bệnh tật nguy hiểm Lượng dầu của cây đậu nành ở vị trí thứ nhất trong tổng số dầu thực vật được tiêu thụ trên thế giới (Bùi Chí Bửu và Nguyễn Văn Chương, 2007)

Bảng 2.1 Tình hình sản xuất đậu nành trên thế giới từ năm 2003 – 2008

STT Chỉ tiêu\năm 2003 2004 2005 2006 2007 2008

1 DT (triệu ha) 83,20 90,60 93,40 93,00 98,90 96,80

2 NS (tấn/ha) 2,25 2,27 2,30 2,38 2,27 2,38

3 SL (triệu tấn) 187,52 206,30 214,91 221,50 216,10 231,00(Nguồn: Faostat, 2010)

Diện tích và sản lượng đậu nành trên thế giới tăng lên rất nhanh trong vòng

6 năm qua Theo Faostat 2008, diện tích trồng đậu nành trên thế giới chiếm 96,8 triệu ha, năng suất bình quân 2,38 tấn/ha, sản lượng đạt 231 triệu tấn, tăng 13,6 triệu ha và 43,5 triệu tấn so với năm 2003

Đây là một cây trồng mang tính chiến lược đối với những quốc gia có điều kiện phát triển vì có giá trị trao đổi rất cao trên thị trường do nhu cầu sử dụng dầu thực vật và nguyên liệu thức ăn chăn nuôi gia súc Diện tích đậu nành tập trung chủ yếu ở Mỹ, Brazil, Trung Quốc, Argentina và Ấn Độ, trong đó nước Mỹ chiếm 1/3 diện tích đậu nành của toàn cầu (chiếm gần 30 triệu ha hằng năm) Trong khu vực châu Á, diện tích đậu nành Việt Nam đang được tăng dần và đứng thứ năm sau các nước Trung Quốc, Ấn Độ, Indonesia, và Triều Tiên (Faostat, 2008) Năng suất và hàm lượng protein là chỉ tiêu phản ánh tiến bộ nghiên cứu về đậu nành trên thế giới Dự báo diện tích trồng đậu nành trên thế giới có thể tăng nhiều vào cuối thập kỷ này do chính sách quản lý và thương mại của các quốc gia, đặc biệt trong hoàn cảnh ngày càng có nhiều quốc gia sử dụng các giống được cải tiến bằng công nghệ sinh học, biến đổi gen

Cây đậu nành là một trong năm cây thực phẩm quan trọng ở Hoa Kỳ, công nghệ sinh học đang tập trung vào cây đậu nành, theo số liệu thống kê của Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ năm 2008 diện tích trồng cây đậu nành chuyển gen tại Hoa

Kỳ chiếm 92% trong tổng diện tích trồng đậu nành trên cả nước, với diện tích trồng tăng từ 23,6 triệu ha năm 2007 lên 27,7 triệu ha (Nguyễn Thị Hiếu, 2009/)

Theo chiến lược quốc gia đến năm 2020:

Sản lượng đậu nành thế giới đạt khoảng 307 triệu tấn vào năm 2020 Ba nước dẫn đầu về sản xuất và xuất khẩu đậu nành trên thế giới là Hoa Kỳ, Brazil và Argentina, chiếm 85 – 90% sản lượng và khối lượng giao dịch toàn cầu

Trung Quốc là nước nhập khẩu đậu nành nhiều nhất trên thế giới (trên 20 triệu tấn/năm) do sự gia tăng của việc ép dầu và chế biến thức ăn chăn nuôi (Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn, 2006)

2.2.2 Tình hình sản xuất và tiêu thụ đậu nành ở Việt Nam

Đậu nành, lạc và đậu xanh là những cây trồng đang được Chính phủ ưu tiên phát triển trong những năm gần đây để đáp ứng nhu cầu chuyển đổi cơ cấu cây

trồng ở một số địa phương (Quyết định 150/2005/QĐ - TTg ngày 20/6/2005, nhu

cầu tiêu thụ dầu thực vật trong cả nước và xuất khẩu (Phan Liêu, 2005; Đỗ Quốc Dũng, 2005) Chính phủ đã đưa ra các chương trình nghiên cứu KHCN phát triển cây có dầu ngắn ngày, phát triển các loại đậu đỗ ăn hạt đã được triển khai có kết quả Trong đó, đậu nành và lạc là hai cây trồng chính quan trọng được Bộ Nông nghiệp và PTNT phê duyệt chiến lược quốc gia sau thu hoạch đến năm 2020

(Nguyễn Văn Chương, 2010)

Bảng 2.2 Tình hình sản xuất đậu nành ở Việt Nam từ năm 2002 – 2008

TT Chỉ tiêu\ năm 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008

1 DT (nghìn ha) 158,6 165,6 183,8 204,1 185,6 187,4 191,5

2 NS (tấn/ha) 1,30 1,33 1,34 1,43 1,39 1,46 1,40

3 SL (nghìn tấn) 205,6 219,7 245,9 292,7 258,1 275,2 268,6 (Nguồn: Tổng cục thống kê, 2008)

Xét trên phạm vi cả nước thì diện tích đậu nành đang tăng dần trong năm năm qua, do hiệu quả của việc ứng dụng tiến bộ kỹ thuật và chuyển dịch cơ cấu cây trồng mang lại, trong đó chủ yếu là tăng diện tích đậu nành vụ Đông sau hai vụ lúa ở các tỉnh Đồng bằng sông Hồng, mặc dù vùng Đông Nam bộ bị giảm nghiêm trọng do cạnh tranh của cây trồng khác Theo thống kê Nông nghiệp Việt Nam, năm 2008 diện tích đậu nành toàn quốc đạt 191,5 ngàn ha, năng suất 1,40 tấn/ha,

sản lượng 268 ngàn tấn; so với năm 2001 diện tích tăng gần 50 ngàn ha, năng suất tăng 0,2 tấn/ha và sản lượng cũng tăng theo tương ứng Cả nước có 46 tỉnh thành trồng đậu nành, thống kê sơ bộ đến năm 2008 các tỉnh có diện tích lớn như Hà Nội (34,8 ngàn ha); Hà Giang (19,9 ngàn ha); Đăk Nông (15,7 ngàn ha); Đăk Lăk (9,3 ngàn ha), Sơn La (7,7 ngàn ha)

Mặc dù diện tích có gia tăng, nhưng sản lượng vẫn chưa đủ để đáp ứng nhu cầu tiêu thụ trong nước mà hằng năm phải nhập khẩu, năm 2006 phải nhập 1,6 tấn khô dầu tương đương 2 triệu tấn hạt để làm thức ăn chăn nuôi (Cục Trồng trọt, 2008) Hiện nay, Chính phủ đang có những ưu tiên để nghiên cứu phát triển cây trồng này và mục tiêu đề ra là phải đạt diện tích 400 ngàn ha, năng suất bình quân 2 tấn/ha và đạt sản lượng toàn quốc 800 ngàn tấn cho đến 2010 (Cục Trồng trọt, 2008) và gần đây là Chiến lược quốc gia sau thu hoạch lúa gạo, ngô và đậu nành đến năm 2020 (Quyết định 20/2007/QĐ-BNN ngày 15/3/2007) Tuy nhiên chỉ tiêu này vẫn chưa đạt theo kế hoạch

Theo quy hoạch của nhà nước, vùng sản xuất đậu nành hàng hóa ở miền Nam sẽ tập trung chủ yếu ở Tây Nguyên, Đông Nam bộ và Ðồng Bằng sông Cửu Long Như vậy, để có thể thực hiện những chỉ tiêu của nhà nước đề ra trong giai đoạn tới cả nước cần tập trung nghiên cứu xác định những bộ giống thích hợp cho các vùng trọng điểm nói trên, xác định những yếu tố hạn chế đến năng suất đậu nành và xây dựng một quy trình kỹ thuật phù hợp từng vùng để tăng tính hiệu quả trong sản xuất

Hiện nay, đậu nành đang được khuyến khích phát triển trong cơ cấu 2 lúa – 1 màu; đặc biệt phát triển nhanh ở Đồng bằng sông Hồng, Đồng bằng sông Cửu Long

và Duyên hải miền Trung Theo Cục Trồng trọt - Bộ Nông nghiệp và PTNT các tỉnh phía Bắc có kế hoạch “đậu nành hoá” Đồng bằng sông Hồng trong vụ Đông ở những năm sắp tới do lợi nhuận và hiệu quả mang lại

Chiến lược quốc gia hướng đến năm 2020 dự đoán:

Nhu cầu trong nước về đậu nành tiếp tục tăng mạnh trong những năm tới do

chăn nuôi tăng nhanh Năm 2010 cả nước cần khoảng 0,8 – 1,0 triệu tấn đậu nành

và tăng gấp đôi vào năm 2020 Thời kỳ 2011 – 2020 dự kiến năng suất bình quân đạt 2,6 tấn/ha, sản lượng đạt trên 1,3 triệu tấn vào năm 2020, đáp ứng khoảng 80% nhu cầu trong nước (Bộ Nông nghiệp và PTNT, 2006)

2.3 Phương pháp gây đột biến nhân tạo bằng tác nhân phóng xạ

2.3.1 Đặc điểm chung của phương pháp gây đột biến

Một số kết quả nghiên cứu cho thấy tần số đột biến và đặc điểm đột biến phụ thuộc vào tính chất của tác nhân gây đột biến được dùng để xử lý cũng như vào một

số đặc tính của đối tượng xử lý như: đặc điểm di truyền của giống, tính sinh lý, thời

kỳ sinh trưởng, bộ phận xử lý, ngoài ra còn phụ thuộc vào điều kiện môi trường lúc

2.3.2 Tác nhân phóng xạ gây đột biến

o Bức xạ hạt: đặc trưng bởi khối lượng và điện tích khác nhau, gồm các hạt sơ cấp và dòng nguyên tử có vận tốc không đổi, gồm 3 phân nhóm:

 Nhóm hạt nhẹ mang điện tích: gồm điện tử và positron sinh ra do phản ứng hạt nhân

 Nhóm hạt nặng mang điện: gồm proton, hạt α và các hạt khác

 Nhóm trung tử (nơtron): hạt không mang điện nên có thể xâm nhập vào mọi hạt nhân nguyên tử

o Bức xạ sóng điện từ: nhóm này đặc trưng vận tốc lớn, độ dài bước sóng và được biểu thị bằng công thức: C = T * λ

Với C: vận tốc T: tần số λ: bước sóng

Tia gamma (γ), tia Rơnghen (tia X) thuộc nhóm này, do bước song rất ngắn (10-12 đến 10-9) và vận tốc rất lớn, không có khối lượng và điện tích, không bị lệch trong điện trường nên có sức xuyên thấu rất lớn, không có khả năng điện ly trực tiếp

mà chỉ có tác dụng gián tiếp Năng lượng của tia γ tuỳ thuộc vào tần số sóng và được biểu thị bằng công thức:

Nguồn xạ thường được dùng để tạo tia gamma là Co60

 Nhóm phóng xạ không gây ion hoá: đại diện cho nhóm này là tia tử ngoại (λ =

10-7 đến 10-5A0), khi xuyên qua các mô của cơ thể sinh vật, nhóm này không gây ion hoá mà chỉ kích động phân tử, sức xuyên thấu yếu nên thường dùng để xử lý hạt phấn và bào tử

2.3.2.2 Cơ chế gây đột biến của tia phóng xạ ion hoá

Theo Khuất Hữu Khanh (2006), hiện nay có nhiều giả thuyết khác nhau giải thích cơ chế gây đột biến của tia phóng xạ ion hoá:

 Thuyết bia: cho rằng các tế bào, các cơ thể sinh vật có những trung tâm nhạy cảm phản xạ được coi như những đơn vị cảm ứng, như một cái bia Khi các lượng

tử hoặc các hạt cơ bản va chạm vào các đơn vị cảm ứng, gây ra biến đổi tạo đột biến Khi tăng liều lượng phóng xạ quá ngưỡng, hiệu ứng phóng xạ giảm do có sự

va chạm tiếp theo của các lượng tử với các nhân tố vật chất đã chết

 Thuyết độc tố: cho rằng dưới tác động của tia xạ làm thay đổi hoạt tính của các enzyme Do tác động của tia phóng xạ ion hoá làm cho các enzyme trong lyzoxome được giải phóng vào tế bào chất gây rối loạn sự trao đổi chất của tế bào

 Thuyết cơ chế tác dụng gián tiếp (hay thuyết các gốc tự do): phân tử nước trong

tế bào có vai trò trong sự hình thành các đột biến Trong các tổ chức sống, nước chiếm 85%, khi các tia phóng xạ ion hoá tác động vào tế bào hoặc cơ thể, các phân

tử nước trong tế bào hấp thụ năng lượng, bị mất 1 điện tử (e) trở thành ion (+)

Các gốc tự do có thể kết hợp với các chất trong tế bào tạo thành peroxyt, tác dụng lên DNA làm mất gốc NH2 của gốc dị vòng chứa Nitơ, mất nguyên tử H hoặc làm đứt liên kết giữa đường pentoza và gốc dị vòng chứa Nitơ, hoặc có thể làm đứt vòng pirimidin gây đứt mạch DNA tạo ra đột biến gen

 Thuyết hiện đại: giải thích bằng nồng độ và trạng thái của các chất hữu cơ trong

tế bào Khi tế bào có nồng độ các chất hữu cơ cao, sự va chạm của các lượng tử vào các phân tử nhiều hơn, dẫn đến hiệu quả trực tiếp lớn hơn Nếu nồng độ thấp, các lượng tử của tia phóng xạ phân huỷ nước tạo thành các gốc tự do (H và OH), hình

thành các peroxyt vô cơ và hữu cơ làm biến đổi cấu trúc DNA từ đó gây đột biến 2.3.3 Tác dụng của tia gamma (Co 60 ) lên vật chất di truyền

Nguồn xạ thường dùng để tạo tia γ là Co60 Nghiên cứu cơ chế tác động của tia gamma lên vật chất di truyền ở cấp độ phân tử và tế bào góp phần làm sáng tỏ cơ chế gây phát sinh đột biến

2.3.3.1 Tác động của tia gamma lên vật chất di truyền ở cấp độ phân tử

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 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 cho đến lúc trở thành đột biến thực sự (Đỗ Hữu Ất, 1996)

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

o Gây đứt đơn: đứt 1 mạch đơn DNA, làm phân tử DNA bị biến dạng, tạo cuộn làm giảm thể tích phân tử

o Gây đứt kép (đứt tương đồng) phân tử DNA bị giảm chiều dài, giảm độ nhớt của dung dịch

o Tạo cầu giữa các phân tử: làm tăng khối lượng phân tử, tăng độ nhớt, giảm

độ hoà tan và tạo các búi không tan

o Tạo các phân tử phân nhánh: do sự gắn kết một số đoạn phân tử bị đứt và phân tử khác còn nguyên vẹn

o Tạo liên kết protein – DNA làm cho protein bị biến tính hay liên kết giữa base Pirimidin biến tính với các acid amin

o Phá huỷ cấu trúc không gian của DNA (biến tính DNA)

o Gây hiện tượng nhị trùng phân Thiamin

o Phá huỷ gốc dị vòng chứa Nitơ

o Gây hiện tượng hỗ biến: tia gamma làm thay đổi vị trí của nguyên tử H dẫn tới sự hình thành gốc Lactim hay Imin, hậu quả là sự sao chép sai của DNA tạo DNA đột biến ở các thế hệ sau (Nguyễn Minh Công và ctv, 1987)

2.3.3.2 Tác động của tia gamma lên vật chất di truyền ở cấp độ tế bào

Ở cấp độ tế bào, tia γ có thể làm biến đổi cấu trúc nhiễm sắc thể (NST) và huỷ hoại quá trình phân chia tế bào

 Tác động lên cấu trúc NST: từ tài liệu của Đỗ Hữu Ất (1996), Xvenson cho rằng bức xạ ion hoá gây nên sự phân đoạn của NST Có 2 kiểu phân đoạn:

o Loại đứt thật (cấp 1) NST bị đứt rời thành từng khúc

o 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 lại cho rằng phóng xạ ion hoá có thể huỷ hoại NST một cách trực tiếp và kéo dài Nếu có các điều kiện tương ứng và đủ thời gian thì sự huỷ hoại tiềm tàng có thể trở thành hiện thực và đột biến bắt đầu xuất hiện trong cấu trúc của NST Nói chung khi xử lý các tác nhân phóng xạ ở liều lượng trung bình cho đến liều lượng không quá ngưỡng chịu đựng của tế bào thì ở kỳ 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 các sai hình NST Mức độ sai hình NST thể hiện bằng các kiểu cấu trúc lại NST và tăng dần theo liều chiếu xạ

 Tác động lên quá trình phân chia tế bào:

o Đối với nguyên phân

 Làm kìm hãm hay dừng tạm thời quá trình nguyên phân

 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 NST dẫn đến sự chết tế bào

 Gây hiện tượng hậu kỳ đa cực, hậu quả là sai hình NST một cách phức tạp

 Đôi khi bức xạ liều thấp lại kích thích sự phân bào

o Đối với giảm phân: năm 1958 khi dùng tia X gây bức xạ ion hoá ở

Longiflorum, Mitra đã thu được kết quả (Nguyễn Minh Công và ctv, 1987)

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

 Gây sai hình NST ở hậu kỳ I hoặc II, các kiểu sai hình NST thường thấy trong giảm phân là đứt NST, tạo 1 hoặc 2 đoạn NST và cầu NST, đứt cromatit, tạo nên cầu cromatit, vòng cromatit ở trạng thái kép, tạo NST có 2 tâm và 2 đoạn, hình thành các đoạn riêng rẽ và cầu cromatit ở kỳ sau I

 Tác động của phóng xạ đối với thực vật

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

o Chiếu xạ hạt khô hoặc ướt

o Ngâm hạt trong dung dịch đơn vị phóng xạ

o Trồng cây trên đất có bón đồng vị phóng xạ

o Đưa chất đồng vị phóng xạ vào cây

o Phóng xạ thực vật trong quá trình sinh trưởng và phát triển

o Ngày nay người ta còn chiếu xạ lên các cơ quan, bộ phận riêng rẽ của cây như: chồi, nụ hoa, bao phấn, bầu nhuỵ, hoặc xử lý cây đang trồng trong ừng 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 biểu 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 sau khi xử lý phóng xạ (hiệu quả chậm hay kéo dài)

o Hiệu quả tức thời có thể kể ra một số hình thức sau:

 Biến đổi hoá sinh và lý hoá sinh

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

 Biến đổi vật chất di truyền

o Hiệu quả chậm: chiếu xạ gây ra những biến đổi nêu trên nhưng diễn ra trong suốt quá trình sinh trưởng, 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 lại kìm hãm, 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 5 kr và 10 kr nhiều khi kích thích quá trình sinh trưởng, phát triển (Đỗ Hữu Ất, 1996)

Theo Nguyễn Minh Công và ctv (1987), cơ chế của sự kích thích sinh trưởng

do xử lý phóng xạ lên hạt khô được Kuzin A.M (1963) giải thích như sau: ở liều lượng thấp, bức xạ gây lên sự hình thành các nhóm gốc hữu cơ tự do ở những khu vực nhất định trong tế bào Các gốc tự do này có thể tồn tại trong một thời gian nhất định, thường là khá dài trong điều kiện yếm khí, thiếu nước và không bị tác dụng của điều kiện tối thích

Theo tác giả, có thể là gốc tự do được bảo tồn trong cấu trúc của lipoprotein, dạng cấu trúc là thành phần chủ yếu của màng tế bào và ít tan trong nước, nhất là trong cấu trúc của lớp aleuron và các lớp màng của vỏ quả Để hạt nảy mầm cần có đủ các điều kiện: nhiệt độ, nước, không khí Một lượng nước và

O2 sẽ thấm vào màng hạt và tác dụng với các polymer 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 của các phản ứng sinh hoá, 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 các cấp độ khác nhau: (1) kìm hãm một pha nào

đó trong quá trình nguyên phân, làm suy giảm sức sống của phôi mầm, lá mầm, rễ mầm, cuối cùng gây chết ở ngay thời kỳ mạ hay gây chết muộn hơn (đẻ nhánh, trổ, chín) (2) không gây chết ở các thời kỳ muộn mà gây các biến đổi về hình thái, sinh trưởng, phát triển (Nguyễn Minh Công và ctv, 1987)

2.3.4 Một số nhân tố ảnh hưởng đến hiệu quả gây đột biến của tia gamma

Việc nghiên cứu các nhân tố ảnh hưởng đến hiệu quả gây đột biến của tia gamma có ý nghĩa quan trọng trong việc định hướng sự phát sinh đột biến, đặc biệt

là các đột biến có ý nghĩa cải tiến giống cũ hoặc tạo giống mới (Đỗ Hữu Ất, 1996)

Có nhiều nhân tố ảnh hưởng: kiểu gen của giống, loại tác nhân phóng xạ, ẩm độ hạt, nồng độ oxy, nhiệt độ khi tiếp xúc 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 phát triển tế bào và điều kiện gieo trồng

 Ảnh hưởng của ẩm độ hạt: thông thường xử lý hạt khô hay ướt để gây đột biến cảm ứng Độ ẩm của hạt có liên quan chặt chẽ tới sự phát sinh hàng loạt các biến dị và đột biến Khi chiếu xạ bằng tia gamma lên hạt lúa khô và ướt, nhiều tác giả đã kết luận: 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 so với việc xử lý hạt khô (Đỗ Hữu Ất, 1996)

 Ảnh hưởng của các giai đoạn khác nhau trong quá trình phát triển cá thể: nghiên cứu hiệu quả của các giai đoạn khác nhau khi xử lý đột biến là một hướng được nhiều tác giả chú ý Theo Trần Duy Quý, hạt non mẫn cảm với các tác nhân đột biến hơn hạt đã già, tần số và phổ đột biến cũng khác nhau ở các ở các hạt có độ chín khác nhau Một số nghiên cứu cho thấy giai đoạn giao tử có độ nhảy cảm với tác nhân đột biến cao hơn giai đoạn hợp tử và tiền phôi, giai đoạn nhú mầm và giai đoạn cây con thì mẫn cảm với phóng xạ hơn hạt khô và cây trưởng thành Như vậy

có thể nói ở giai đoạn càng sớm của quá trình phát triển cá thể thì độ cảm ứng với các tác nhân gây đột biến càng cao

 Ảnh hưởng của các pha khác nhau của chu kỳ tế bào: NST biến đổi hình thái, cấu trúc của các pha khác nhau của quá trình phân bào nên mức độ cảm ứng của từng kiểu hình thái, cấu trúc đó với phóng xạ cũng rất khác nhau Theo một số tác giả, ở 250C kể từ khi ngâm hạt khô cho hút nước bão hoà rồi cho nảy mầm đến 57g30’ kết thúc pha G1, tiếp đó là pha S từ 57g30’ đến 60g, pha G2 từ 60g đến 71g30’, quá trình nguyên phân từ 71g30’ đến 77g (Đỗ Hữu Ất, 1996)

Ảnh hưởng của tia gamma gây biến đổi kéo dài sang cả pha S hay G2 là biểu hiện bằng các kiểu cấu trúc lại của NST Nhiều tác giả cho rằng hiệu quả di truyền

sẽ khác nhau tuỳ thuộc vào sự chiếu xạ vào pha nào của chu kỳ tế bào Chiếu xạ vào pha G1 sẽ gây sai hình NST, vào pha S gây sai hình NST hoặc chromatide (vì một

số NST đã nhân đôi) và chiếu xạ vào pha G2 gây sai hình chromatide Nếu chiếu xạ vào kỳ trước gây sai hình dưới mức cromatit vì lúc đó đơn vị đứt là ½ chromatide Như vậy có quan hệ giữa các pha của chu kỳ tế bào với sự xuất hiện các biến đổi tiềm tàng và chuyển chúng thành các đột biến thực sự Theo một số tác giả, sự cảm ứng phóng xạ của NST tùy thuộc vào các pha khác nhau của chu kỳ tế bào và sắp xếp theo thứ tự sau: G2>M>S>G1

2.4 Tình hình tạo giống cây trồng bằng phương pháp phóng xạ

2.4.1 Tình hình tạo giống cây trồng bằng phương pháp phóng xạ trên thế giới

Phương pháp này được biết đến vào năm 1925 khi Natxon và Philippôp phát hiện rằng tia Roentgen có khả năng gây ra biến dị di truyền ở nấm Hạ Đẳng Đến năm 1926 - 1927, di truyền học phóng xạ trở thành nền tảng cho sự ra đời ngành chọn giống đột biến phóng xạ 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 cây nông nghiệp và cây công nghiệp nhiều nước trên thế giới nhằm tạo ra hàng loạt giống mới như: lúa, lúa mỳ, lúa mạch, táo, chanh, mía, chuối

Cho tới năm 2003 (FAO/IAEA Mutant Varieties Database), 2.317 giống cây trồng đã được tạo ra bằng gây đột biến thực nghiệm trên phạm vi 60 nước, trong số

đó có 1.585 giống cây trồng được trực tiếp sử dụng sau khi gây đột biến và 667 giống được sử dụng một cách gián tiếp như là vật liệu trong các phép lai Việc ứng dụng kỹ thuật hạt nhân để cải tiến cây trồng đã mang lại hiệu quả cực kỳ to lớn về mặt kinh tế ước tính các nước đã thu được hàng tỷ đô la từ hàng triệu hecta gieo trồng những giống cây được tạo ra từ đột biến (Đào Thanh Bằng, 2010) Nhật Bản

đã tính được cứ 1 USD đầu tư vào ứng dụng hạt nhân trong nông nghiệp sẽ tạo ra 1.000 USD Giai đoạn 1949 – 2005, Nhật Bản đã đầu tư khoảng 68 triệu USD cho

ứng dụng kỹ thuật hạt nhân cho nông nghiệp nước này và đã tạo ra được 61 tỷ USD Các nước khác cũng ngày càng dành nhiều sự quan tâm cho lĩnh vực này (http://www.khuyennongtphcm.com/)

Các nước phát triển như Nhật Bản, Hà Lan, Bỉ, Mỹ, Trung Quốc đều chú trọng phát triển công nghệ sinh học phóng xạ trong tạo đột biến cây trồng Ở Nhật Bản hiện có 6 Viện nghiên cứu và Trung tâm trang bị thiết bị chiếu xạ tạo đột biến

Theo con số thống kê của FAO và IAEA, năm 2006 toàn thế giới có khoảng 2.600 giống cây trồng đột biến được đăng ký thuộc 169 loài, trong đó hơn 80% là đột biến phóng xạ Chương trình nông nghiệp của FAO/IAEA mỗi năm đầu tư 20 triệu euro, thu hút hơn 400 viện và trạm của hàng chục quốc gia tham gia nghiên cứu sinh học, nông nghiệp tạo giống bức xạ Trung Quốc và Nhật Bản là những nước đi đầu trong lĩnh vực sinh học, nông nghiệp hạt nhân, tạo được hàng trăm giống mới năng suất cao, kháng hạn và sâu bệnh tốt (Nguyễn Chí Long và Tường Nam, 2004)

Đột biến là một phương pháp quan trọng của ngành chọn giống cây trồng, vật nuôi, 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, đứng đầu là Trung Quốc với 638 giống, Việt Nam được xếp đứng thứ 9 trên thế giới về thành tựu chọn giống đột biến với

42 giống cây trồng lúa, đậu nành, ngô, cây ăn quả (số liệu mới nhất thống kê được

50 giống) (Mai Quang Vinh, 2008)

Những thành tựu to lớn mà phương pháp gây đột biến thực nghiệm đem lại

có thể kể là: cỏ Bermuda, lê Nhật Bản, giống lúa nửa lùn Remei Nhật Bản, khoai lang, khoai tây, hoa cúc, hoa hồng với màu sắc khác nhau và hình dạng cánh hoa đa dạng Đặc biệt ở Trung Quốc, giống lúa đột biến Zhefu 802 được trồng với diện tích lớn nhất thế giới (trên 10,5 triệu hecta) và được sử dụng rộng rãi trong sản xuất qua thời gian khá dài trên 10 năm

Hiện Indonesia, Việt Nam, Malaysia và Philippines đang nghiên cứu tạo giống chuối kháng bệnh bằng cách sử dụng phóng xạ Trong khi đó, Indonesia, Thái

Lan và Malaysia nghiên cứu giống lan kháng côn trùng Đặc biệt là gần đây Thái Lan đã cung cấp miễn phí cho Việt Nam các giống phong lan tốt (Minh Sơn, 2004)

Về nghiên cứu đậu nành, các Viện và Trung tâm Nông nghiệp Quốc tế đã xây dựng nhiều công trình nghiên cứu ưu tiên trong chọn giống với mạng lưới khảo nghiệm đậu nành bao gồm: INTSOY & ISVES, PPCCMA, IITA, SEARCA, AVRDC, ICRISAT, ACIAR và ARFS/IRRI (Nguyễn Đạo Cứ, 2003)

Wang và cộng sự (1994) tiến hành thí nghiệm đậu nành tại Trung Quốc với liều chiếu xạ 10, 12 và 15 Kr và theo dõi từ thế hệ M1 đến M8, có đối chứng là Zhonghuang 4 và năm dòng đột biến Zhongzuo 965, Zhongzuo 962, Zhongzuo 973, Zhongzuo M-5028 và Zhongzuo M-17 từ đó chọn được dòng đậu nành có 23,52% hàm lượng dầu thô, 47,67% lượng protein thô và chọn được dòng Heinong 35 thích hợp cho làm giống chuyển gen

Chiếu xạ tia gamma liều 10 – 30 Kr trên hai giống đậu nành KA và VL40 ở Hungary và theo dõi từ thế hệ M1 đến M6 kết quả chọn được các dòng đậu nành đột biến có hàm lượng dầu cao (23,9%), hàm lượng protein cao (43,6%) và đặc tính nông học thích hợp chiều cao đóng quả giảm (Novak and Hodos, 1996)

Giống đậu nành MACS-450 của Ấn Độ được xử lý đột biến tia gamma (10,

15, 20 và 25 Kr) và EMS (0,05, 0,10 và 0,15%) Thông qua thí nghiệm tác giả dự đoán xử lý tia gamma nồng độ 20 và 25Kr còn EMS nồng độ 0,10 và 0,20% cho giống đậu nành MACS-450 là tối ưu (Raut và Taware, 2000)

Theo Khan và Tyagi, 2007, giống đậu nành Pusa-16 và PK-1042 xử lý đột biến tia gamma (15, 30 và 45Kr), EMS (0,1; 0,2 và 0,3%) và kết hợp (15Kr+0,2%; 30Kr+0,2% và 45Kr+0,2%) ở thế hệ M1 cho một số kết quả như giảm sức nẩy mầm, sức sống ở giai đoạn cây con khi lượng chiếu xạ tăng Ở Pusa-16 sự bất dục hạt phấn tăng khi tăng nồng độ tia gamma và EMS, còn liều kết hợp mức trung gian có ảnh hưởng mạnh nhất Ở PK-1042 sự bất dục hạt phấn tăng khi tăng nồng độ EMS, còn tia gamma và liều kết hợp không thể xác định được hướng

Thông qua kết quả đột biến trên hai giống đậu nành Pusa-16 và PK-1042 tia gamma (15, 30 và 45Kr), EMS (0,1; 0,2 và 0,3%) và kết hợp (15Kr+0,2%;

30Kr+0,2% và 45Kr+0,2%) thế hệ M1 và M2, mục đích nghiên cứu là đánh giá khả năng đột biến diệp lục của tác nhân đột biến hóa chất và vật lý khác nhau ở một số cây trồng Kết quả có bốn loại đột biến diệp lục albina, chlorina, xantha và virides

Sự khác nhau về giống dẫn đến mức độ mẫn cảm khác nhau và tần số đột biến diệp lục xảy ra khác nhau (Khan and Tyagi, 2009)

2.4.2 Tình hình tạo giống cây trồng bằng phương pháp phóng xạ ở Việt Nam

Lĩnh vực chọn tạo giống mới bằng phương pháp đột biến đã được cố giáo

sư Lương Đình Của khởi xướng từ những năm 1960 Nhưng mãi đến năm 1980, hướng nghiên cứu này mới được phát triển một cách tương đối có hệ thống và định hướng do cố tiến sĩ Phan Phải và cộng sự tiến hành Sau đó, một loạt nghiên cứu của các tác giả như: Trần Duy Quý, Nguyễn Hữu Đống, Trần Đình Long, Nguyễn Minh Công, Mai Quang Vinh, Trần Tú Ngà, Trần Minh Nam, Lê Duy Thành, Hoàng Quang Minh, Bùi Huy Thủy, Lâm Quang Dụ, Nguyễn Văn Bích, Nguyễn Quang Xu, Lê Văn Nhạ, Nguyễn Văn Ro, Đỗ Hữu ất, Đào Xuân Tân, Đào Thanh Bằng trên nhiều đối tượng cây trồng khác nhau như: lúa, ngô, đậu, lạc, táo,

cà chua, hoa cúc đã tạo ra nhiều dòng đột biến có giá trị, được chọn lọc và phát triển trực tiếp thành các giống quốc gia hoặc các dòng có triển vọng phục vụ cho công tác lai tạo giống mới

Đột biến là những thay đổi trong cấu trúc của ADN với các biểu hiện đảo đoạn, chuyển đoạn, đứt đoạn nhiễm sắc thể dẫn đến thay đổi một số tính trạng so với giống gốc, chứ không làm thay đổi toàn bộ hệ gen Giống đậu nành đột biến chịu hạn, cho năng suất cao hơn 30% so với giống bình thường với hàng trăm hecta giống cây này được gieo trồng ở đồng bằng Bắc Bộ và Nam Bộ Hiện nay, Việt Nam đang tích cực hợp tác với các nước như Philippines, Indonesia, Thái Lan để thúc đẩy nhanh công nghệ trên vào sản xuất (Báo Nhân dân điện tử, 2005)

Sử dụng phóng xạ để tạo giống cây đột biến là dự án hợp tác điển hình

mà Việt Nam tham gia trong khuôn khổ Diễn đàn hợp tác hạt nhân châu Á (FNCA).Trong dự án tạo giống cây đột biến, các nhà khoa học thuộc Viện Di

năng suất cao hơn 30% so với giống bình thường Tại Hội nghị bộ trưởng FNCA lần thứ năm diễn ra vào ngày 1/12 tại Hà Nội, Nguyễn Hữu Đống, Việt Nam đã trao đổi thông tin cũng như cung cấp cho Philippines nguồn gen của giống đậu nành đột biến trong khuôn khổ FNCA Ngược lại, Philippines cung cấp và trao đổi nguồn gen của các giống lúa đột biến cho Việt Nam (Minh Sơn, 2004)

Năm 2005, Viện Di truyền nông nghiệp ứng dụng tia gamma chiếu xạ lên 4 giống lúa IR-64, Bắc Thơm 7, Khang Dân 18 và A-20 theo dõi ở thế hệ M1 và M2, kết quả cho thấy xử lý chiếu xạ với 3 liều lượng 15, 20 và 25 Kr đã mang lại hiệu quả đột biến cao (Hoàng Quang Minh, 2005)

Bằng cách chiếu xạ tia gamma (Co60) trên cây mè đen ở Tây Ninh qua hai thế hệ, đề tài “ Ứng dụng phương pháp chiếu xạ tạo giống mè đột biến” do Thạc sĩ Đoàn Phạm Ngọc Nga –Trung tâm phát triển Khoa học & Công nghệ trẻ làm chủ nhiệm đã được hội đồng nghiệm thu thông qua tại Sở Khoa học - Công nghệ Tp.HCM đã tạo ra được giống mè đột biến với tính trạng có lợi như nhiều

quả, không giảm chất lượng dầu trong mè

Chiếu xạ tia gamma trên giống bắp VN161 ở đời M1 với liều lượng 10,

15, 20 và 25 Kr, liều 20 – 25 Kr cho nhiều biến dị tốt như nhiều trái và trái to (Trần Phúc Lộc, 2004)

Năm 2007, thông qua đề tài “Theo dõi, chọn lọc biến dị ở thế hệ M2 giống

mè đen Tây Ninh đã được xử lý đột biến bằng tia gamma nguồn Co60”, tác giả đã chọn được 82 cây mè có biến dị tốt được chọn làm nguyên liệu cho chọn tạo giống

mè mới (Vũ Thị Hà, 2007)

Kết hợp giữa đột biến phóng xạ và phương pháp lai tạo, qua chọn lọc phả hệ

từ thế hệ M2 đến M7, 20 dòng lúa mới đã được từ các giống Nàng Hương, Tám Xoan và IR64 ở liều 20 và 30 Kr (Đỗ Khắc Thịnh và ctv, 2007)

Năm 2009, chiếu xạ tia gamma (Co60) lên hạt lúa ướt với 4 giống IR64, Bắc Thơm 7, Khang Dân 18 và A20 ở liều lượng 15, 20 và 25 Kr đem lại một số kết

quả: tần suất xuất hiện các biến dị hình thái không những chỉ phụ thuộc vào cường

độ chiếu xạ mà còn phụ thuộc vào bản chất di truyền của giống khi đưa vào xử lý đột biến Các biến dị hình thái xuất hiện ở M1 được di truyền lại trong các thế hệ tiếp theo là những đột biến trội còn xuất hiện ở M2 là những đột biến lặn (Hoàng Quang Minh và Nguyễn Như Toản, 2005)

Với liều lượng từ 15 – 30 Kr, giống lúa đột biến Jasmine 85 được trồng ở Củ Chi, Tp HCM, mẫn cảm ở liều 25 Kr Ở liều 20 và 30 Kr giống cho mùi thơm hơn giống gốc và giống nào chín muộn hơn thì có mùi thơm hơn (Lê Thị Hiên, 2009)

Về nghiên cứu đậu nành, Lê Huy Hàm cho biết, có tới 51% diện tích đậu nành ở Việt Nam được trồng bằng giống tạo ra từ đột biến phóng xạ (http://www.khuyennongtphcm.com)

Năm 1968, Trường Đại học Nông Nghiệp I xử lý nguồn Co60 trên giống đậu nành V70 đã thu được một số dòng đột biến có triển vọng như M103, A75, A9 có năng suất cao hơn khởi đầu (28,8 tạ - 17,4 tạ = 8,4 tạ)

Một số thí nghiệm đột biến khác cũng bằng Co60 bằng phối hợp tia X và các hợp chất đột biến như DMS (dimethylsulfat) NEU (nitrozo Ethylurea) NMU (Nitrozomethylurea) cũng đem lại kết quả tốt như cho cây sai quả, chín sớm

Năm 1977 Trường Đại học Nông Lâm Tp HCM đã xử lý tia gamma nguồn

Co60 trên giống Santamaira tạo được 2 giống A1 và A5 có năng suất cao thời gian sinh trưởng rút ngắn còn 86 – 92 ngày (Nguyễn Đạo Cứ, 2003)

Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam và các trường học Nông nghiệp đã có nhiều cố gắng trong việc chọn tạo và đưa ra sản xuất nhiều giống đậu nành mới cho năng suất cao, thời gian sinh trưởng thích hợp với cơ cấu luân canh, tăng vụ, có khả năng thích ứng rộng với các vùng sinh thái Đến nay đã đưa vào sản xuất một số giống đậu nành có năng suất khá (2 – 3 tấn/ha)

Viện Di truyền Nông nghiệp đã tạo ra các giống đậu nành DT 90, DT 99,

DT 94 các giống này có đặc điểm chung là sinh trưởng hữu hạn, phản ứng yếu với độ dài ngày, thích hợp với các cơ cấu thâm canh, tăng vụ Đây là điều kiện

Giống DT84 (đột biến từ dòng lai 8-33): TGST 80 – 85 ngày, hoa tím, hạt sáng vàng, khối lượng 100 hạt 18 – 22 g Với mật độ 25 – 30 cây/m2 tiềm năng năng suất từ 15 – 30 tạ/ha

Giống đậu nành DT55 (năm 2000) được tạo ra bằng xử lí đột biến giống đậu nành DT74 có thời gian sinh trưởng rất ngắn (trong vụ xuân: 96 ngày, vụ hè: 87 ngày), chống đổ và chịu rét khá tốt, hạt to, màu vàng

Nghiên cứu ảnh hưởng của tia gamma đến sinh trưởng, phát triển, đặc tính sinh lý và năng suất của ba giống đậu nành DT83, DT74 và M103 đời M1

Đề tài “Chọn tạo giống đậu nành đột biến chịu hạn” đã chọn được nhiều cá thể có tính trạng tốt Các cây sinh trưởng khỏe, phân nhiều nhánh nên số quả trên