Đề tài Hiệu ứng chiếu xạ tia gama (nguồn co60) lên hạt lúa và những biến đổi di truyền trong thế hệ m1và m2

HIỆU ỨNG CHIẾU XẠ TIA gama (nguồn Co60) LÊN HẠT LÚA VÀ NHỮNG BIẾN ĐỔI DI TRUYỀN TRONG THẾ HỆ M1và M2 Hoàng Quang Minh Viện Di Truyền Nông nghiệp Nguyễn Như Toản ĐHSP Hà nội 2 I. ĐẶT VẤN ĐỀ Từ nửa thế kỷ trở lại đây thành tựu của di truyền hiện đại và công nghệ sinh học tiên tiến đã được sử dụng rộng rãi trong sản xuất nông nghiệp để tăng năng suất, tăng chất lượng sản phẩm đối với nhiều loại cây trồng vật nuôi, nhằm phát triển nông nghiệp hàng hoá theo hướng chất lượng cao, đáp ứng nhu cầu đổi mới của xã hội. Vì thế, việc nghiên cứu và chọn tạo các giống lúa cho năng xuất cao, phẩm chất tốt, có khả năng thích ứng rộng với điều kiện ngoại cảnh, chống chịu được nhiều loại sâu bệnh là biện pháp hàng đầu để tăng năng suất trong thâm canh sản xuất lúa hiện nay. Với ý chỉ, nhằm tăng cường và phát triển nguồn gen lúa thêm đa dạng và phong phú để phục vụ cho chương trình cải tiến giống mới cho năng suất và chất lượng cao, chúng tôi đã sử dụng phương pháp "Đột biến thực nghiệm" thông qua chiếu xạ tia g (nguồn Co60) lên hạt lúa ở trạng thái ướt (ngâm nước sau 20 giờ). Từ những vật liệu khởi đầu này sẽ phân lập và triển khai chọn lọc những cá thể đột biến có giá trị. Từ đó tiến hành thuần hóa chúng thành những giống lúa mới có chất lượng thương phẩm cao đủ tiêu chuẩn xuất khẩu, đáp ứng nhu cầu bức bách của thực tế sản xuất nông nghiệp hàng hoá hiện nay tại các tỉnh thuộc khu vực phía Bắc. II. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1. Vật liệu: + Sử dụng 4 giống lúa có chất lượng cao (IR-64, Bắc Thơm 7, Khang Dân 18 và A-20) làm vật liệu thí nghiệm. + Tác nhân gây đột biến: Lý học - tia g (nguồn Co60) 2. Phương pháp nghiên cứu: + Xử lý chiếu xạ hạt lúa (ở trạng thái hạt ướt) bằng tia g (nguồn Co60). Từ 4 giống lúa trên chọn 16 mẫu mỗi mẫu 500 hạt (4 lần nhắc lại), đem ngâm vào nước ấm (khoảng 40oC) trong 20 giờ rồi vớt ra rửa sạch để đưa vào chiếu xạ. Quá trình chiếu xạ tia g (nguồn Co60) lên hạt lúa ở trạng thái ướt được tiến hành tại Trung tâm chiếu xạ Quốc gia Cầu Diễn. + Trong phòng thí nghiệm: - Xác định tỷ lệ nảy mầm, khả năng sống sót của các mẫu. - Nghiên cứu những biến đổi sinh lý, hình thái các đột biến. + Ngoài đồng ruộng: - Theo dõi quá trình sinh trưởng và phát triển của cây lúa sau xử lý chiếu xạ, nghiên cứu các dạng biến dị theo các chỉ tiêu nông-sinh học. - Phân tích, theo dõi sự phát sinh các biến đổi dị thường và các đột biến. - Chọn lọc các cá thể đột biến. + Áp dụng toán thống kê để xử lý các số liệu thu đựơc. III. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 1. Ảnh hưởng của tia g đến quá trình sinh trưởng cây lúa sau khi chiếu xạ: Mức độ gây hại của các tác nhân gây đột biến tác động lên cây trồng là một trong số những biểu hiện đặc trưng đánh giá hiệu quả của đột biến thực nghiệm. Vì thế, việc theo dõi, nghiên cứu quá trình sinh trưởng của cây lúa sau khi chiếu xạ, chúng tôi chú ý ngay đến 2 chỉ tiêu đầu tiên là: tỷ lệ nảy mầm và khả năng sống sót của hạt lúa trong các công thức thí nghiệm. Từ kết quả quan sát và đếm được trong phòng thí nghiệm cho thấy (bảng 1), tỷ lệ nảy mầm của hạt lúa trong các công thức được xử lý, không chỉ phụ thuộc vào liều lượng chiếu xạ, mà còn phụ thuộc rất nhiều vào đặc tính di truyền của giống đã được sử dụng. Theo số liệu tại bảng 1 cho thấy: tỷ lệ nảy mầm của hạt lúa trong mọi công thức đều giảm dần từ 98,5±1,51% (liều lượng chiếu xạ 15 krad đối với giống IR-64) xuống 75,2±1,21% (liều lượng chiếu xạ 20 krad đối với giống Bắc Thơm 7) và chỉ còn 53,6±1,56% ở liều lượng chiếu xạ 25 krad đối với giống A-20; trong khi chỉ số này của công thức đối chứng có từ 96,7±1,32% (giống IR-64) đến 95,2±1,38% (giống A-20). Đối với giống IR-64 khi sử dụng liều lượng chiếu xạ 15 krad không những không gây hại đến khả năng nảy mầm của hạt lúa, mà ngược lại đã kích thích quá trình này, cụ thể đã nâng tỷ lệ nảy mầm cao lên 101,7% so với đối chứng. Cả 3 liều lượng chiếu xạ đã sử dụng đều gây ảnh hưởng sâu sắc lên quá trình sinh trưởng và phát triển của cây lúa ở thế hệ M1, song mức độ mạnh - yếu còn phụ thuộc vào liều lượng chiếu xạ đã sử dụng và thuộc tính di truyền của từng loại giống. Ở thế hệ M1, hầu hết các biến dị diệp lục đã xuất hiện, nhưng còn ít, chưa mang tính quy luật. Động thái ra lá, khả năng đẻ nhánh và thời gian sinh trưởng của các cá thể cũng rất khác nhau. Một số cá thể đẻ nhánh rất khoẻ (trên 30 nhánh) trong khi đối chứng chỉ có từ 5-7 nhánh. Về hình thái cây lúa trong các công thức thí nghiệm có biến động, song chưa đặc biệt, chủ yếu chỉ thấy xuất hiện dạng hạt có râu và một số cá thể có thời gian sinh trưởng hoặc bị rút ngắn hoặc bị kéo dài so với đối chứng. Trong số các chỉ tiêu cấu thành năng suất, thì phóng xạ gamma đã làm biến đổi chiều cao cây lúa, làm thay đổi đáng kể số nhánh hữu hiệu và tỷ lệ bất thụ ở những bông cái. Như vậy, phóng xạ tia g (nguồn Co60) với 3 liều lượng (15, 20 và 25 krad) đã gây ra những biến đổi một số tính trạng trong quá trình sinh trưởng và phát triển của cây lúa ngay ở thế hệ M1. Bảng 1. Những biến đổi về khả năng sinh trưởng của hạt lúa do chiếu xạ tia g (nguồn Co60) 2. Hiệu ứng đột biến do chiếu xạ tia g (nguồn Co60) đối với cây lúa ở thế hệ M2 Việc nghiên cứu tần số và phổ đột biến diệp lục xuất hiện sau khi xử lý chiếu xạ đối với cây trồng là một trong những phương pháp định lượng quan trọng để so sánh hiệu quả gây đột biến gen trong thực nghiệm. Những kết quả thu được từ thí nghiệm của chúng tôi ở bảng 2 cho thấy: tần số đột biến diệp lục xuất hiện ở các công thức phổ biến là từ 1,15 ± 1,05% đến 1,74 ± 0,44% (liều lượng 15 krad) và tăng dần theo mức tăng của cường độ chiếu xạ đối với cả 4 giống lúa. Tần suất cao nhất xuất hiện ở công thức 25 krad (giống lúa A-20) là 3,30 ± 0,53%, thấp nhất là 1,15 ± 1,05% ở giống lúa IR-64 (liều lượng 15 krad). Phổ đột biến diệp lục của các công thức cũng rất rộng, phần lớn là đột biến hoá vàng chiếm tới trên 50%, trong khi đó đột biến bạch tạng chỉ chiếm khoảng 20%. Đột biến khảm sọc chiếm chưa đến 10%, còn lại là các đột biến sắc thái khác. Công hiệu chính của đột biến cảm ứng là tạo ra được nhiều cá thể mang những biến đổi dị thường về hình thái và thể chất, hay nói cách khác việc tạo ra một quần thể đa dạng về hình thái và thể chất là mục đích, yêu cầu và hiệu quả đột biến thực nghiệm . Với số lượng trên 40 loại biến dị thu được ở thế hệ M2, ngoài sự xuất hiện các dạng cao cây, thấp cây, siêu lùn, chín muộn, chín sớm, lá đòng dài, hạt có lông,... thì các kiểu bông dài, bông ngắn, bông dạng đuôi chồn và mật độ hạt trên bông cao hoặc thấp, xếp xít hoặc xếp thưa, vỏ trấu bị dị dạng hoặc thay đổi màu sắc, xuất hiện lá trên cổ bông, hình thành lá đòng phụ, v.v.... cũng thể hiện rất rõ nét. Hai dạng biến dị thu được ở thế hệ M1 là hạt thóc có râu và vỏ trấu có màu nâu thẫm đều di truyền lại ở thế hệ M2, nên khả năng đây sẽ là 2 đột biến trội. Những biến dị hình thái xuất hiện ở M2 chúng tôi sẽ kiểm chứng tiếp ở những thế hệ kế tiếp, nếu chúng di truyền ổn định, thì theo các tài liệu công bố trước đây, chúng sẽ là những đột biến lặn. Từ trên 40 dạng biến dị hình thái thu được chúng tôi đã phân lập và đang chọn lọc các cá thể mang những đặc tính quý làm nguồn vật liệu khởi đầu cho công tác chộn tạo giống mới tiếp theo. Bảng 2. Tần số và phổ đột biến xuất hiện ở M2 do chiếu xạ tia g (nguồn Co60) lên hạt lúa. IV. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ Từ kết quả nghiên cứu những biến đổi di truyền trong 2 thế hệ M1 và M2 lên hạt lúa dưới tác động của bức xạ tia g (nguồn Co60), chúng tôi đưa ra mấy kết luận sau đây: 1. Xử lý chiếu xạ tia g (nguồn Co60) lên hạt lúa ướt (ngâm nước sau 20 giờ) với 3 liều lượng 15, 20 và 25 krad đã mang lại hiệu ứng đột biến cao. Từ đó đã tạo ra nguồn vật liệu khởi đầu rất đa dạng và phong phú cho công tác chọn tạo các giống mới tiếp theo. 2. Quá trình chiếu xạ đã làm thay đổi sắc thái cây lúa ngay ở thế hệ M1, nhưng theo chúng tôi đây chỉ là phản ứng của cơ thể thực vật đối với tác nhân gây đột biến, còn ở thế hệ M2 đột biến diệp lục mới thể hiện theo quy luật và phản ánh hiệu quả đột biến gen trong đột biến thực nghiệm. 3. Tần suất xuất hiện các biến dị hình thái không những chỉ phụ thuộc vào cường độ chiếu xạ của tia g, mà còn phụ thuộc rất nhiều vào bản chất di truyền của các giống khi đưa vào xử lý đột biến. Các biến dị hình thái xuất hiện ngay ở thế hệ 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. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Amano E., 1983: Mutagenesis effects in M1. Plt. Breeding and Genet. Section FAO/IAEA, 1983. 2. Amano E., 1995: Development of breeding for M1 Agricultrure of rice. Regional Workshop on Cereal Crop Mutation Breeding. Oct,9-15, 1995, Philippines. 3. Hoàng Quang Minh và cs,1996. Đột biến thực nghiệm với công tác chọn tạo giống lúa Oryza sativa L. Tạp chí Kết quả nghiên cứu khoa học 1986-1996 của Viện Di truyền nông nghiệp. NXB Nông nghiệp, Hà nội 1996. 4. Nguyễn Minh Công, Hoàng trọng Phán, Trần Duy Quý, 2002: Đặc điểm phát sinh của một số đột biến trội ở các giống lúa Japonica nhiệt đới (O.Sativa L.) khi chiếu xạ tia gamma (Co60) vào hạt M0 nảy mầm ở các thời điểm khác nhau và sự di truyền của chúng . Tạp chí Di truyền học và ứng dụng, số 3/2001, tr. 5-10. 5. INGER - Genetic Resource Center. Standart evaluation system for rice International Rice Reacearch Institute 4-th Edition July 1996. 5. Method of induction of mutation, IAEA, Vienna, 1993. 6. Takeshi Nishio et al., 1995: Seed mutants in Rice. Genetic analysis and Utilization in Rice Breeding. Regional Workshop on Cereal Crop Mutation Breeding Oct,9-15, 1995, Philippines. SUMMARY Effect g - irradiation (co60) to rise grain rice and genetic changes in generation m1 and m2 Potent main of induced mutation are indivirualizations branchia abnormal changes situated phenotype and genotype. Through g - irradiation (co60) to rise 4 variety rices genetic difference (IR- 64; Bac thom 7; Khang dan 18 and A-20) to show: Occurrence and spectrum nascency phenotypic variations very overtopped afferent use radiation dose, like genetic property of variety toget treatment. Most changes phenotype and genotype of rice to riceire M2 generation (frequecy of occurrence to achiere 31,5 ± 3,09% whith 40 different kinds). Whith 40 variations type to receire M2 as: height tree; short tree; prematuration; delayed matury; the grain peels has dark brow colour... We are to see: There are source to begin materials maltiform and rich very useful make breed of variety next work. Two changes to receire from M1 are the rice grain has beard and grain peels has dark brow colour, even genetic in M2 are two dominarct mutants. Phenotype changes nascency in M2 we are to check in next generation, if theyre stable genetic are recessive mutants. Người thẩm định nội dung khoa học: GS. TS. Nguyễn Hữu Đống