Nghiên cứu sự di truyền và biểu hiện của một số biến dị thực nghiệm của hai giống lúa tẻ, tám thơm đột biến, tám dự khi chịu tác động của tia gamma nguồn co 60

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH _ Trần Phạm Duy Quang LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC Thành phố Hồ Chí Minh – 2012 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH _ Trần Phạm Duy Quang Chuyên ngành : Sinh học thực nghiệm Mã số : 60 42 30 LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS NGUYỄN THỊ MONG Thành phố Hồ Chí Minh - 2012 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn Thạc sĩ Sinh học “Nghiên cứu di truyền biểu số biến dị thực nghiệm hai giống lúa tẻ: Tám thơm đột biến, Tám-Dự chịu tác động tia Gamma – nguồn Co60” công trình nghiên cứu cá nhân Các số liệu luận văn số liệu trung thực Tp Hồ Chí Minh, tháng 03 năm 2012 TRẦN PHẠM DUY QUANG Học viên Cao học khóa 20 Chuyên ngành: Sinh học thực nghiệm Trường Đại học Sư phạm Tp Hồ Chí Minh MỤC LỤC Trang phụ bìa Lời cam đoan Mục lục Danh mục từ viết tắt Danh mục bảng Danh mục hình MỞ ĐẦU Chương TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Nguồn gốc lịch sử hình thành lúa 1.1.1 Nguồn gốc xuất xứ 1.1.2 Nguồn gốc thực vật .4 1.2 Quan niệm hình dạng lúa suất cao 1.3 Đặc điểm nông – sinh học lúa 1.3.1 Sự di truyền số tính trạng hình thái 1.3.1.1 Chiều cao tính kháng đổ ngã .7 1.3.1.2 Tính trạng hình thái 1.3.1.3 Tính trạng hình dạng lúa 1.3.1.4 Đặc điểm hạt 1.3.2 Sự di truyền số tính trạng sinh lý 10 1.3.2.1 Tính trạng thời gian sinh trưởng 10 1.3.2.2 Khả đẻ nhánh .12 1.3.3 Sự di truyền số tính trạng sinh hóa 13 1.3.3.1 Hàm lượng amylose 13 1.3.3.2 Hàm lượng protein 13 1.3.3.3 Độ hóa hồ 14 1.3.3.4 Độ bền thể gel .14 1.4 Tác nhân gây đột biến 14 1.4.1 Tác nhân phóng xạ gây đột biến 14 1.4.1.1 Nhóm phóng xạ không gây ion hóa 15 1.4.1.2 Nhóm phóng xạ gây ion hóa 15 1.4.2 Tác dụng tia gamma nguồn Co60 lên vật chất di truyền .16 1.4.2.1 Tác dụng tia gamma lên vật chất di truyền cấp độ phân tử (tác động lên phân tử ADN) 16 1.4.2.2 Tác dụng tia gamma lên vật chất di truyền cấp độ tế bào 17 1.4.2.3 Tác dụng phóng xạ thực vật .18 1.4.3 Một số nhân tố ảnh hưởng tới hiệu gây đột biến tia gamma 20 1.4.3.1 Kiểu gen 20 1.4.3.2 Độ ẩm hạt .21 1.4.3.3 Các giai đoạn khác trình phát triển cá thể 21 1.4.3.4 Các pha khác chu kỳ tế bào 21 1.4.3.5 Các nhân tố khác 22 1.5 Lược sử nghiên cứu hiệu gây đột biến tia gamma (Co60) lúa trồng (O.Sativa L 2n = 24) 22 1.5.1 Nghiên cứu hiệu gây đột biến tia gamma xử lý hạt khô 22 1.5.2 Nghiên cứu hiệu gây đột biến tia gamma xử lý hạt nảy mầm 23 1.6 Một số thành tựu triển vọng chọn giống lúa phương pháp đột biến thực nghiệm giới Việt Nam .24 Chương ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 27 2.1 Đối tượng nghiên cứu 27 2.1.1 Tám Thơm đột biến .27 2.1.2 Tám-Dự 27 2.1.3 Tám-Dự 2.2 27 2.2 Phương pháp nghiên cứu 28 2.2.1 Chuẩn bị hạt giống 28 2.2.2 Tiến hành thí nghiệm đồng ruộng .28 2.2.3 Phương pháp quan sát, mô tả hình thái thu thập số liệu M2 .28 2.2.4 Phương pháp tính tần số biến dị đột biến phát sinh M2 29 2.2.5 Phương pháp khảo sát thể đột biến có giá trị kinh tế M3 .30 2.2.5.1 Triển khai thí nghiệm đồng ruộng (M3) .30 2.2.5.2 Phương pháp thu thập số liệu .30 2.2.5.3 Phương pháp phân tích chất lương thóc gạo phòng thí nghiệm 31 2.3 Địa điểm thời gian nghiên cứu 33 2.3.1 Địa điểm nghiên cứu 33 2.3.2 Thời gian nghiên cứu 33 Chương KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 34 3.1 Ảnh hưởng liều chiếu xạ nguồn Co60 lên tỷ lệ sống sót thời kì mạ, đẻ nhánh trổ chín giống lúa nghiên cứu .34 3.2 Sự phát sinh số đột biến hình thái M2 xử lý tia gamma (nguồn Co60) giống lúa nghiên cứu 36 3.2.1 Đột biến thân 36 3.2.1.1 Đột biến thấp 36 3.2.1.2 Đột biến cao 40 3.2.1.3 Đột biến kích thước màu sắc thân .43 3.2.2 Đột biến bông, hạt 45 3.2.2.1 Đột biến chiều dài 45 3.2.2.2 Đột biến cách xếp hạt .50 3.2.2.3 Đột biến đòng 53 3.3 Sự phát sinh đột biến khả sinh trưởng M2 xử lý tia gamma (nguồn Co60) giống lúa nghiên cứu 56 3.3.1 Đột biến khả đẻ nhánh 56 3.3.1.1 Đột biến đẻ nhánh nhiều .57 3.3.1.2 Đột biến đẻ nhánh 60 3.3.2 Đột biến thời gian sinh trưởng 61 3.4 Sự phát sinh đột biến yếu tố cấu thành suất M2 xử lý tia gamma (nguồn Co60) giống lúa nghiên cứu 64 3.4.1 Đột biến tăng số nhánh hữu hiệu/khóm 64 3.4.2 Đột biến kích thước hạt 67 3.4.2.1 Đột biến hạt to 67 3.4.2.2 Đột biến hạt nhỏ 69 3.5 Sự sai khác đặc tính sinh hóa dạng đột biến so với dạng gốc M3 70 3.6 Đặc điểm nông sinh học dạng đột biến có giá trị M3 73 3.6.1 Đặc điểm nông sinh học thể đột biến chín sớm M3 73 3.6.1.1 Sinh trưởng phát triển giai đoạn mạ 74 3.6.1.2 Khả đẻ nhánh .74 3.6.1.3 Chiều dài chiều rộng đòng 74 3.6.1.4 Chiều cao 74 3.6.1.5 Độ tàn 75 3.6.1.6 Độ rụng hạt 75 3.6.1.7 Chiều dài 75 3.6.1.8 Số hữu hiệu/ khóm 75 3.6.1.9 Số hạt 76 3.6.1.10 Tỷ lệ hạt lép 76 3.6.1.11 Khối lượng 1000 hạt 76 3.6.1.12 Năng suất hạt (cá thể) 76 3.6.2 Đặc điểm nông sinh học thể đột biến đẻ nhánh nhiều M3 78 3.6.2.1 Khả đẻ nhánh .78 3.6.2.2 Chiều dài chiều rộng đòng 79 3.6.2.3 Chiều cao 79 3.6.2.4 Số hữu hiệu/khóm 79 3.6.3 Đặc điểm nông sinh học thể đột biến hạt to M3 81 3.6.3.1 Chiều cao 81 3.6.3.2 Chiều dài cổ 81 3.6.3.3 Tỷ lệ hạt lép 82 3.6.3.4 Khối lượng 1000 hạt suất hạt 82 3.6.4 Đặc điểm nông sinh học thể đột biến hạt xếp xít M3 83 3.6.4.1 Chiều cao 83 3.6.4.2 Số hạt 83 3.6.4.3 Năng suất hạt 83 3.6.5 Đặc điểm nông sinh học thể đột biến tăng chiều dài M3 85 3.6.5.1 Chiều cao 85 3.6.5.2 Chiều dài cổ 85 3.6.5.3 Số hạt 85 Chương KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 88 4.1 Kết luận 88 4.2 Kiến nghị 89 TÀI LIỆU THAM KHẢO 90 PHỤ LỤC i DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ĐC : Đối chứng TD : Tám Dự TD 2.2 : Tám Dự 2.2 Nxb : Nhà xuất Tp : Thành phố KHKT : Khoa học kỹ thuật DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.1 Tỷ lệ sống sót qua thời kì sinh trưởng phát triển hệ M2 xử lí tia gamma nguồn Co60 giống lúa nghiên cứu 34 Bảng 3.2 Sự phát sinh đột biến chiều cao M2 tác dụng tia gamma nguồn Co60 37 Bảng 3.3 Sự phát sinh đột biến thân M2 tác dụng tia gamma nguồn Co60 TD1 TD 2.2 43 Bảng 3.4 Sự phát sinh đột biến chiều dài M2 tác dụng tia gamma nguồn Co60 46 Bảng 3.5 Sự phát sinh đột biến hạt xếp xít M2 tác dụng tia gamma nguồn Co60 50 Bảng 3.6 Sự phát sinh đột biến góc đòng M2 tác dụng tia gamma nguồn Co60 54 Bảng 3.7 Sự phát sinh đột biến đẻ nhánh M2 tác dụng tia gamma nguồn Co60 57 Bảng 3.8 Sự phát sinh đột biến chín sớm M2 tác dụng tia gamma nguồn Co60 61 Bảng 3.9 Sự phát sinh đột biến tăng số nhánh hữu hiệu/khóm M2 tác dụng tia gamma nguồn Co60 65 Bảng 3.10 Sự phát sinh đột biến kích thước hạt M2 tác dụng tia gamma nguồn Co60 67 Bảng 3.11 Một số tiêu sinh hóa TD M3 71 Bảng 3.12 Một số tiêu sinh hóa TTĐB M3 71 Bảng 3.13 Một số tiêu sinh hóa TD 2.2 M3 71 Bảng 3.14 Đặc điểm nông sinh học dạng đột biến chín sớm M3 77 Bảng 3.15 Tần số đột biến đẻ nhánh nhiều phát sinh M3 78 Bảng 3.16 Đặc điểm nông sinh học dạng đẻ nhánh khỏe M3 80 Bảng 3.17 Đặc điểm nông sinh học dạng đột biến hạt to M3 82 Bảng 3.18 Đặc điểm nông sinh học dạng đột biến hạt xếp xít M3 84 Bảng 3.19 Đặc điểm nông sinh học dạng đột biến tăng chiều dài M3 86 ĐC 10 kR 15 kR So sánh độ hóa hồ TD ĐC 10 kR 15 kR So sánh độ bền thể gel TD MỘT SỐ HÌNH ẢNH VỀ ĐỘT BIẾN HÌNH THÁI, SINH HÓA Ở TTĐB ĐC 10 kR Đột biến hạt nhỏ TTĐB liều xạ 10 kR Đột biến trổ sớm TTĐB liều xạ 15 kR 10 kR ĐC Đột biến tăng chiều cao TTĐB liều xạ 10 kR 10 kR ĐC Đột biến giảm chiều cao TTĐB liều xạ 10 kR ĐC 15 kR 10 kR Đột biến đẻ nhánh TTĐB ĐC 10 kR 15 kR Đột biến thân thấp, không trổ TTĐB Biến dị trổ xòe TTĐB liều xạ 10 kR ĐC 10 kR So sánh độ hóa hồ TTĐB 15 kR 10 kR ĐC So sánh độ bền thể gel TTĐB 15 kR MỘT SỐ BẢNG BIỀU Bảng Một số đặc điểm hình thái, suất chất lượng TTĐB STT Tính trạng TTĐB Góc đòng Đứng (điểm 1) Góc công Đứng-Trung bình (điểm 1-3) Chiều dài (cm) 29,35 Dạng Chụm Chiều cao 145,81 Độ cứng Khá Dài hạt gạo (mm) 5,45 Rộng hạt gạo (mm) 2,31 Độ bạc bụng nội nhũ 10 Tính cảm ứng quang chu kì Không cảm quang 11 Thời gian sinh trưởng (ngày) 155 12 Tổng số hạt/bông 201,89 13 Tỷ lệ hạt lép 22,36 14 Số hữu hiệu khóm 6,75 15 Khối lượng 1000 hạt 21,65 17 Hương thơm Rất thơm (điểm 3) 18 Hàm lượng protein 8,25 Bảng Một số đặc điểm hình thái, suất chất lượng TD STT Tính trạng Tám-Dự 1 Góc đòng Đứng (điểm 1) Góc công Đứng-Trung bình (điểm 1-3) Chiều dài (cm) 27,35 Dạng Chụm Chiều cao (cm) 128,51 Độ cứng Khá Dài hạt gạo (mm) 6,35 Rộng hạt gạo (mm) 2,81 Độ bạc bụng nội nhũ 10 Tính cảm ứng quang chu kì Không cảm quang 11 Thời gian sinh trưởng (ngày) 120-125 12 Tổng số hạt/bông 213,15 13 Tỷ lệ hạt lép 15,07 14 Số hữu hiệu khóm 5,56 15 Khối lượng 1000 hạt 20,60 16 Năng suất hạt/cá thể 21,08 17 Hương thơm Rất thơm (điểm 3) 18 Hàm lượng protein 7,91 Bảng Một số đặc điểm hình thái, suất chất lượng TD 2.2 STT Tính trạng Tám-Dự 2.2 Góc đòng Đứng (điểm 1) Góc công (cm) Đứng-Trung bình (điểm 1-3) Chiều dài 31,35 Dạng Chụm Chiều cao 120,51 Độ cứng Khá Dài hạt gạo (mm) 5,67 Rộng hạt gạo (mm) 2,19 + 0,11 Độ bạc bụng nội nhũ 10 Tính cảm ứng quang chu kì Không cảm quang 11 Thời gian sinh trưởng (ngày) 110 12 Tổng số hạt/bông 182,93 13 Tỷ lệ hạt lép 24,30 14 Số hữu hiệu khóm 6,06 15 Khối lượng 1000 hạt 20,60 17 Hương thơm Rất thơm (điểm 3) 18 Hàm lượng protein 8,15 Bảng Các tiêu phương pháp đánh giá số tính trạng M3 ST Chỉ tiêu Giai Thang xác định Cách xác định T khảo sát Chiều cao 7-9 Nửa lùn < 110cm (HI) Đơn vị đoạn tính Trung Đo từ đỉnh dài cm 111- xuống mặt đất bình 130cm (không kể râu) Cao > 130cm Kích thước mẫu 30 Khả 3-6 Rất đẻ nhánh nhánh/cây khỏe >25 Đếm số nhánh Nhánh/ 30 khóm Trung bình 10-19 nhánh/cây Thấp 5-9 nhánh/cây Kém 20 Đếm 30 khóm Bông chia trung bình Tốt 16-20 bông/khóm khóm Trung bình 10-15 bông/khóm Thấp 4-9 bông/khóm Rất thấp < bông/khóm Số hạt/bông Đếm số hạt/bông 10 Đếm khóm chia trung bình Hạt Độ trỗ 7-9 thoát Thoát tốt Đo độ dài cuống Trung bình vượt khỏi cổ Vừa cổ đòng Thoát phần Không thoát Chiều dài 6-7 Ngắn 35gr 14 Năng suất Số hữu gr cá thể hiệu/khóm x số hạt chắc/bông x khối lượng 1000 hạt 15 Các tiêu sinh hóa: độ Phân tích phòng thí nghiệm hóa hồ, độ bền thể gel, hàm lượng protein, hàm lượng amylose Bảng Phân loại gạo dựa hàm lượng amylose tinh bột theo IRRI Cấp Hàm lượng amylose (%) Loại gạo < 3.0 Nếp 3.1-10.0 Rất thấp (gạo dẻo) 10.1-15.0 Thấp (dẻo) 15.1-20.0 Trung bình (hơi dẻo) 20.1-25.0 Cao –trung bình 25.1-30.0 Cao Bảng Phân loại độ hóa hồ theo IRRI Độ tan kiềm Điểm Phân loại độ hóa hồ Hạt gạo nguyên, màu trắng bột Cao Hạt gạo phồng lên Cao Hạt gạo phồng lên, chưa rõ nét, hẹp, trắng bột Cao Trung bình Trung bình Thấp Thấp Hạt gạo phồng, viền rộng, rõ nét, tâm nhòe, trắng đục Hạt gạo rã ra, nứt, tâm nhòe đục, viền rõ suốt Hạt gạo tan bờ viền, tâm nhòe đục, viền rõ suốt Hạt gạo tan hết quyện vào nhau, tâm viền suốt Bảng7 Phân loại độ bền thể gel theo IRRI Độ dài thể gel Độ bền thể gel > 80 mm Rất mềm 61-80 mm Mềm 41-60 mm Trung bình 36-40 mm Hơi cứng < 35 mm Cứng [...]... chính là phát hiện các thể đột biến thực nghiệm có giá trị nhằm cải tạo nhược điểm của một số giống lúa đặc sản phục vụ chương trình cải tiến giống, chúng tôi quyết định chọn đề tài Nghiên cứu sự di truyền và biểu hiện của một số biến dị thực nghiệm của hai giống lúa tẻ: Tám thơm đột biến, Tám- Dự khi chịu tác động của tia Gamma - nguồn Co6 0” 2 Mục đích nghiên cứu Xác định được một số thể đột biến có đặc... 1985, 1987, 1989…) Shew H.LA và Shai AQ 1993 Hầu hết các tác giả đều đề cập đến hiệu quả gây đột biến của tia gamma (cùng các tác nhân lý hóa) khi xử lý hạt khô 1.5.2 Nghiên cứu hiệu quả gây đột biến của tia gamma khi xử lý trên hạt nảy mầm * Xử lý bằng tia gamma lên hạt lúa nước bão hòa và hạt này mầm Nhiều tác giả đã nghiên cứu hiệu quả gây đột biến của tia gamma (nguồn Co6 0) khi xử lý hạt ướt (hạt thấm... chi phối tần số và phổ đột biến 1.5 Lược sử nghiên cứu hiệu quả gây đột biến của tia gamma (Co6 0) trên lúa trồng (O.Sativa L 2n = 24) Nghiên cứu ảnh hưởng của bức xạ ion hóa trên lúa nước được tiến hành rất sớm (1896) Từ đó đến nay, gần một thế kỷ qua, người ta đã tìm ra nhiều tác nhân gây đột biến và nhiều phương thức xử lý khác nhau nhưng tia gamma vẫn là tác nhân vật lý được nghiên cứu và sử dụng... phóng xạ mà số phân hủy của nó trong 1 giây bằng 3,7.1010; 1curi tương ứng với lượng phóng xạ 1g radi 1.4.2 Tác dụng của tia gamma nguồn Co6 0 lên vật chất di truyền 1.4.2.1 Tác dụng của tia gamma lên vật chất di truyền ở cấp độ phân tử (tác động lên phân tử ADN) Khi phóng xạ tia gamma vào dung dịch ADN sẽ gây ra những biến đổi chủ yếu sau: - Gây đứt đơn: đứt 1 mạch của phân tử ADN làm ADN bị biến dạng,... • Hiểu được cơ chế tác dụng của tia phóng xạ gamma (nguồn Co6 0) lên các giống lúa, từ đó có thể vận dụng cơ chế tác động của tia phóng xạ lên một số đối tượng Thực vật khác • Là cơ sở lý luận cho việc cải tạo giống cây trồng - Ý nghĩa thực tiễn • Lựa chọn được liều lượng tối ưu cho việc gây tạo đột biến thực nghiệm trên lúa bằng tia phóng xạ • Góp phần tạo ra những dòng và giống lúa mới có ý nghĩa... một số giống lúa Indica Shakudo (1951), Takeda (1952) cùng phát hiện được các gen đột biến trội không hoàn toàn, quy định tính trạng hạt dài và tác động đa hiệu lên chiều cao cây của một số thể đột biến [19] Shakudo (1951), tìm thấy một gen trội không hoàn toàn tác động đa hiệu lên chiều dài hạt và chiều cao cây Chang (1928) nghiên cứu sự di truyền chiều dài hạt qua phép lai giữa hạt ngắn (4,1mm) và. .. chiều cao cây và số bông trên khóm Volodin (1975) giải thích: trong tế bào đa bội có một hệ thống sửa chữa các cấu trúc bị hư hỏng [18] 1.4.3.2 Độ ẩm của hạt 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, Trần Duy Quý và cộng sự đã kết luận rằng: tần số sai hình NST, đột biến di p lục và các đột biến nhìn thấy... quả gây đột biến của tia gamma trên các giống lúa Tám- Dự còn chưa nhiều 1.6 Một số thành tựu và triển vọng chọn giống lúa bằng phương pháp đột biến thực nghiệm trên thế giới và Việt Nam * Trên thế giới: Thành tựu đột biến tạo giống trên thế giới tập trung chủ yếu ở Châu Á, chiếm 86% giống mới tạo ra Nhật Bản là nước đi tiên phong về bức xạ tạo giống và có ảnh hưởng lớn nhất đến thành tựu chung của Châu... Quý (1982-1985) khi xử lý tia gamma lên hạt ẩm và nứt hạt nanh của lúa của lúa IR8, IR22, C4 – 63… rồi cố định rễ mầm ở các thời điểm khác nhau, đã xác định được mối quan hệ giữa thời điểm cố định và tần số, phổ sai hình NST Đào Xuân Tấn (1995) [21], nghiên cứu sự phát sinh các đột biến lặn ở M2 khi xử lý tia gamma (nguồn Co6 0) vào các thời điểm khác nhau của hạt này mầm ở 5 giống lúa nếp đã đi kết... kinh tế 4 Phạm vi nghiên cứu - Theo dõi và so sánh các đặc điểm hình thái, tính trạng của dạng biến dị so với đối chứng ở thế hệ M1, M2 - Nghiên cứu một số đặc điểm nông sinh học của các thể đột biến chín sớm và đẻ nhánh nhiều phát sinh ở M2 - Nghiên cứu và phân tích các chỉ tiêu sinh hóa hoặc di truyền của các thể đột biến chín sớm và đẻ nhánh nhiều trong phòng thí nghiệm 5 Ý nghĩa của đề tài - Ý nghĩa ... điểm số giống lúa đặc sản phục vụ chương trình cải tiến giống, định chọn đề tài Nghiên cứu di truyền biểu số biến dị thực nghiệm hai giống lúa tẻ: Tám thơm đột biến, Tám- Dự chịu tác động tia Gamma. .. Minh - 2012 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn Thạc sĩ Sinh học Nghiên cứu di truyền biểu số biến dị thực nghiệm hai giống lúa tẻ: Tám thơm đột biến, Tám- Dự chịu tác động tia Gamma – nguồn Co6 0”... Co6 0 giống lúa nghiên cứu 34 Bảng 3.2 Sự phát sinh đột biến chiều cao M2 tác dụng tia gamma nguồn Co6 0 37 Bảng 3.3 Sự phát sinh đột biến thân M2 tác dụng tia gamma nguồn Co6 0