Chọn tạo các dòng đậu xanh (vigna radiata l ) bằng đột biến EMS trên hai giống đx208 và taichung

Nội dung nghiên cứu bao gồm i Gây tạo đột biến bởi ethyl methane sulphonate EMS lên giống ĐX208 và Taichung; ii Xác định hiệu quả, hiệu suất đột biến ở M 1 ; iii Đánh giá các biến dị hìn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA NÔNG NGHIỆP

TRẦN THỊ THANH THỦY

CHỌN TẠO CÁC DÒNG ĐẬU XANH (Vigna radiata L.) BẰNG ĐỘT BIẾN EMS TRÊN

HAI GIỐNG ĐX208 VÀ TAICHUNG

LUẬN ÁN TỐT NGHIỆP TIẾN SĨ NGÀNH KHOA HỌC CÂY TRỒNG

MÃ NGÀNH 9620110

2019

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA NÔNG NGHIỆP

TRẦN THỊ THANH THỦY

CHỌN TẠO CÁC DÒNG ĐẬU XANH (Vigna radiata L.) BẰNG ĐỘT BIẾN EMS TRÊN

HAI GIỐNG ĐX208 VÀ TAICHUNG

LUẬN ÁN TỐT NGHIỆP TIẾN SĨ NGÀNH KHOA HỌC CÂY TRỒNG

MÃ NGÀNH 9620110

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN PGS TS TRƯƠNG TRỌNG NGÔN

2019

LỜI CẢM TẠ

Trong quá trình thực hiện luận án “Chọn tạo các dòng đậu xanh (Vigna radiata L.) bằng đột biến EMS trên hai giống ĐX208 và Taichung” tôi đã

nhận được sự quan tâm giúp đỡ của thầy cô cùng bạn bè đồng nghiệp

Trước hết tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc và kính trọng đến PGs.TS.Trương Trọng Ngôn, thầy đã tận tình chỉ bảo hướng dẫn về chuyên môn trongsuốt quá trình thực hiện cũng như hoàn chỉnh luận án

Tôi xin chân thành cảm ơn TS Nguyễn Phước Đằng, thầy đã tạo mọiđiều kiện tốt nhất giúp tôi hoàn thành luận án

Nhân dịp này, tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến Ban Giám hiệu TrườngĐại học Cần Thơ, Ban Chủ nhiệm Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng dụng,Khoa Sau Đại học, Quý thầy cô Bộ môn Di truyền và Chọn giống Cây trồng,

Bộ môn Khoa học Cây trồng, Viện Nghiên cứu và Phát triển Công nghệ Sinhhọc đã giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành tốt công trìnhnghiên cứu này

Ngoài ra, tôi cũng không quên gửi lời cảm ơn chân thành đến TS Huỳnh

Kỳ - Trưởng Phòng Thí nghiệm Di truyền Chọn giống, ThS Nguyễn ChâuThanh Tùng - Trưởng Phòng thí nghiệm Chọn giống và Ứng dụng Công nghệSinh học đã cung cấp nhiều kiến thức bổ ích, để tôi có thể thực hiện quá trìnhSSR-PCR, cũng như trong việc thiết kế mồi giải trình tự gen

Em Lâm Thị Trúc Linh, Trần Thanh Cao, Nguyễn Thị Diễm, Đặng ThịXuân, Nguyễn Hoàng Tính, Văn Quốc Giang và các em sinh viên thực tập tốtnghiệp ngành Nông học và chuyên ngành Công nghệ giống cây trồng từ khóa

35 đến khóa 40 đã đồng hành cùng tôi trong suốt thời gian thực hiện thí nghiệm

Sau cùng là lòng biết ơn sâu sắc đến gia đình đã luôn động viên khích lệ, tạo điều kiện về thời gian và công sức để tôi hoàn thành tốt luận án tốt nghiệp.Tôi xin chân thành cảm ơn!

Cần Thơ, ngày 24 tháng 04 năm 2019

Tác giả

Trần Thị Thanh Thủy

i

TÓM TẮT

Chọn tạo giống đậu xanh bằng phương pháp đột biến bởi hóa chất Ethyl Methane Sulphonate đã được áp dụng ở nhiều nơi trên thế giới Việc lựa chọn và phát triển các đột biến thành các giống triển vọng được đề xuất cho nông dân đã được thực hiện thành công trên nhiều quốc gia, tuy nhiên ở Việt Nam vẫn còn ít thông tin Nghiên cứu được thực hiện nhằm tạo nguồn vật liệu khởi đầu cho chọn giống đậu xanh và chọn được từ 2 đến 4 dòng đậu xanh đột biến ngắn ngày, năng suất cao, trái chín đồng loạt ở M 6 Luận án được tiến hành từ năm 2013 đến năm

2017 tại Trường Đại học Cần Thơ và Công ty Sinh Hóa Phù Sa Các thí nghiệm ngoài đồng (M 2 -M 6 ) được bố trí theo thể thức khối hoàn toàn ngẫu nhiên, 1 nhân

tố, 3 lần lặp lại, khoảng cách gieo 45x20 cm, 2 cây/hốc, sử dụng công thức phân 60N-60P 2 O 5 -40K 2 O.

Nội dung nghiên cứu bao gồm (i) Gây tạo đột biến bởi ethyl methane sulphonate (EMS) lên giống ĐX208 và Taichung; (ii) Xác định hiệu quả, hiệu suất đột biến ở M 1 ; (iii) Đánh giá các biến dị hình thái, nông học và chọn dòng đột biến tốt ở M 2 , M 3 ; (iv) Khảo nghiệm sơ khởi năng suất 32 dòng đậu xanh đột biến ở M 4 , M 5 ; (v) Khảo nghiệm năng suất, thành phần năng suất và kiểu chín đồng loạt của 33 dòng đậu xanh đột biến ở M 6 ; (vi) Phân tích gen liên quan đến tính trạng khối lượng 1.000 hạt và ngày trổ hoa của các dòng đột biến ở M 6 bằng dấu SSR và dấu SNPs.

Kết quả đã (1) tạo được nguồn vật liệu đột biến có tiềm năng năng suất cao; (2) Chọn được 11 dòng đậu xanh đột biến ở M 6 (ĐX8-1-28-8B, ĐX6-5-1-10, ĐX4A-3-3-1, ĐX2-1-26-5, TC8-4-3-5B, TC8-1-20-3, TC6-6-15-8, TC6-6-24-4, TC6-3-13-8, TC4-6-10-1, TC4-1-12-10) Các dòng này có thời gian sinh trưởng ngắn (56-62 ngày), trái chín đồng loạt, năng suất cao (2,99 – 3,39 tấn/ha); (3)

Ba mươi ba dòng đột biến ở M 6 đều mang kiểu gen đồng hợp và kiểu gen giữa các dòng đột biến này đã thay đổi so với giống gốc (ĐX208, Taichung tương ứng) ở tính trạng khối lượng 1.000 hạt và ngày trổ hoa; (4) Trình tự gen giữa 6 dòng đậu xanh đột biến và 2 giống gốc đều khác nhau, dòng ĐX8-1-28-8B, ĐX6- 6-28-14, TC8-4-3-5B và TC2-1-33-11 khác biệt về mặt di truyền nhất so với giống ĐX208 và Taichung tương ứng; (5) Số trái trên cây, năng suất hạt/cây (g)

và chiều cao cây (cm) ở M 3 được kiểm soát bởi gen cộng tính, do đó có thể áp dụng bất kỳ phương pháp chọn lọc nào cũng có thể cải thiện được các tính trạng này;

(6) Xử lý EMS ở nồng độ 0,2% EMS cho hiệu quả gây đột biến cao ở cả

Breeding mungbean variety by Ethyl Methane Sulphonate (EMS) induced mutation has been doing research over the world Selection and development mutants for new variety were proposed and sucessful in many countries; however, there is few this information in Viet Nam This study was conducted with the aim

to make the material source for the mungbean improvement and to breed from 2

to 4 mutant mungbean lines with short maturity duration, high yielding and synchronous pod maturity The dissertation was carried out from 2013 to 2017 at Can Tho University and Phu Sa Biotech Company The experiments in the field from M 2 -M 6 were arranged in a randomized complete block design (RCBD), one factor, 3 replications, spacing of 45x20 cm, 2 plants per hill The applied fertilizer was 60N-60P 2 O 5 -40K 2 O.

The researches contents include (i) inducing mutations by EMS on two DX208 and Taichung varieties; (ii) Determining of mutagenic effectiveness and efficiency in M 1 populations; (iii) Evaluating morphological and agronomic traits variations, selecting good mutant lines in M 2 and M 3 ; (iv) Preliminary seed yield trial of 32 selected mungbean lines in M 4 , M 5 generations; (v) Assay of seed yield, yield components and synchronous pod maturity in 33 mungbean mutant lines at M 6 generation; (vi) Genotyping analysis related to 1,000-seed weight and flowering dates of the elite mutant lines in M 6 generation by Simple Sequence Repeat (SSR) and Single Nucleotide Polymorphism (SNPs) markers.

The results revealed that (i) a mutant source of precious materials with high yield potential was created; (2) there were 11 selected mutant mungbean lines in

M 6 (DX8-1-28-8B, DX6-5-1-10, DX4A-3-3-1, DX2-4-2-5, TC8-4-3-3,

TC6-1-20-3, TC6-6-15-8, TC6-6-24-4, TC6-3-13-8, TC4 -6-10-1, TC4-1-12-10) with a short days to maturity (56-62 days), synchronous pod maturity, high yield (2.99 - 3.39 ton ha -1 ); (3) Thirty-three mutant mungbean lines in M 6 are homozygous lines and the genotypes of these mutant lines have changed from the original varieties (DX208, Taichung); (4) It was determined that the gene sequencing of the 6 mutant mungbean lines differing from those of the original varieties, respectively; of which the DX8-1-28-8B, DX6-6-28-14, TC8-4-3-5B and TC2-1- 33-11 lines have the most genetic differences; (5) The number of pods per plant, the seed yield per plant (g) and the plant height (cm) in M 3 are controlled by the additive genes, therefore, these selective methods can be applie;

(6) A concentration of 0.2% EMS resulted in high mutagenic effectiveness in the DX208 and Taichung varieties However, the high mutagenic efficiency of the DX208 variety was 0.4% EMS and 0.8% EMS Taichung variety.

Keywords: morphology, mungbean, mutan, population, synchrony

iii

CAM KẾT KẾT QUẢ

Tôi xin cam kết luận văn này được hoàn thành dựa trên các kết quả nghiên cứucủa tôi với sự hướng dẫn của PGS.TS Trương Trọng Ngôn Các kết quả củanghiên cứu này chưa được dùng cho bất cứ luận văn cùng cấp nào khác

Ngày 24 tháng 04 năm 2019

Trần Thị Thanh Thủy

MỤC LỤC

Lời cảm tạ

Tóm tắt .

Abstract .

Mục lục

Danh sách bảng

Danh sách hình

Danh mục từ viết tắt

Chương 1: Giới thiệu

1.1 Tính cấp thiết của đề tài

1.2 Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu

1.2.1Mục tiêu

1.2.2Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

1.3 Nội dung nghiên cứu

1.4 Thời gian thực hiện

1.5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án

1.5.1Ý nghĩa khoa học

1.5.2Ý nghĩa thực tiễn

1.6 Những điểm mới của luận án

Chương 2: Tổng quan tài liệu

2.1 Nguồn gốc, phân loại và bộ gen cây đậu xanh

2.1.1Nguồn gốc

2.1.2Phân loại thực vật

2.1.3Bộ gen cây đậu xanh

2.2 Đặc điểm nông học của cây đậu xanh

2.2.1Hệ rễ

2.2.2 Thân và cành

2.2.3Lá v

2.2.4Hoa

2.2.5Trái

2.2.6Hạt

2.3 Sâu và bệnh gây hại trên đậu xanh

2.4 Thời gian sinh trưởng và mùa vụ canh tác

2.4.1Thời gian sinh trưởng

2.4.2Mùa vụ canh tác

2.5 Tình hình sản xuất và nghiên cứu chọn tạo giống đậu xanh

2.5.1Vai trò của giống và việc cải thiện giống

2.5.2Trên thế giới

2.5.3Ở Việt Nam

2.6 Ý nghĩa của đột biến cảm ứng trong chọn tạo giống cây trồng

2.7 Cơ sở khoa học và vai trò của chọn giống đột biến cảm ứng

2.7.1Cơ sở khoa học của chọn giống đột biến cảm ứng

2.7.2 Vai trò của đột biến cảm ứng

2.7.3Mục tiêu của phương pháp chọn giống đột biến cảm ứng

2.8 Cơ sở di truyền của đột biến

2.9 Các tác nhân gây đột biến

2.9.1Cơ chế gây đột biến của tác nhân phóng xạ

2.9.2Cơ chế gây đột biến của tác nhân hóa học

2.9.3Cơ chế tác động của Ethyl Methane Sulphonate

2.10 Sự biểu hiện của các kiểu đột biến

2.10.1 Các loại đột biến

2.10.2 Những biểu hiện của đột biến

2.11 Quá trình phát sinh đột biến và cách nghiên cứu chúng

2.11.1 Chuẩn bị vật liệu đối với cây sinh sản bằng hạt

2.11.2 Chọn tác nhân gây đột biến và liều lượng xử lý

2.11.3 Theo dõi và chọn lọc đột biến

2.12 Các biểu hiện hình thái ở cây đột biến

2.12.1 Đột biến liên quan đến diệp lục

2.12.2 Đột biến về hình dạng và kích thước lá

2.12.3 Đột biến về hoa

2.12.4 Đột biến dạng trái

2.12.5 Đột biến về đặc tính trổ hoa sớm và trổ hoa muộn

2.12.6 Đột biến đặc tính chín sớm và chín muộn

2.13 Tình hình phát triển giống cây trồng đột biến

2.14 Hệ số di truyền và hệ số phương sai

2.15 So sánh kiểu gen của dòng đột biến và giống gốc

2.16 Các nghiên cứu về tạo giống cây trồng bằng xử lý EMS

2.16.1 Trên thế giới

2.16.2 Ở Việt Nam

2.17 Giải trình tự DNA và kỹ thuật SSR

2.17.1 Giải trình tự DNA

2.17.2 Kỹ thuật SSR

Chương 3: Vật liệu, nội dung và phương pháp nghiên cứu

3.1 Thời gian và địa điểm

3.2 Vật liệu nghiên cứu

3.2.1 Vật liệu

3.2.2 Thiết bị vật tư và hóa chất

3.3 Nội dung và phương pháp nghiên cứu

3.3.1 Gây tạo đột biến bằng hóa chất EMS

3.3.2 Nghiên cứu các quần thể đậu xanh đột biến ở thế hệ M 3.3.3 Khảo sát các quần thể đậu xanh đột biến ở thế hệ M 3.3.4 Khảo nghiệm các dòng đậu xanh đột biến từ M 3.3.5 Khảo nghiệm các dòng đậu xanh đột biến ở thế hệ M 3.3.6 Kỹ thuật canh tác

3.3.7 Phương pháp thu thập các chỉ tiêu ngoài đồng

3.3.8 Phương pháp ước lược các thông số biến dị di truyền

vii

3.3.9 Đánh giá mức độ nhiễm sâu bệnh và đổ ngã

3.3.10 Phương pháp dấu phân tử ở thế hệ M6

3.3.11 Phương pháp đánh giá độ thuần

3.3.12 Phân tích khoảng cách di truyền

3.3.13 Phương pháp tính chỉ số Pi và chỉ số Theta

3.4 Phương pháp xử lý số liệu

Chương 4: Kết quả và thảo luận

4.1 Ghi nhận tổng quát

4.2 Sức sống của các quần thể đậu xanh ở M1, vụ Thu Đông 2013

4.2.1 Tỉ lệ sống ở các quần thể đậu xanh ở thời điểm 15 NSKG

4.2.2 Tỉ lệ sống của cây lúc trổ

4.2.3 Tỉ lệ gây chết so với đối chứng

4.3 Hiệu quả và hiệu suất đột biến

4.3.1 Tần số đột biến

4.3.2 Hiệu quả đột biến (Mutagenic Effectiveness)

4.3.3 Hiệu suất đột biến (Mutagenic Efficiency)

4.4 Kết quả nghiên cứu các quần thể đậu xanh từ M1 đến M3

4.4.1 Đặc tính sinh trưởng của các quần thể đậu xanh từ M1 đến M3

4.4.2 Biến dị hình thái lá ở các quần thể đậu xanh đột biến từ M 4.4.3 Đặc tính nông học của các quần thể đậu xanh ở M 4.5 Nhận xét về kết quả nghiên cứu các quần thể đậu xanh ở M1, M2 và M 4.6 Ước lược thông số di truyền các quần thể đậu xanh ở M3

4.7 Kết quả khảo sát các đặc tính sinh trưởng, hình thái và nông học ở các dòng đột biến ở M4, M5 và M6

4.7.4 Thành phần năng suất và năng suất của các giống/dòng đậu xanh từ

viii

4.8 Phân tích kiểu gen bằng dấu SSR

4.8.1Kết quả ly trích và kiểm tra DNA từ lá đậu xanh

4.8.2Kết quả kiểm tra kiểu gen của các dòng đậu xanh đột biến

4.8.3Mối quan hệ di truyền giữa các giống/dòng đậu xanh dựa trên phân tích SSR

4.9 Kết quả giải trình tự gen liên quan đến khối lượng 1.000 hạt

4.9.1Kết quả khuếch đại gen

4.9.2Kết quả giải trình tự gen

Chương 5 Kết luận và đề xuất

5.1 Kết luận

5.2 Đề xuất

Danh mục liệt kê các bài báo đã công bố

Tài liệu tham khảo

Phụ chương

DANH SÁCH BẢNG

dụng cho một số cây trồng

phấn

một số quốc gia tính đến năm 2007

(NLK) được sử dụng trong thí nghiệm

NSKG và trổ hoa vụ Thu Đông 2013

đậu xanh đột biến thế hệ M1, vụ Thu Đông 2013

thể đậu xanh trong 2 thí nghiệm ở MĐông 2013, Đông Xuân 2013-2014 và Xuân Hè 2014

trong 2 thí nghiệm ở M1, M2 và MXuân 2013-2014 và Xuân Hè 2014

thể đậu xanh trong 2 thí nghiệm ở Mx

Đông 2013, Đông Xuân 2013-2014 và Xuân Hè 2014

quần thể đậu xanh đột biến thế hệ M3 vụ Xuân Hè 2014

ĐX208 và quần thể ĐX208 (ĐC)

Taichung đột biến và quần thể Taichung (ĐC)

2 giống đối chứng (ĐX208 và Taichung) vụ Thu Đông 2014

2 giống đối chứng (ĐX208 và Taichung) vụ Thu Đông 2015

giống đối chứng ĐX208 vụ Đông Xuân 2016

đậu xanh thế hệ M4 vụ Thu Đông 2014

đậu xanh ở thế hệ M5 vụ Thu Đông 2015

đậu xanh ở thế hệ M6 vụ Đông Xuân 2015-2016

xanh ở thế hệ M4 vụ Thu Đông 2014

xanh ở thế hệ M5 vụ Thu Đông 2015

xanh ở thế hệ M6 vụ Đông Xuân 2015-2016

xanh ở thế hệ M4 vụ Thu Đông 2014

xanh ở thế hệ M5 vụ Thu Đông 2015

xanh ở thế hệ M6 vụ Đông Xuân 2015-2016

chọn trong vụ Đông Xuân 2015-20164.26 Danh sách 35 giống/dòng đậu xanh được sử dụng để phân tích

kiểu gen4.27 Kết quả đo nồng độ và độ tinh sạch của 35 giống/dòng đậu

xanh4.28 Danh sách 6 dòng đậu xanh đột biến ở M

(ĐX208 và Taichung) sử dụng để giải trình tự gen4.29 Sự sai khác trong trình tự nucleotide ở đoạn gen từ vị trí 461-

500 nucleotide của 3 dòng ĐX208 đột biến và giống ĐX2084.30 Sự sai khác trong trình tự nucleotide ở đoạn gen từ vị trí 461-

500 nucleotide của 3 dòng Taichung đột biến và giốngTaichung

xii

DANH SÁCH HÌNH

trồng tại Nhật năm 2008

1969-2014

dòng ĐX8-1-28-8A và dòng ĐX4-6-1-1

đồng loạt từng phần của giống Taichung (ĐC) (B)

vọng ở M6 được tuyển chọn trong vụ Đông Xuân 2015-2016

giống ĐX208 (ĐC)

giống Taichung (ĐC)

giống gốc (ĐX208) với cặp mồi MBSSR039

4.15 Kết quả điện di sản phẩm PCR 20 dòng Taichung đột biến và

giống gốc (Taichung) với cặp mồi MBSSR0394.16 Kết quả điện di sản phẩm PCR của 20 dòng Taichung đột

biến và giống Taichung (ĐC) với cặp mồi CEDAAG0024.17 Mối quan hệ di truyền của 13 dòng ĐX208 đột biến và giống

ĐX208 (giống gốc)4.18 Mối quan hệ di truyền của 20 dòng Taichung đột biến và

giống Taichung (giống gốc)4.19 Hình điện di kết quả khuếch đại gen VrSrThr

4.20 Sự khác biệt vị trí các nucleotide của 3 dòng đậu xanh đột

biến so với giống gốc ĐX2084.21 Sự sai khác vị trí các nucleotide của 3 dòng đậu xanh

Taichung đột biến so với giống gốc Taichung4.22 Mức độ biến dị vị trí các nucleotide ở 3 dòng ĐX208 đột biến

(A) và 3 dòng Taichung đột biến (B) so với giống gốc ĐX208

và Taichung tương ứng

xiv

Tetra methyl ethylene diamineUnweighted Pair Group Method with Arithmetic mean

xvi

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU

1.1 Tính cấp thiết của đề tài

Đậu xanh [Vigna radiata (L.) Wilczek] là cây họ đậu quan trọng, chiếm

gần 10 diện tích và 5 sản lượng các loài họ đậu ăn hạt ở các nước nhiệt đới và

á nhiệt đới Đậu xanh chứa rất ít hàm lượng oligosaccharides – loại đường gâychứng đầy hơi, nhưng rất giàu đạm, khoáng chất, vitamin và là nguồn sắt chất

lượng cao, đặc biệt tốt đối với phụ nữ và trẻ em thiếu máu, (Kim et al., 2015).

Với thành phần dinh dưỡng như trên, đậu xanh đã trở thành một loại thựcphẩm linh hoạt trong khẩu phần ăn của con người, là nguồn dược liệu được ưachuộng (Myers, 2000) Ngoài ra, đậu xanh còn là nguồn thức ăn gia súc tốt để

sản xuất thịt và sữa chất lượng cao (Boelt et al., 2014) Thêm vào đó, cây đậu

xanh rất thích hợp cho việc xen canh và luân canh với nhiều loại cây trồngkhác do có chu kỳ sinh trưởng ngắn, kỹ thuật canh tác đơn giản, thích ứngrộng với môi trường Hơn nữa, với khả năng cố định đạm ở nốt rễ khi kết hợp

với vi khuẩn Rhizobium trong đất cho phép đậu xanh phát triển mạnh trong đất

thiếu đạm và có thể cải tạo được kết cấu đất (War et al., 2017) Trước tình hình

biến đổi khí hậu hiện nay, hạn mặn đang là vấn đề nghiêm trọng, với khả năngchịu hạn khá, đậu xanh được xem như một cây trồng có tiềm năng đáp ứngđược nhu cầu cấp thiết này (Rao, 2016)

Ở Việt Nam, đậu xanh được trồng nhiều ở vùng Duyên hải Nam Trung

Bộ và Tây nguyên Hiện nay, chưa có một thống kê chính thức về cây trồngnày, tuy nhiên theo số liệu thu thập được thì đậu xanh có năng suất bình quânkhoảng 0,7 tấn/ha, và biến động lớn giữa các vùng miền (Nguyễn Văn Chương

và ctv., 2014) Nguyên nhân cơ bản dẫn đến năng suất đậu xanh thấp có thể là

do đậu xanh thường được trồng trên đất xấu, nông dân sử dụng giống cũ củađịa phương không được chọn lọc, kiểu trái chín không đồng loạt

Nghiên cứu cho thấy chỉ có khoảng 65 trái đậu xanh được thu hoạch trongvòng 70-75 ngày sau khi gieo (NSKG), 18% trong lần thu hoạch thứ hai 75-80NSKG và 17% trong lần thu hoạch thứ ba 90-95 NSKG (Rahman, 1991) Đểrút ngắn thời gian và giảm chi phí thu hoạch thì việc chọn tạo giống đậu xanhmới năng suất cao, mang kiểu gen trái chín đồng loạt là tiêu chí quan trọngtrong công tác chọn tạo và cải thiện giống đậu xanh hiện nay

Trong những năm gần đây, đột biến cảm ứng đã được chứng minh là mộtcông nghệ khả thi, bền vững, hiệu quả cao, được chấp nhận về mặt môitrường, linh hoạt và chi phí thấp để tăng cường cải thiện giống cây trồng Độtbiến cảm ứng cho phép thoát được bế tắc của tính bất thụ bằng cách tạo các

biến dị hữu ích và đem lại bước tiến đáng kể cho công tác chọn giống đậuxanh (Lagoda, 2009) Hóa chất Ethyl Methane Sulphonate (EMS) là tác nhângây đột biến hiệu quả về phổ biểu hiện và được sử dụng phổ biến (Auti andApparao, 2009) Trên thế giới, EMS đã được sử dụng thành công trong việctạo ra giống mới có năng suất cao, chất lượng tốt, có khả năng kháng sâu,bệnh, chống chịu được các điều kiện bất lợi của ngoại cảnh trên một số giống

cây trồng như: lúa (Singh et al., 1998; Talebi et al., 2012), đậu trắng (Girija

and Dhanavel, 2009), đậu nành (Song et al., 2010; Satpute and Fultambkar,

2012), đậu xanh (Sandhu et al., 2003; Roychowdhury et al., 2012; Mishra and

Singh, 2014) Ở Việt Nam, các công trình nghiên cứu tạo giống đột biến bằnghóa chất EMS rất ít, số lượng của những nghiên cứu này còn giới hạn, hầu hếtcác giống đột biến đã được công bố đều sử dụng tác nhân vật lý để gây độtbiến

Hiện nay, phân tích kiểu gen bằng các kỹ thuật sinh học phân tử DNA đã

và đang được phát triển mạnh, là một trong những kỹ thuật giúp cho phươngpháp chọn giống đột biến cảm ứng trở nên nhanh chóng và có hiệu quả hơn.Việc phối hợp giữa phương pháp chọn giống bằng đột biến cảm ứng và kỹthuật sinh học phân tử sẽ rút ngắn thời gian chọn tạo từ 3-4 thế hệ so vớiphương pháp chọn giống truyền thống (Điêu Thị Mai Hoa, 2006), đồng thờiđịnh hướng nhanh kiểu gen mong muốn và gia tăng hiệu quả của các giống độtbiến

Xuất phát từ yêu cầu thực tế sản xuất đậu xanh và nhằm cung cấp thêm

cơ sở khoa học, vật liệu cho công tác chọn tạo giống cũng như giống đậu xanh

mới luận án “Chọn tạo các dòng đậu xanh (Vigna radiata L.) bằng đột biến

EMS trên hai giống ĐX208 và Taichung” đã được thực hiện.

1.2 Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu

1.2.2 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu

1.2.2.1 Đối tƣợng nghiên cứu

- Hai giống đậu xanh dùng làm vật liệu gây đột biến bởi EMS (EthylMethane Sulphonate), trong đó (i) giống Taichung (tên gốc là Tainan 5) có

2

nguồn gốc từ tổ hợp lai VC2750A x VC2768A, được phóng thích vào năm

1989 và được nhập vào trường Đại học Cần Thơ năm 2009; (ii) giống ĐX208

có nguồn gốc từ dòng VC4111A của AVRDC, do bộ môn Di truyền và chọngiống Cây trồng – ĐHCT tuyển chọn

- Một số dòng đậu xanh đột biến cảm ứng có triển vọng đã được chọn tạo bằng phương pháp đột biến

1.2.2.2 Phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu trên cây đậu xanh Vigna radiata (L.) Cụ thể là trên 2 giống

ĐX208 và Taichung Xử lý EMS lên hạt của 2 giống này, ở 4 mức nồng độ0,2; 0,4; 06; 0,8 EMS Sau đó (i) Trồng, quan sát và tuyển chọn các thế hệ độtbiến từ M1 đến M6 trong điều kiện ngoài đồng (ii) Xác định độ thuần liênquan đến gen ngày trổ hoa và khối lượng 1.000 của các dòng được tuyển chọnbằng dấu phân tử SSR Giải trình tự gen khối lượng 1.000 hạt của 6 dòng độtbiến và 2 giống gốc (ĐX208 và Taichung) bằng dấu SNPs

1.3 Nội dung nghiên cứu

Đề tài được thực hiện với 6 nội dung

Nội dung 1: Gây đột biến cảm ứng bằng hóa chất EMS lên 2 giống đậu

xanh ĐX208 và Taichung ở bốn mức nồng độ 0,2; 0,4; 0,6 và 0,8% EMSnhằm tạo nguồn vật liệu khởi đầu mới

Nội dung 2: Ở thế hệ M1 trồng và quan sát sức sống của cây con và cây

trưởng thành và tỉ lệ gây chết so với đối chứng (LOC)

Nội dung 3: Ở thế hệ M2 và M3 trồng và đánh giá các đột biến diệp lục,

đột biến hình thái trên lá, xác định biến dị di truyền ở các tính trạng như chiềucao cây lúc chín (cm), số trái trên cây (trái), khối lượng 1.000 hạt (g), năngsuất hạt trên cây (g) và tuyển chọn các dòng đậu xanh đột biến có đặc tính tốt

Nội dung 4: Ở thế hệ M4 và M5 trồng và đánh giá sơ khởi thành phần

năng suất và năng suất, khả năng cho trái chín đồng loạt ở các dòng đậu xanhđột biến và tuyển chọn các dòng đột biến ưu tú nhất

Nội dung 5: Ở thế hệ M6 trồng và so sánh các dòng đậu xanh đột biến

triển vọng với giống ĐX208 hiện canh tác phổ biến tại địa phương

Nội dung 6: Ở thế hệ M6, kiểm tra độ thuần của các dòng đột biến ưu tú

bằng dấu SSR ở tính trạng khối lượng 1.000 hạt và ngày trổ hoa và giải trình

tự gen của 6 dòng đột biến và 2 giống gốc (ĐX208 và Taichung) bằng dấuSNPs

1.4 Thời gian thực hiện

Thí nghiệm được thực hiện từ tháng 08/2013 đến tháng 05/2017

1.5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án

1.5.1 Ý nghĩa khoa học

Đề tài là công trình nghiên cứu có hệ thống trên cây đậu xanh, kết hợpgiữa phương pháp chọn giống truyền thống với phương pháp hiện đại nhằmtạo nguồn vật liệu di truyền mới (có tính trạng quý) và rút ngắn thời gian chọntạo giống Ứng dụng dấu phân tử SSR để xác định dòng thuần dựa vào việcphân tích kiểu gen khối lượng 1.000 hạt và ngày trổ hoa Giải trình tự vùnggen khối lượng 1.000 hạt của 6 dòng đột biến và các giống đối chứng (ĐX208

và Taichung) để xác định sự khác biệt di truyền của chúng với nhau bằng dấuSNPs

Kết quả nghiên cứu của đề tài đã cung cấp các dẫn liệu khoa học có giátrị về phương pháp tạo giống mới thông qua xử lý đột biến, đồng thời là tưliệu có giá trị cho việc nghiên cứu ứng dụng công nghệ sinh học trong chọntạo giống cây trồng

Các kết quả của đề tài là cơ sở để tiếp tục phát triển hướng nghiên cứutạo dòng đột biến mới làm nguồn nguyên liệu di truyền cho việc chọn tạogiống bằng xử lý đột biến EMS không chỉ đối với cây đậu xanh mà còn có thể

mở rộng với nhiều đối tượng cây trồng khác

Các số liệu công bố trong luận án có thể sử dụng làm minh chứng phục

vụ cho công tác giảng dạy và nghiên cứu về phương pháp chọn tạo giống đậuxanh đột biến ở các trường đại học và cơ quan nghiên cứu nông nghiệp

Đã ứng dụng thành công phương pháp xử lý đột biến cho cây đậu xanhbằng tác nhân EMS

1.6 Những điểm mới của luận án

Đã tạo được nguồn vật liệu khởi đầu có tính đa dạng, mang ưu điểm vềtiềm năng năng suất cao và là nguồn vật liệu lai tạo mới

4

Đã tạo ra 11 dòng đột biến có tiềm năng và đánh giá được đặc điểm sinhtrưởng, hình thái, nông học, năng suất và thành phần năng suất trong điều kiện

tự nhiên

Điểm mới nhất trong luận án là việc đánh giá kiểu hình kết hợp với phântích kiểu gen cũng như đánh giá sự sai khác di truyền bằng dấu SSR Đồngthời xác định trình tự nucleotide của một số gen liên quan đến vùng gen khốilượng 1.000 hạt của 6 dòng đột biến và 2 giống đối chứng bằng dấu SNPs

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1 Nguồn gốc, phân loại và bộ gen cây đậu xanh

và Lê Khả Tường, 1998)

2.1.2 Phân loại thực vật

Cây đậu xanh (Vigna radiata L Wilczek) thuộc ngành Magnolyophyta, lớp Magnolyopsida, bộ Fabales, họ Fabaceae, chi Vigna Chi Vigna là một

trong những chi lớn trong họ đậu, bao gồm khoảng 150 loài thuộc 7 chi phụ là

Vigna; Plectotropis; Ceratotropis; Lasionspron; Sigmoidotropis; Haydonia; Macrohynchus Đậu xanh bao gồm các loài thuộc hai chi phụ là Vigna và Ceratotropis Trong đó, chi phụ Ceratotropis được gọi là nhóm đậu Châu Á,

bao gồm 16 loài hoang dại và 5 loài trồng trọt phổ biến rộng rãi ở châu Á như

đậu xanh (Vigna radiata), đậu mười (Vigna mungo), đậu bướm (Vigna

aconitifolia), đậu đỏ (Vigna angularis), đậu nho nhe (Vigna umbellate) Dạng

hoang dại thuộc chi Vigna radiata cũng được tìm thấy ở Madagasca bên bờ Ấn

Độ Dương và Đông Phi (Nguyễn Đăng Khôi, 1997; Trần Đình Long và Lê

Khả Tường, 1998; Aitawade et al., 2012).

2.1.3 Bộ gen cây đậu xanh

Đậu xanh có bộ nhiễm sắc thể (NST) lưỡng bội 2n=2x=22 (Somta et al.,

2009) Kích thước bộ gen tương đối nhỏ, ước tính khoảng 579 Mbp(Arumuganathan and Earle, 1991) và tương tự như kích thước của các loài

khác trong chi Vigna (Somta and Srinives, 2007) Chiều dài của các cặp NST

biến đổi từ 28,2 đến 73,3 µm (Krishnan and De, 1965) Ngoài ra kích thước

DNA trong lạp thể ở đậu xanh là 151 kbp (Tangphatsornruang et al., 2010) và kích thước DNA trong ty thể là 401 kbp (Alverson et al., 2011) Mới đây nhất Kang et al (2014) đã nghiên cứu thành công trình tự gen đậu xanh và những dấu hiệu tiến hóa trong các loài thuộc chi Vigna bằng phương pháp de novo

assemply sử dụng kỹ thuật đánh giá kiểu gen bằng cách giải trình tự Tuynhiên, việc nghiên cứu về bộ gen của cây đậu xanh vẫn còn rất ít và đi sau cáccây họ đậu khác

6

2.2 Đặc điểm nông học của cây đậu xanh

Cây đậu xanh là loại cây trồng cạn, thu trái và hạt, bao gồm các bộ phận

rễ, thân, lá, hoa, trái, hạt

2.2.1 Hệ rễ

Hệ rễ đậu xanh thuộc loại rễ cọc bao gồm rễ chính và các rễ phụ Rễchính thường ăn sâu khoảng 20-30 cm, trong điều kiện thuận lợi có thể ăn sâutới 70-100 cm Rễ phụ thường gồm 30-40 cái, dài khoảng 20-25 cm (Trần Văn

Lài và ctv., 1993).

Trên rễ cây họ đậu có nhiều nốt sần chứa vi khuẩn cố định đạm

Rhizobium Các nốt sần trên rễ bắt đầu hình thành khi cây có 2-3 lá thật và đạt

tối đa khi cây ra hoa rộ Trên mỗi cây có khoảng 10-20 nốt sần, tập trung chủyếu ở cổ rễ Kích thước của các nốt sần không giống nhau, đường kính daođộng từ 4-5 mm Trên các loại rễ thì lớp rễ đầu tiên có nhiều nốt sần, còn cáclớp rễ mọc ra từ cổ rễ về sau ít nốt sần hơn Những nốt sần hình thành sau khicây ra hoa được gọi là nốt sần thứ cấp hoạt động mạnh hơn loại nốt sần sinh ra

ở nửa đầu thời kỳ sinh trưởng Trung bình mỗi vụ, một héc ta đậu xanh có thể

bù lại cho đất tương ứng 85-107 kg nitơ làm cho đất tơi xốp hơn (Phạm VănThiều, 1999)

2.2.2 Thân và cành

Thân cây đậu xanh thuộc loại thân thảo, phân đốt, mọc thẳng đứng có khihơi nghiêng Thân đậu xanh nhỏ, tròn, có màu xanh hoặc màu tím tùy thuộcvào kiểu gen, có một lớp lông màu nâu sáng bao bọc, lớp lông này dày haymỏng là tùy thuộc vào giống Thân cây yếu, dễ đổ ngã khi mưa to gió lớn.Trên thân chia 7-8 đốt, các đốt thứ 4, 5, 6 thường mọc ra các chùm hoa,giữa hai đốt gọi là lóng Độ dài của các lóng thay đổi tùy theo vị trí lóng trêncây và điều kiện khác Các lóng dài khoảng từ 8-10 cm, các lóng ngắn chỉ 3-4

cm Từ các đốt mọc ra các cành, trung bình có 1-5 cành Các cành mọc ra từcác nách lá thứ 2, 3 phát triển mạnh gọi là cành cấp I, trên mỗi cành này lại cótrung bình 2-3 mắt, từ các mắt này mọc ra các chùm hoa Cũng có trường hợpcây không phân cành, trường hợp này thường thấy khi trồng với mật độ quádày (Hà Thị Hiến, 2004)

2.2.3 Lá

Lá cây đậu xanh thuộc loại lá kép, có ba lá chét, mọc cách Các lá chét cónhiều dạng hình khác nhau từ ô van, thuôn tròn, thuôn dài, lưỡi mác Sau khigieo 7-8 ngày thì cây mới hình thành các lá thật Lá thật hoàn chỉnh gồm có: lákèm, cuống lá và phiến lá Cuống lá dài từ 8-10 cm, hình lòng máng Cả

hai mặt trên và dưới của lá đều có lông bao phủ, gân lá nổi rõ lên ở phía dướimặt lá Màu lá xanh đậm hoặc xanh vàng Số lượng lá, kích thước, hình dạng

và chỉ số diện tích lá thay đổi tuỳ thuộc vào giống, đất trồng và thời vụ

Hoa đậu xanh thường nở rải rác, các hoa ở thân nở trước, các hoa ở cành

nở sau, chậm hơn, có khi còn chậm hơn các chùm hoa cuối cùng ở ngọn cây.Hoa nở được 24 giờ là tàn, sau khi nở hoa và thụ tinh khoảng 20 ngày là tráichín Số lượng hoa dao động rất lớn, từ 30 đến 280 hoa trên một cây Dựa vàothời gian nở hoa có thể chia thành 3 nhóm:

- Nhóm ra hoa tập trung: hoa nở kéo dài  16 ngày

- Nhóm ra hoa không tập trung: hoa nở liên tiếp  30 ngày

- Nhóm ra hoa trung gian: hoa nở từ 16 đến 30 ngày

Các trái của những lứa hoa đầu lại thường chín chậm hơn các trái ra lứasau đó, nhưng trái to và hạt mẩy hơn Các trái của những đợt hoa ra sauthường ngắn, ít hạt, hạt không mẩy, màu hạt cũng nhạt và bé hơn Các trái sinh

ra từ các chùm hoa trên thân nhiều trái và trái to, dài hơn trái của các chùmhoa ở cành Trái đậu xanh chín rải rác, có khi kéo dài đến 20 ngày (Phạm VănThiều, 1999)

8

2.2.6 Hạt

Hạt đậu xanh có dạng hình tròn, hình trụ, thuôn hoặc tròn đều và cónhiều màu sắc khác nhau như: màu xanh bóng, xanh xám, vàng, nâu hoặc đenxám, nằm ngăn cách nhau bằng những vách xốp của trái Ruột hạt có màuvàng, xanh hoặc xanh nhạt

Mỗi trái có từ 8-15 hạt Hạt của những trái trên thân thường to, mẩy hơnhạt của các trái ở cành Hạt của các trái lứa đầu cũng to và mẩy hơn các tráilứa sau Số lượng hạt trung bình trong một trái là một trong những yếu tố chủyếu tạo thành năng suất của đậu xanh Khối lượng hạt của mỗi cây biến độnglớn từ 20-90 gam, khối lượng 1.000 hạt từ 35-80 gam tùy giống, thời vụ vàchế độ canh tác (Đoàn Thị Thanh Nhàn, 1996)

2.3 Sâu và bệnh gây hại trên đậu xanh

- Giòi đục thân (Melanesgromyza sojae)

Phân bố trên một vùng rộng lớn ở cả châu Á, châu Úc và châu Âu Giòixuất hiện trên hầu hết các giống đậu Thành trùng là loại ruồi nhỏ, dài từ 1,6đến 2,0 mm, bụng có màu đen bóng hơi ngả xanh, mắt màu đỏ và phần trángiữa hai mắt kép hơi nhô cao lên Đời sống thành trùng từ 35 đến 38 ngày,một ruồi cái có thể đẻ đến 200 trứng Ấu trùng có hai ống thở ở cuối bụng códạng chẻ đôi thành 2 nhánh và 6 lỗ thở tập trung ở phần cuối cùng Thời gianphát triển của ấu trùng từ 7 đến 10 ngày Nhộng hình bầu dục, dài 2,0-2,4 mm,ngang 0,7-1,0 mm lúc mới hình thành màu vàng, sau chuyển thành màu nâu,cuối đuôi có 2 ống thở nhọn, màu nâu đen

Cách gây hại: thành trùng ăn mặt trên của lá và các vết chích tập trunggần gốc, các gân chính, hình tròn và đẻ trứng vào vết chích đó Sau khi nở, ấutrùng đục ở mặt dưới lá khoảng 2 ngày, sau đó đục vào gân gần nhất, qua biểu

bì cuống, xuống vỏ thân và tiếp tục đục xuống gốc, gây hại phần thân dưới lớpbiểu bì, ngay phía trên cổ rễ Ruồi làm nhộng giữa phần da và gỗ của thân câyđậu, ngay dưới mặt đất Trên cây đậu còn nhỏ giòi thường gây hại phần gốc vàmột số có thể đục đến rễ cái của cây đậu và làm nhộng ở lớp biểu bì thân, gầngốc hoặc trên mặt đất Trên cây đậu già, giòi thường làm hại các nhánh và làmnhộng ở cuống lá Chỗ cây có dòi làm rễ bị sưng, thối hoặc khô và nứt(Nguyễn Văn Huỳnh và Lê Thị Sen, 2013)

- Bệnh héo cây con (Rhizoctonia solani)

Theo Nguyễn Danh Vàn (2008) bệnh có thể gây hại cả ở giai đoạn câyđang tăng trưởng làm cho lá rụng, nhưng chủ yếu vẫn là thời kỳ cây con (mộtđến hai tuần tuổi), nếu bệnh nặng cây con có thể chết hàng loạt, làm cho

khiếm khuyết nhiều cây trên ruộng Ban đầu vết bệnh chỉ là những chấm nhỏxuất hiện trên rễ, cổ rễ hoặc phần gốc sát với mặt đất, sau đó phát triển lanrộng dần ra xung quanh Làm cho cổ rễ, gốc cây bị hư thối mục, chuyển dầnsang màu thâm đen, ủng nước hoặc hơi khô, tóp nhỏ lại không đủ sức giữ câyđứng vững, cây bị đổ ngã, tuy bộ lá vẫn còn xanh nhưng toàn thân đã bị héo

rũ Nếu ẩm độ ở dưới gốc cao, ở gốc sẽ bao phủ một lớp nấm màu trắng, sauchuyển dần sang màu xám, hoặc các hạch nấm tròn nhỏ trông giống như mộthột cải, lúc đầu màu vàng sau chuyển dần sang màu nâu nhạt, nâu đen

Nấm gây bệnh tồn tại lâu dài trong đất trồng, chúng có thể sống hoại sinhtrên tàn dư cây trồng trong nhiều năm không chết Bệnh thường phát sinh, pháttriển mạnh trong điều kiện mưa ẩm nhiều, nhiệt độ không khí khoảng 20-25°C, đất thịt nặng, đất chặt, bí dễ đóng váng sau khi mưa, sau khi tưới, đấttrũng, đọng nước, đất chuyên canh cây đậu xanh hoặc các loại đậu đỗ khác.Ngoài cây đậu, nấm bệnh còn gây hại trên nhiều loại cây trồng khác như lúa,mía, bắp, đay và cây thuộc họ đậu

- Bệnh đốm lá (Cercospora canescens)

Bệnh thường tấn công cây đậu xanh ở vùng nhiệt đới, bệnh gây hại trên

lá Cây bị nhiễm từ sau ra hoa và có thể làm thiệt hại năng suất 20-58%. Vếtbệnh có hình tròn hoặc hình dạng không đồng đều ở giữa có màu trắng xám vàxung quanh viền màu nâu xám đến nâu sẫm, trồng với mật độ dày sẽ làm tăngnguy cơ mắc bệnh (DAFF, 2010)

2.4 Thời gian sinh trưởng và mùa vụ canh tác

2.4.1 Thời gian sinh trưởng

Giai đoạn sinh trưởng kéo dài hoặc giảm đi có thể tạo ra sự mất cân bằngtrong giai đoạn sinh dưỡng và sinh sản làm ảnh hưởng đến năng suất cây trồng(Dhingra and Sekhon, 1988) TGST của đậu xanh thay đổi tùy vào giống, mùa

vụ và biện pháp canh tác (Chu Thị Thơm và ctv., 2005) Trồng mùa nắng, cây

bắt đầu cho thu hoạch lúc 56-63 ngày và chấm dứt lúc 63-72 ngày Trồng mùamưa, thu hoạch trái khi cây được 65-70 ngày tuổi và chấm dứt vào 68-80 ngày.TGST chia thành 5 thời kỳ:

- Thời kỳ mọc mầm: bắt đầu từ lúc gieo đến khi cây mọc 2 lá đơn

- Thời kỳ cây con: từ khi cây mọc mầm đến khi cây có lá kép

- Thời kỳ tăng trưởng chậm: từ cây con đến khi cây có nụ hoa lớn Đây là thời kỳ hoàn thiện hệ thống rễ và hình thành nụ hoa

- Thời kỳ trổ hoa: Thời kỳ nằm gối lên thời kỳ sau, vì cây trổ hoa 2-3 đợt

- Thời kỳ phát triển trái (tạo hạt): Bắt đầu khi đậu trái (2 ngày sau khi hoa nở) đến khi chấm dứt thu hoạch

10

2.4.2 Mùa vụ canh tác

Đậu xanh được trồng chủ yếu ở các vụ sau:

- Vụ Đông Xuân: gieo tháng 12-1 dương lịch (DL), thu hoạch tháng 2-3 (DL) Đây là thời vụ trồng chính, cây phát triển tốt và ít sâu bệnh

- Vụ Xuân Hè: gieo tháng 2-3 (DL), thu hoạch tháng 5-6 (DL) Tráichín vào mùa mưa nên phải hái lúc vừa chín để hạt không giảm phẩm chất

- Vụ Hè Thu: gieo tháng 4-5 (DL) thu hoạch tháng 7-8 (DL) Vụnày dễ bị sâu bệnh tấn công (sâu xanh, đốm lá, khảm vàng), sự ra hoa vàthu hoạch trùng với mùa mưa gió làm giảm số trái, kích thước và phẩmchất hạt dẫn đến năng suất bị tổn thất nặng nề (Hà Thị Hiến, 2004)

2.5 Tình hình sản xuất và nghiên cứu chọn tạo giống đậu xanh

2.5.1 Vai trò của giống và việc cải thiện giống

Giống là một quần thể cây trồng có những đặc điểm sinh học giống nhautrong một chừng mực nhất định được tạo ra để gieo trồng trong điều kiện tựnhiên và sản xuất nhất định (Trần Thượng Tuấn, 1992) Giống là tư liệu sảnxuất quan trọng, là biện pháp hiệu quả để nâng cao năng suất và phẩm chấtcủa cây trồng (Trần Khắc Thi, 2003)

Việc cải thiện giống làm gia tăng đáng kể năng suất, giống mới giúp chosản xuất nông nghiệp phát triển Việc sử dụng giống mới đã qua chọn lọc làmcho năng suất tăng cao gấp rưởi đến gấp đôi so với các giống cổ truyền (PhạmVăn Thiều, 1999) Cải thiện giống rất có hiệu quả trong việc nâng cao năngsuất và tính kháng sâu bệnh Các giống đậu xanh cải thiện đã góp phần đadạng hóa trên đồng ruộng và mang lại hiệu quả kinh tế cao (Nguyễn Văn Hiển,2000)

2.5.2 Trên thế giới

Đậu xanh đóng vai trò là chất xúc tác, đa dạng hoá các mô hình trồngtrọt, làm giảm thiệt hại đối với tài nguyên nước và đất, giúp cải thiện đất hiệuquả hơn (Chadha, 2010) Cây đậu xanh được trồng trải rộng trên nhiều vĩ độ

từ 40° Nam đến 40° Bắc, ở các khu vực có nhiệt độ ban ngày lớn hơn 20°C(Lawn and Ahn, 1985) Ở các nước nhiệt đới và á nhiệt đới, đậu xanh chiếm

10 diện tích và 5 sản lượng các loại đỗ đậu ăn hạt Diện tích trồng đậu

xanh lớn ở các nước Nam, Đông và Đông Nam Á bao gồm Ấn Độ, TrungQuốc, Thái Lan và Pakistan, chiếm khoảng 90 sản lượng thế giới (Lambridesand Godwin, 2007) Sản lượng đậu xanh ở Châu Á tăng 12 từ

11

xuất 1,2 triệu tấn hạt chiếm khoảng 65 diện tích và 54 sản lượng trên thế giới(IIPR, 2011) Tiêu thụ toàn cầu đã tăng từ 22 đến 66 từ năm 1984 đến

năm 2006 (Shanmugasundaram et al., 2009) Ở Mỹ, hàng năm đậu xanh được

tiêu thụ từ 7-9 ngàn tấn và gần 75 số này được nhập khẩu (DAFF, 2010).Trong những năm gần đây, đậu xanh là loại cây trồng có diện tích và sản

lượng khá cao với gần 3 triệu tấn từ hơn 6 triệu héc ta trên thế giới (Nair et al.,

biệt (Munir et al., 2012) Điều này cho thấy, chọn giống đậu xanh ngày càng

đầy hứa hẹn và trở thành nhu cầu thiết yếu đáp ứng với mô hình trồng trọt

hiện tại (Monjuru et al., 2013).

Công tác chọn tạo giống đậu xanh trên thế giới được tiến hành theo một

số hướng chính như: tạo giống cho năng suất cao, tạo giống chất lượng cao,tạo giống có khả năng chống chịu tốt và tạo giống có khả năng kháng sâubệnh

Trung tâm Nghiên cứu và phát triển rau hoa Châu Á - Asian VegetableResearch and Development Center (AVRDC) dẫn đầu trên thế giới về nghiêncứu đậu xanh, đóng vai trò trong việc phát triển cải tiến nguồn gen đậu xanh ởChâu Á, và đã đạt được những thành tựu đáng kể với một ngân hàng gen gồm

11.000 giống Vigna spp có đặc điểm tốt Con đường tạo giống đậu xanh chủ

yếu là lai hữu tính và gây đột biến Các giống mới có TGST ngắn (55-65ngày), năng suất cao (2 tấn/ha), chín đồng loạt, hạt to (5-6 g/100 hạt) và khảnăng chống chịu bệnh cao (Chadha, 2010) Vỏ trái dày phù hợp mong muốn,

vì chúng ít bị tổn hại do mưa và rạn nứt khi chín (Bains et al., 2007) Các

giống đậu xanh cải tiến chiếm gần 90 diện tích trồng ở Pakistan, tăng từ

100-200 ngàn héc ta (Shanmugasundaram, 100-2007) Một số giống đậu xanh cao sản

đã được phát triển cho vùng nhiệt đới và á nhiệt đới, đó là các giống Chainat

60 (Thái Lan), PBIMg7 (Philippines) và Merpati (Indonesia) (Somta et al.,

2009)

Dự án nghiên cứu chọn tạo giống đậu xanh ở trường Đại học Nôngnghiệp Punjab Ludhiana (Ấn Độ) đã phóng thích rất nhiều giống đậu xanh

mới Các giống này có các đặc tính như có loại hình sinh trưởng trung bình,cây khỏe, phát triển nhanh, chống chịu tốt với các điều kiện khó khăn (chống

đổ ngã, chịu hạn) và có tiềm năng năng suất cao, ổn định, hàm lượng protein

cao, ngắn ngày, phục vụ sản xuất (Nair et al., 2012).

Thái Lan, quốc gia thành công trong công tác chọn tạo giống đậu xanh.Các dòng đậu xanh triển vọng từ AVRDC tiếp tục được nghiên cứu đánh giátại Thái Lan Các giống đậu xanh có nguồn gốc từ AVRDC cho năng suất caohơn giống địa phương 37 và kháng bệnh được đưa vào sản xuất như KPS2,Chainat 60 và đang phủ kín hầu hết diện tích trồng đậu xanh tại Thái Lan

(Shanmugasundaram et al., 2009).

2.5.3 Ở Việt Nam

Ở Việt Nam, cây đậu xanh cũng đã được trồng từ lâu đời ở bảy vùng sinhthái khác nhau suốt từ Bắc đến Nam Tuy vậy, cây đậu xanh vẫn được xem làmột cây trồng phụ nhằm tận dụng đất đai, lao động, nên năng suất rất thấp(Phạm Văn Thiều, 2005) Tính đến năm 2015 diện tích đậu xanh ở nước takhoảng 91 ngàn héc ta, năng suất khoảng 1,1 tấn/ha (Bảng 2.1) Sản lượng đậuxanh không đủ để đáp ứng nhu cầu tiêu thụ trong nước mà hàng năm phảinhập khẩu một lượng không nhỏ từ Trung Quốc và Campuchia

Bảng 2.1: Diện tích và năng suất đậu xanh ở Việt Nam từ 2012-2015

Nguồn: Viện Quy hoạch Thiết kế Nông nghiệp, 2016

ĐB: Đồng bằng; TD&MNPB: Trung du & Miền núi phía Bắc; DHNTB: Duyên hải Nam Trung Bộ

Từ năm 1980 đến nay có nhiều cơ sở nghiên cứu về đậu xanh như ViệnKhoa học Nông nghiệp Việt Nam, Học viện Nông nghiệp Việt Nam, ViệnKhoa học Kỹ thuật Nông nghiệp Miền Nam cùng nhiều cơ sở nghiên cứukhác

Trong giai đoạn 2001-2005 Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam đãtiến hành đánh giá 2.024 mẫu giống đậu xanh trong đó có 150 mẫu giống địa

13

phương Kết quả đã xác định được 9 mẫu giống đạt năng suất cao từ 1,8 đến2,2 tấn/ha, thời gian sinh trưởng 70-75 ngày như đậu xanh Quảng Bạ, mở HảiDương, Chianat 36, Chianat 56, Chianat 72 Trong đó giống Chianat 36 vàChianat 72 có nguồn gốc từ Thái Lan có thể sử dụng trực tiếp để nghiên cứu

các biện pháp kỹ thuật và mở rộng sản xuất (Trần Đình Long và ctv., 2005).

Trung tâm Tài nguyên Thực vật là nơi lưu giữ nguồn gen cây trồng quốcgia, trong đó có rất nhiều nguồn gen đậu xanh Các nguồn gen này được thuthập trong cả nước và nhập nội Từ năm 2003-2005, Trung tâm đã tiến hành

mô tả đánh giá 172 mẫu giống đậu xanh và chọn lọc được 3 mẫu giống cótiềm năng có số đăng ký là 4.461, 6.492 và 6.694 có thể tiến hành thí nghiệm

so sánh giống, khảo nghiệm và giới thiệu ra sản xuất (Bùi Phương Mỹ Dung

Nghiên cứu chọn tạo giống đậu nành, đậu xanh và biện pháp kỹ thuậttrong hệ thống canh tác với cây bắp giai đoạn 2006-2008 đã chọn tạo được haigiống đậu xanh ĐXVN4 và ĐXVN5 có tiềm năng năng suất cao, chống chịusâu bệnh khá (Nguyễn Thị Thanh, 2009) Giống đậu xanh mới được giới thiệuvào sản xuất gần đây nhất là ĐX11 được nhập nội từ Thái Lan (Luân Thị Đẹp

và ctv., 2013).

Giống đậu xanh HLĐX10 thích hợp với điều kiện sinh thái vùng Đồngbằng sông Cửu Long có thời gian sinh trưởng 62-65 ngày, chín tập trung, tỉ lệchín lần 1 đạt 75-85 năng suất, nhiễm nhẹ bệnh đốm nâu Năng suất đạt từ1.820 – 2.200 kg/ha vượt so với đối chứng từ 23-34% (Nguyễn Văn Chương

và ctv., 2014).

Tính đến 2015, Viện Khoa học Kỹ thuật Nông nghiệp Miền Nam đãchọn tạo và giới thiệu cho các tỉnh phía Nam 11 giống đậu xanh ưu tú(Nguyễn Văn Chương, 2015) Nhờ việc khám phá ra nhiều công dụng và chọntạo ra nhiều giống đậu xanh mới vượt trội, những năm gần đây diện tích trồngđậu xanh đã tăng đáng kể Một số giống đậu xanh cải tiến phổ biến ở ViệtNam như số 9, ĐX-92-1, HL89-E3, V87-13, G87-1, ĐX044 sinh trưởng khỏe,thu hoạch tập trung 2-3 đợt, chống đổ ngã sâu bệnh hại đã được tạo ra từ cácphương pháp chọn lọc cá thể từ các giống đậu xanh nhập nội của AVRDC(Trương Đích, 2000 và Nguyễn Mạnh Chinh, 2007)

Tại trường Đại học Cần Thơ việc nghiên cứu các giống đậu xanh nhậpnội đã được thực hiện trong thập niên 1990, chủ yếu là đánh giá và so sánhcác giống đậu xanh nhập từ AVRDC và Thái Lan Trong những năm kế tiếp,

đã tuyển chọn được giống ĐX208 (Dương Minh và ctv., 1998).

2.6 Ý nghĩa của đột biến cảm ứng trong chọn tạo giống cây trồng

Ý nghĩa của chọn giống bằng phương pháp đột biến ngày một tăng với

sự tiến bộ của chọn giống vì nguồn biến dị di truyền dự trữ của các loài câytrồng dần cạn kiệt Trong một số trường hợp, sử dụng biến dị di truyền cảm

ứng thậm chí có hiệu quả hơn (Vũ Đình Hòa và ctv., 2005).

Đột biến cảm ứng đã được chứng minh là một công nghệ khả thi, bềnvững, hiệu quả cao, được chấp nhận về mặt môi trường, linh hoạt, không nguyhại và chi phí thấp để tăng cường cải thiện giống cây trồng (Lagoda, 2009).Đột biến gen có ý nghĩa rất lớn trong công tác chọn giống, nhằm tăng tỉ

lệ các biến dị của sinh vật từ hàng ngàn đến hàng vạn lần, có nhiều biến dịkhông có trong tự nhiên (Nguyễn Văn Hiển, 2001)

Chọn lọc là phương pháp cơ bản của chọn giống Tuy nhiên, phương phápchọn lọc chỉ đưa lại kết quả tốt khi quần thể ban đầu đa dạng về kiểu gen Kết quảcủa các phương pháp chọn lọc chỉ là thừa hưởng những kho tàng biến dị có sẵntrong tự nhiên chứ không phải là tạo ra được những biến dị mới Lai giống nhântạo dù có tiềm năng lớn trong việc tạo ra các tổ hợp có đặc tính mới mà có thểđược chọn lọc trong quần thể phân ly nhưng đây chỉ là sự phân bổ lại và tái tổhợp nguồn gen sẵn có Ưu thế lai biểu hiện ở thế hệ F1 là hiệu ứng đặc biệt nhậnđược trong quá trình lai giống Tuy nhiên do đặc điểm cấu trúc hoa và hệ thốngsinh sản ở cây trồng gây cản trở cho việc áp dụng tạo giống ưu thế lai (tính bấtdung hợp khi lai, F1 không có khả năng sống, F1 bất dục, sự suy thoái của conlai) Bằng các phương pháp này các nhà khoa học cũng chỉ mới sử dụng một số ítgen trong bộ gen của cơ thể thực vật, trong đó quá trình chọn lọc và lai tạo cũngphải mất một khoảng thời gian khá dài (Phạm Thành Hổ, 2010)

Các biện pháp lai tạo và gây đa bội thể đã làm phong phú thêm nguồnbiến dị trong tự nhiên Đột biến là cơ sở của tiến hoá hình thành nên các giốngcây trồng, vật nuôi mới Đột biến là một con đường quan trọng làm tăng sựbiến dị trong cơ thể sinh vật, là sự biến đổi bất thường về vật chất di truyềndẫn đến sự biến đổi một hoặc nhiều tính trạng và có thể được di truyền cho thế

hệ sau Phương pháp gây đột biến có thể cải tiến được ở những tính trạng đơn

mà không gây ra sự tổn thương sâu trong bộ gen, đồng thời làm tăng nguồnbiến dị di truyền dùng cho lai giống nhân tạo và chính các nguồn biến dị ditruyền mới này sẽ có khả năng thích ứng tốt

15

Ngày nay, các nhà khoa học không chỉ gây đột biến để cải tiến giống câytrồng, khám phá gen kiểm soát những tính trạng quan trọng, tăng sự hiểu biếtchức năng và cơ chế hoạt động của chúng, mà còn giải mã bản chất sinh họccủa những biến đổi trong trình tự chuỗi DNA, sự tự sửa sai các đột biến.Những nghiên cứu về đột biến đã có những thay đổi về lượng và cả về chất,nghiên cứu tìm hiểu tận gốc những thay đổi trong chuỗi DNA do những tácnhân đột biến gây nên Bên cạnh đó, người ta có thể nghĩ đến gây bất hoạt gennhờ đột biến nhằm ức chế hoặc tạo ra một loại sản phẩm protein mới dẫn đếnthay đổi chất lượng của cây trồng.

2.7 Cơ sở khoa học và vai trò của chọn giống đột biến cảm ứng Đột

biến gồm có hai loại là đột biến ngẫu nhiên và đột biến cảm ứng

Đột biến ngẫu nhiên là dạng đột biến xảy ra một cách tự nhiên do nhữngbiến đổi thời tiết, khí hậu, do những thay đổi về yếu tố địa lý Trong tự nhiênnhững biến đổi đột ngột do những biến động này làm cho sinh vật mới thíchnghi hơn với điều kiện sống qua quá trình tiến hoá, những giống

cây trồng, vật nuôi mới này hình thành những đặc tính khác biệt so với giống

cũ Đột biến ngẫu nhiên có tần số rất thấp thường 10-5-10-8 và không phải độtbiến nào cũng có ý nghĩa cho con người (Phạm Thành Hổ, 2010)

Đột biến cảm ứng là đột biến do con người thực hiện vì mục tiêu chọngiống Nhờ sử dụng các tác nhân gây đột biến, mà chỉ trong một khoảng thờigian ngắn, các nhà khoa học có thể tạo được các giống cây trồng mới Gây độtbiến là một phương pháp bổ sung nguồn gen trong chọn giống cây trồng(Phạm Thành Hổ, 2010)

2.7.1 Cơ sở khoa học của chọn giống đột biến cảm ứng

Tác nhân vật lý hoặc hoá học tác động vào tế bào làm biến đổi cấu trúchoặc ion hoá phân tử DNA hoặc protein, chất vô cơ, nước làm thay đổi phảnứng sinh lý, sinh hoá trong tế bào, thay đổi cấu trúc, thành phần hoá học củaDNA gây đột biến và sai khác kiểu hình Chọn giữ lại những cá thể hoặc tậphợp cây con tốt thoả mãn yêu cầu chọn giống để làm giống đồng thời loại bỏnhững cá thể không thoả mãn yêu cầu (Phạm Văn Duệ, 2006)

2.7.2 Vai trò của đột biến cảm ứng

Ngày nay với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật, nhiềuphương pháp chọn tạo giống đã và đang được quan tâm Bằng các phươngpháp truyền thống như lai tạo hay chọn lọc, để tạo ra một giống cây trồng năngsuất cao, ổn định cần ít nhất từ 6-10 thế hệ Trong khi đó chọn giống bằngphương pháp đột biến cảm ứng chỉ cần 3 – 6 thế hệ (Điêu Thị Mai Hoa,

2006) Đồng thời sử dụng phương pháp này có thể giải quyết những vấn đề mànhiều phương pháp khác không thể thực hiện được như khi biến dị tự nhiên vềmột đặc tính mong muốn không có sẳn trong nguồn vật liệu di truyền, khi cósẳn một gen cần thiết song do mối liên kết chặt chẽ với các gen khác làm chogen đó không sử dụng được; khi tạo các đặc tính mong muốn không thể thựchiện được bằng phương pháp lai; khi muốn thay đổi một hoặc một số tínhtrạng riêng biệt nhằm khắc phục nhược điểm của giống mà không làm thay đổi

những tính trạng khác của giống (Nguyễn Quang Thạch và ctv., 2005) Đột

biến cảm ứng cho phép thoát được bế tắc của tính bất thụ bằng cách tạo cácbiến dị hữu ích (Lagoda, 2009)

Phương pháp đột biến cảm ứng làm tăng sự sai khác di truyền trong quầnthể Xử lý đột biến có thể tạo ra những đột biến mang tính nhảy vọt đáng kể,tạo ra giống mới khác xa so với giống cũ (Đường Hồng Dật, 2006) Nhiều nhàkhoa học trên thế giới đánh giá rằng một trong những thành tựu xuất sắc củathế kỷ 20 là khám phá ra phương pháp tạo giống bằng cách gây đột biến.Đột biến cảm ứng đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện giống đậu

xanh (Pandey et al., 2005) Chọn giống đột biến là phương pháp hiệu quả

trong việc gây ra những đột biến nông học quan trọng ở đậu xanh (Auti andApparao, 2009), giúp đậu xanh trở thành loại cây chính ở các nước châu Á màkhông phải cạnh tranh trực tiếp với các loại cây trồng chính như lúa mì, bắp

và bông (Tah and Saxena, 2009) Có thể nghiên cứu các đột biến tiềm năng vềchín đồng loạt trong đậu xanh thông qua đột biến cảm ứng (Tah, 2009)

2.7.3 Mục tiêu của phương pháp chọn giống đột biến cảm ứng

Lê Duy Thành (2000) cho rằng phương pháp chọn giống đột biến cảmứng trên nhiều đối tượng cây trồng khác nhau đã mở ra nhiều hướng và đápứng được các mục tiêu như:

- Tạo ra được các dạng cây chống chịu sâu bệnh

- Tạo ra được các dạng cây có năng suất và thành phần dinh dưỡng cao

- Tạo ra được các dạng cây có tính trạng quý như chín sớm, có quang chu

kỳ thay đổi, phản ứng với phân bón thay đổi và có nhiều tính trạng có lợi choviệc áp dụng cơ giới trong canh tác

- Tạo dạng cây theo thị hiếu người tiêu dùng (hoa mới, màu sắc lá trong cây cảnh, màu sắc vỏ trái, thịt trái, màu sắc trong củ, cây ăn quả và mùi thơm)

- Tạo ra được các cây chống chịu đổ và không gảy bông

- Thay đổi các đặc tính sinh hóa, nâng cao hàm lượng protein, lipid, glucid, và giảm hàm lượng alkaloid

- Cải thiện chất lượng chế biến và giá trị của sản phẩm

17

- Tạo ra được các đột biến soma ở các cây sinh sản sinh dưỡng.

2.8 Cơ sở di truyền của đột biến

Đột biến xảy ra ở bất kỳ giai đoạn sinh trưởng nào và ở bất kỳ tế bào nàocủa cây Các tác động lên kiểu hình có thể là những biến đổi nhỏ nhất mà chỉ

có thể phát hiện bằng các phương pháp phân tích phân tử đến những biến đổilớn làm thay đổi những quá trình cơ bản của tế bào dẫn đến làm chết tế bàohoặc cả cá thể

Đột biến được phân biệt theo nhiều cách khác nhau Ở các sinh vật đabào, dựa trên các dạng tế bào đầu tiên xảy ra đột biến Đột biến xuất hiện ởcác tế bào hình thành giao tử được gọi là đột biến gen ở tế bào sinh dục (germ-line mutations) Đột biến xảy ra ở tế bào sinh dưỡng được gọi là đột biến tếbào sinh dưỡng (somatic mutations) hay còn gọi là đột biến soma Đột biếnsoma có thể tạo ra một sinh vật vừa có các mô tế bào đột biến vừa có các môbình thường, hiện tượng này còn được gọi là đột biến khảm Đột biến tế bàosinh dưỡng không được di truyền cho thế hệ sau Đối với các loại cây nhângiống vô tính thì tùy vào vị trí và phần trăm của mô sinh dưỡng mà phân lậpđược hai hoặc ba loại đột biến khác nhau Ở các loài thực vật bậc cao các độtbiến soma được nhân giống vô tính do đó các đột biến này vẫn có thể được giữlại

Dựa vào sự thay đổi cấu trúc di truyền, đột biến được phân thành hai loại

đó là đột biến nhiễm sắc thể và đột biến gen Đột biến nhiễm sắc thể (NST) là

sự biến đổi về cấu trúc hoặc số lượng nhiễm sắc thể Đột biến có thể xảy ra ởmột cặp NST nào đó hoặc ở toàn bộ các cặp NST Loại đột biến này phát sinh

là do các tác nhân của ngoại cảnh (chất phóng xạ, hoá chất, sự biến đổi độtngột của nhiệt độ) hoặc những rối loạn của quá trình trao đổi chất của nội bàodẫn đến sự phân ly không bình thường của các cặp NST Trường hợp NSTtrong tế bào sinh dưỡng tăng lên thành bội số của n được gọi là thể đa bội Tếbào đa bội có lượng DNA tăng gấp bội, quá trình tổng hợp các chất hữu cơdiễn ra mạnh mẽ do đó kích thước tế bào lớn hơn Cơ thể đa bội thường có cơquan sinh dưỡng to, phát triển khoẻ, chống chịu tốt Hiện tượng đa bội kháphổ biến ở thực vật và đã được ứng dụng hiệu quả trong chọn giống cây trồng.Đột biến NST có các dạng mất đoạn, đảo đoạn, lặp đoạn, chuyển đoạn (LêDuy Thành, 2000)

Đột biến gen là những biến đổi về số lượng, thành phần, trật tự các cặpnucleotide xảy ra tại một điểm nào đó trên phân tử DNA Sự biến đổi về cấutrúc phân tử của gen có thể làm biến đổi cấu trúc của một loại protein do gen

đó mã hoá và cuối cùng dẫn đến biến đổi ở kiểu hình Ngoài những đột biến

gen xảy ra trên DNA của các NST trong nhân tế bào, còn xảy ra đột biến DNA

ở ty thể, lạp thể có thể gây ra những biến dị di truyền theo dòng mẹ (Phạm Thành Hổ, 2010)

2.9 Các tác nhân gây đột biến

Bằng chứng về các tác nhân ngoại cảnh có thể làm tăng tỉ lệ đột biếnđược công bố vào năm 1927 bởi Hermann Muller Kể từ đó một số lượng lớncác tác nhân gây đột biến được khám phá và được phân thành hai loại đó là tácnhân vật lý và tác nhân hoá học (Divan and Royds, 2013)

Tác nhân gây đột biến vật lý là những dạng tia phóng xạ Muller vàXapeghin là những người đầu tiên sử dụng tia phóng xạ để nâng cao tần số độtbiến ở cây trồng Sau đó phương pháp chọn giống mới này thu hút được sựchú ý của nhiều nhà khoa học, đặc biệt là các nhà di truyền chọn giống củaLiên Xô, Đức, Nhật, Thụy Điển Có rất nhiều dạng tia phóng xạ và nguồnphóng xạ cho các nhà chọn giống lựa chọn Bên cạnh tia cực tím một số cáctia phóng xạ ion hoá như tia X, tia gamma, hạt alpha, beta, hạt proton, neutron

có thể giải phóng nguồn năng lượng dưới dạng hạt hoặc sóng điện từ gây tổnthương sinh học cho tế bào (Griffiths and Anthony, 2000)

Ngay từ những năm 1940 Auerbach và Robson đã khẳng định một số hóachất có khả năng gây đột biến Cho đến nay đã phát hiện được hơn 400 chấthóa học gây đột biến nhiễm sắc thể và đột biến gen Tương tự như tác dụngcủa các tia phóng xạ, các tác nhân hóa học có hiệu ứng đặc thù khi gây biếnđổi cấu trúc nhiễm sắc thể, thường gây đứt ở vùng dị nhiễm sắc chất(heterochromatin) ngoài tâm động hoặc vùng eo thứ cấp Phần lớn các tácnhân hóa học gây cấu trúc lại nhiễm sắc thể ở mức độ nhiễm sắc chất(chromatin) hơn là mức độ nhiễm sắc thể (Lê Duy Thành, 2000)

Tại Nhật đóng góp của các tác nhân bức xạ trong tạo giống mới chiếm77,7 Trong đó, tia gamma chiếm đến 60,3 , phương pháp gây tạo đột biến

bằng nuôi cấy in vitro đóng góp 15,7 , sau đó là tia X chiếm 9,5% (IAEA,

2008) Tác nhân hóa học mặc dù được sử dụng từ rất lâu nhưng tỉ lệ đóng gópchỉ khoảng 6,6%, trong khi đó tia ion mới được sử dụng gần đây nhưng đãđóng góp tỉ lệ 5,8% (Nakagawa, 2008)

19

Hình 2.1: Tỉ lệ đóng góp của các tác nhân đột biếntrong tạo giống cây trồng tại Nhật năm 2008

Nguồn: Nakagawa, 2008

2.9.1 Cơ chế gây đột biến của tác nhân phóng xạ

Tia gamma và tia X là 2 tác nhân chiếu xạ cơ bản trong gây tạo đột biến.Được dùng phổ biến nhất là tia gamma với nguồn Co60 và Cs137 do có bướcsóng rất ngắn và vận tốc rất lớn, không có khối lượng và điện tích, không bịlệch trong điện trường và có sức xuyên khá lớn Theo Kuzin và Yurov (1968)

cơ chế của quá trình tương tác gây đột biến gồm 3 giai đoạn chính:

Giai đoạn 1: Có tính chất vật lý, sự tương tác của các bức xạ tạo ra các

quá trình ion hoá và sự biến đổi các hợp chất ở mức phân tử và dưới phân tử

Giai đoạn 2: Có tính chất hoá học, giai đoạn này diễn ra các phản ứng

tương tác của các sản phẩm sơ cấp do kết quả tương tác của bức xạ với các đạiphân tử chưa bị biến tính của các cấu trúc sinh học Tạo ra các peroxit hữu cơ,đồng thời diễn ra các phản ứng oxy hoá dẫn tới sự tạo thành các hợp chất mới

Giai đoạn 3: Có tính chất sinh học, là giai đoạn phát huy tác dụng của

các phản ứng lên hoạt động của các tế bào sống Tức là các biến đổi hoá họcgây nên do bức xạ dưới mức tế bào, chẳng hạn như làm thay đổi cấu trúc vàtính thấm của màng tế bào

Quá trình tác động qua nhiều giai đoạn như trên gọi là tác động gián tiếpcủa bức xạ lên tế bào sống Ngoài ra các nghiên cứu cho thấy các tia bức xạcòn gây ra tác động trực tiếp lên một số cấu trúc dưới tế bào Gây ảnh hưởngtrực tiếp đến quá trình tổng hợp DNA và tổng hợp protid trong tế bào sống,đặc biệt là các biến đổi trong cấu trúc DNA, làm phát sinh đột biến di truyền(Phạm Thành Hổ, 2010)

Quá trình phát sinh đột biến rất phức tạp, liên quan và phụ thuộc vàonhiều yếu tố: đặc tính lý học của loại tia phóng xạ; liều lượng, cường độ phóngxạ; sự phục hồi các biến dị tiềm năng và các yếu tố khác như: dưỡng