Xử lí nhiệt độ cao đối với hạt hành ngâm gây ra những bất thường nhiễm sắc thể trong nguyên phân đã được quan sát ở tế bào chóp rễ. Trong bài viết này tác giả báo cáo hiệu quả xử lí nhiệt độ cao đến sự bất thường nhiễm sắc thể trong nguyên phân ở hành và thảo luận về khả năng ứng dụng tạo nguồn rễ đột biến phục vụ giảng dạy thực hành Di truyền trong các trường học.
JOURNAL OF SCIENCE OF HNUE Natural Sci., 2011, Vol 56, No 3, pp 43-50 HIỆU QUẢ XỬ LÍ NHIỆT ĐỘ CAO ĐẾN NHỮNG BẤT THƯỜNG NHIỄM SẮC THỂ TRONG NGUYÊN PHÂN Ở HÀNH (Allium fistulosum L.) Nguyễn Xuân Viết Trường Đại học Sư phạm Hà Nội E-mail: vietnhunhat@yahoo.com Mở đầu Phương pháp gây đột biến thực nghiệm ứng dụng thành công chọn giống trồng Các tia phóng xạ (tia X, tia Gamma, ) hóa chất gây đột biến (NMU, DMS, ) thường dùng tác nhân gây đột biến ADN nhiễm sắc thể (NST) tế bào mô thực vật, cung cấp vật liệu khởi đầu cho chọn giống [3, 4, 6, 7] Những bất thường nhiễm sắc thể nguyên phân giảm phân dẫn tới xuất thể đột biến Đã có nhiều cơng trình báo cáo bất thường nhiễm sắc thể thực vật tác động xử lí phóng xạ lên giai đoạn hạt khô hay giai đoạn hạt nẩy mầm [3, 6, 7] xử lí hạt khơ hóa chất gây đột biến MNU, NEU [2] Những bất thường nhiễm sắc thể hành hoa (Allium fistulosum L.) xử lí chiếu tia Laser Dragan Khrapunov báo cáo [4, 5] Tuy nhiên, theo Anderson (1972), xử lí lạnh hạt trước gieo xử lí nhiệt độ cao gây hậu bất thường cho nhiễm sắc thể tương tự chiếu xạ tia X Xử lí nhiệt độ cao hạt hành ngâm gây bất thường nhiễm sắc thể nguyên phân quan sát tế bào chóp rễ Trong viết báo cáo hiệu xử lí nhiệt độ cao đến bất thường nhiễm sắc thể nguyên phân hành thảo luận khả ứng dụng tạo nguồn rễ đột biến phục vụ giảng dạy thực hành Di truyền trường học 2.1 Nội dung nghiên cứu Vật liệu phương pháp nghiên cứu Vật liệu sử dụng nghiên cứu hạt hành giống mua chợ số vùng trồng hành quanh Hà Nội 500 hạt dùng cho thí nghiệm; đĩa hạt (100 hạt/đĩa) ngâm nước thời gian khác (6h, 12h 43 Nguyễn Xuân Viết 18h) Hạt ngâm sau thấm khơ bề mặt khăn giấy chuyển vào đĩa pêtri Các đĩa hạt đặt vào tủ ấm nhiệt độ 55◦ C thời gian khác (1h, 2h, 3h, 4h 5h) Hạt ngâm xử lí nhiệt đưa để bóng tối nhiệt độ phòng khoảng ngày đêm gieo vào đĩa pêtri có lót giấy thấm ướt nước vừa đủ, hạt nảy mầm điều kiện 19 - 22◦ C Rễ từ hạt nảy mầm qua tiền xử lí nước đá (xấp xỉ 0◦ C) 24h cố định qua đêm dung dịnh cố định (3 phần cồn : phần axit axêtic) dùng để làm tiêu quan sát nhiễm sắc thể kì Các rễ khơng qua tiền xử lí lạnh trước cố định dùng làm tiêu quan sát bất thường nhiễm sắc thể kì sau phân bào nguyên phân Tiêu quan sát nhiễm sắc thể tiến hành theo Sigh có cải tiến [10] Rễ cố định rửa qua nước cất, thủy phân HCl 1N 60◦ C phút nhuộm dung dịch aceto-carmin 2% Chuẩn bị tiêu nhiễm sắc thể phương pháp nén quan sát kính hiển vi quang học thông thường Những bất thường nhiễm sắc thể nguyên phân quan sát tế bào phân chia kì kì sau Tần số tế bào có bất thường nhiễm sắc thể kì tính tỉ lệ % so với tổng số tế bào phân chia kì tương ứng quan sát 2.2 Kết thảo luận Thời gian bảo quản hạt, thời gian xử lí nhiệt độ cao hạt ngâm có ảnh hưởng rõ rệt đến tỉ lệ nảy mầm hạt, tần số tế bào phát sinh bất thường nhiễm sắc thể nguyên phân dạng bất thường nhiễm sắc thể (Bảng Bảng 2) Bảng Tần số tế bào có bất thường NST kì sau kì phân bào nguyên phân chóp rễ mầm mọc từ hạt hành Allium fistulosum xử lí nhiệt độ cao (55◦ C) Tỉ lệ tế Số tế bào Tỉ lệ bào có Số tế có bất nảy Mẫu thí Thời kì bất bào thường mầm nghiệm quan sát thường quan sát NST (%) NST (%) Hạt mua năm Thu 2007 860 396 36,1 61,5 2005 Hạt thu hoạch Xuân tháng 10 năm 2793 614 23,17 80,3 2008 2007 44 Hiệu xử lí nhiệt độ cao đến bất thường nhiễm sắc thể Kết nghiên cứu Bảng cho thấy hạt hành thu hoạch gieo mùa xuân năm sau cho tỉ lệ nảy mầm cao (trung bình 80,3%) tần số phát sinh bất thường nhiễm sắc thể trung bình đạt thấp (23,17%) Trong đó, hạt mua từ thị trường qua thời gian bảo quản, tỉ lệ nảy mầm thấp (61,5%) tần số phát sinh bất thường NST nguyên phân kì kì sau cao (36.1%) Thời gian ngâm hạt xử lí nhiệt độ cao hạt hành ngâm (quan sát mùa xuân 2008) ảnh hưởng đến tần số xuất tế bào có bất thường NST kì sau kì trình nguyên phân Kết trình bày Bảng Bảng Hiệu thời gian xử lí nhiệt độ cao thời gian ngâm hạt đến tần số xuất tế bào có bất thường NST chóp rễ mầm hành A fistulosum Thời gian Tỉ lệ nảy Số tế bào Tỉ lệ tế xử lí mầm có bất bào bất Thời gian hạt Số tế bào nhiệt độ trung thường thường ngâm nước (h) quan sát cao (h) bình NST NST (%) 1h 91% 647 105 16,22 2h 90% 598 128 21,4 3h 87% 571 127 22,24 6h 4h 84% 507 133 26,2 5h 79% 470 121 25,7 Trung 86,2% 22,35 bình 1h 86,6% 657 114 17,35 2h 83% 536 123 22,94 12h 3h 82% 537 120 23,4 4h 81% 515 135 26,21 5h 78% 483 130 26,91 Trung 82,12% 23,36 bình 1h 78,6% 557 114 20,47 2h 73% 536 121 22,57 3h 72% 517 123 23,8 18h 4h 71% 514 135 26,26 5h 68% 463 120 25,92 Trung 72,52% 23,79 bình 45 Nguyễn Xuân Viết Kết Bảng cho thấy tỉ lệ nảy mầm hạt xử lí nhiệt độ cao sau ngâm cao (80,28% ) Tỉ lệ nảy mầm trung bình cao hạt ngâm 6h xử lí nhiệt 55◦ C kéo dài 1h (đạt 91%) Thời gian ngâm hạt kéo dài (12h 18h) làm giảm tỉ lệ hạt nảy mầm Ở hạt ngâm 18h, nhiều hạt nảy mầm thời giam ngâm Các hạt nảy mầm khơng thể dùng cho thí nghiệm xử lí nhiệt độ cao Thời gian xử lí nhiệt độ cao kéo dài làm giảm tỉ lệ nảy mầm hạt Ảnh hưởng xử lí nhiệt độ cao hạt hành ngâm đến tần số tế bào có bất thường nhiễm sắc thể nguyên phân chóp rễ rõ Tần số trung bình phát sinh hạt hành ngâm 6h 22,35%, 12h 23,35% 18h 23,79% Các dạng bất thường nhiễm sắc thể quan sát thấy tế bào phân chia kì kì sau trình phân bào ngun phân tế bào chóp rễ mầm hạt xử lí nhiệt độ 55◦C Kết quan sát dạng bất thường nhiễm sắc thể tần số xuất dạng bất thường NST tế bào chóp rễ hạt qua thời gian bảo quản hạt thu hoạch trình bày Bảng Bảng So sánh tần số tế bào có bất thường NST bất thường crơmatit kì sau ngun phân tế bào chóp rễ mầm mọc từ hạt hành ngâm 12h xử lí nhiệt 55◦ C 2h Tế bào Số tế bào bất Mẫu thí bất thường Tần số tế bào có bất thường thường nghiệm nhiễm sắc quan sát kì (%) crơmatit kì sau (%) Cầu Đoạn Tổng crômatit crômatit cộng Hạt mua năm 178 48,0 33,7 18,3 52,0 2005 Hạt thu hoạch 123 28,2 47,6 24,2 71,8 tháng 10 năm 2007 Trong tế bào có bất thường nhiễm sắc thể nguyên phân (Bảng 3), hạt qua thời gian bảo quản dài, xuất bất thường hình thái cấu trúc nhiễm sắc thể với tần số cao (48%) dạng thường gặp NST bị đứt tạo nhiều đoạn quan sát thấy kì (Hình 1c) Ngược lại, bất thường nhiễm sắc tử (crômatit) quan sát thấy nhiều (71,8%) hạt hành chưa qua thời gian bảo quản dài Những biến dị sai hình nhiễm sắc tử quan sát thấy kì sau đa dạng: dạng cầu đơn, cầu đôi, nhiều cầu; đoạn nhiễm sắc nhiều cầu đoạn (Hình 2) 46 Hiệu xử lí nhiệt độ cao đến bất thường nhiễm sắc thể Hình NST kì tế bào đỉnh rễ hành khơng xử lí nhiệt (a) số bất thường NST nguyên phân với nhiều đoạn thể nhiễm sắc (b c) Hình Các dạng bất thường NST khác quan sát thấy kì sau ngun phân tế bào chóp rễ mọc từ hạt hành ngâm xử lí nhiệt độ cao a: Cầu đơn NST; b: Cầu đôi; c: Nhiều cầu; d: Kì sau có NST lạc (do tâm động bị tổn thương); e Đoạn nhiều đoạn NST; f: Vòng đơn NST (mũi tên) 47 Nguyễn Xuân Viết Kết nghiên cứu cho thấy tần số phát sinh bất thường nhiễm sắc thể trung bình tế bào chóp rễ hạt hành ngâm xử lí nhiệt độ cao Tần số phát sinh tế bào có bất thường nhiễm sắc thể đạt cao rễ hạt hành có thời gian bảo quản năm (36.1%) so với hạt chưa trải qua thời gian bảo quản dài (23,17%) Thời gian lưu giữ hạt điều kiện bảo quản không tốt không ảnh hưởng đến sinh lí nảy mầm, làm giảm tỉ lệ hạt nảy mầm, mà phát sinh đột biến tự nhiên thời gian bảo quản góp phần làm tăng tần số tế bào có bất thường NST nguyên phân Tần số bất thường nhiễm sắc thể nguyên phân phát sinh rễ hạt ngâm 6h hạt ngâm 12h sai khác có ý nghĩa Tần số đạt cao hạt ngâm 12h hạt ngâm 18h so với rễ hạt ngâm 6h Ở hạt ngâm 12h lâu hơn, tỉ lệ ngậm nước cao, chuyển hóa hạt thúc đẩy, khả mẫn cảm với nhiệt độ xử lí cao ngun nhân làm tăng tần số bất thường nhiễm sắc thể Thời gian xử lí nhiệt ảnh hưởng rõ rệt đến tần số phát sinh bất thường NST Tần số tế bào có bất thường NST tương đối thấp quan sát thấy rễ mầm hạt xử lí nhiệt độ 55◦ C 1h Thời gian xử lí dài (2h) có hiệu làm tăng tần số tế bào có bất thường NST Yamae (1976) báo cáo gia tăng nhiệt độ nước ngâm hạt có hiệu làm tăng tần số xuất đột biến soma lúa nước Tần số tế bào phát sinh bất thường NST (đứt, gẫy nhiễm sắc thể) cao rễ thu từ hạt qua thời gian bảo quản dài trước thí nghiệm so với hạt thu hoạch cho thấy đột biến xảy cao thời kì ngủ nghỉ hạt khô Các bất thường nhiễm sắc tử phát sinh với tần số cao kì sau chủ yếu tác động nhiệt độ lên NST sau tái Kết luận Kết nghiên cứu cho thấy kết hợp xử lí ngâm hạt (trong khoảng 12h), thấm khơ hạt xử lí nhiệt độ cao (55◦ C) khoảng 2h có hiệu tạo làm tăng cao tần số tế bào xuất bất thường NST phân bào nguyên phân Thời gian chế độ bảo quản hạt giống, đặc biệt độ ẩm nhiệt độ làm giảm tỉ lệ nảy mầm hạt làm tăng tần số xuất bất thường NST nguyên phân Phân bào dạng đột biến số lượng cấu trúc nhiễm sắc thể nội dung kiến thức lí thuyết thực hành quan trọng chương trình giảng dạy Di truyền học sở chọn giống cho sinh viên trường đại học cao đẳng sư phạm ngành Sinh học thực hành trường THPT Trong giáo trình giảng dạy, vật liệu rễ dùng để quan sát với nội dung thực hành chủ yếu tạo chiếu xạ củ hành [1] Việc sử dụng nguồn vật liệu chiếu xạ cho tần 48 Hiệu xử lí nhiệt độ cao đến bất thường nhiễm sắc thể số sai hình NST cao Tuy nhiên, hầu hết trường cách xa xa Trung tâm chiếu xạ nên điều kiện để tiến hành xử lí chiếu xạ mẫu Với trường gần Trung tâm chiếu xạ tiến hành xử lí chiếu xạ mẫu, song cần có kinh phí cho chiếu xạ lớn Thêm vào đó, vật liệu sau chiếu xạ thường mọc rễ kém, nguồn rễ có tế bào mang đột biến cấu trúc NST cần thiết cho thực hành hạn chế Có lẽ thế, hầu hết trường sư phạm thực nội dung thực hành Kết nghiên cứu dẫn lí thú có hiệu để trường tạo nguồn rễ đột biến cho thực hành với trang thiết bị đơn giản sẵn có phịng thí nghiệm Từ khóa: Xử lí nhiệt độ cao, ngun phân, tế bào chóp rễ, hành (Allium fistulosum L.) TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Đặng Hữu Lanh, Nguyễn Minh Công, Lê Đình Trung, 1984 Thực hành Di truyền học Cơ sở chọn giống Nxb Giáo dục, Hà Nội [2] Ngô Trực Nhã, 2001 Số lượng thể nhiễm sắc loài thuộc chi hành tỏi (Allium) phổ biến Nghệ An Hà Tĩnh Tạp chí Sinh học, số 23(3c), tr 166-169 [3] Nguyễn Minh Công, Đỗ Hữu Ất, Bùi Huy Thủy, 1999 Nghiên cứu chọn tạo giống lúa tám thơm đột biến Tạp chí Nơng nghiệp Cơng nghiệp thực phẩm, số 5, tr 210-215 [4] ADragan, A I And S N Khrapunov, 1992 Study of the mutagenic effect of laser radiation in Allium fistulosum Tsitologya genetica 26(3):3 pp 2-36 Kiev State Univ Kiev, Ukraine [5] Dragan, A I And S N Khrapunov, 1993 Mechanism of cytogenetics action of laser radiation Tsitologya genetica 27(6): pp 20-24 Kiev State Univ Kiev, Ukraine [6] Flouris, C., P Meletti and M C Anguilles, 1975 Respont to X-Rays of dormant and non-dormant seed of Triticum durum Desf Mutation Res 28: pp 63-67 [7] L M Lazarenko, V F Bezrukov Dynamics of the induced chromosomal instability in welsh onion (Allium fistulosum L.): gamma irradiation of the seeds of different storage periods [8] ToSitologiioai genetika 40(4): pp 6-31 [9] Novik, I J., 1974 The changes of karyotype in callus of Allium sativum L Caryologia 27: pp 45-54 [10] Sharma, A K And A Sharma, 1994 Chromosome techniques - A manual Harwood Akaademic Publisher, India, Japan, Malaysia, Russia, Singapore, USA: pp 1-32 49 Nguyễn Xuân Viết ABSTRACT Effect of high temperature on chromosome aberrations at mitotic meta- and anaphase of Allium fistulosum L Effect of seed storage and exposure of pre-soaked seeds to dry treatment (55◦ C) on chromosome aberrations were examined Stored seeds of Allium fistulosum L which was bought at markets and harvested in a field in Hanoi were used in the present investigation Chromosome aberrations at mitotic meta- and anaphase were examined in the primary root tips of germinated seeds The duration of pre-soaking and of dry treatment effected germinated seed rate and frequency of mitotic chromosome aberrated cells High frequency of the cells with spontaneous chromosome aberrations (mean 36.1%) and major abberation was fragmentations of chromosometype (48%) was observed in the stored seed While in the newly havested seed, these frequencies were 23.17% and 28.2% respectively And the major abberation was the chromosome bridge of the chromatid-type Dry treatment (55◦ C) of pre-soaked seeds of Allium fistulosum using incubate may only be induced in a rooted source with many chromosome abberations, which is mutated materials for practical teaching of the mutation chromosome types 50 ... khơng thể dùng cho thí nghiệm xử lí nhiệt độ cao Thời gian xử lí nhiệt độ cao kéo dài làm giảm tỉ lệ nảy mầm hạt Ảnh hưởng xử lí nhiệt độ cao hạt hành ngâm đến tần số tế bào có bất thường nhiễm sắc. .. nhiễm sắc nhiều cầu đoạn (Hình 2) 46 Hiệu xử lí nhiệt độ cao đến bất thường nhiễm sắc thể Hình NST kì tế bào đỉnh rễ hành khơng xử lí nhiệt (a) số bất thường NST nguyên phân với nhiều đoạn thể. .. nước cao, chuyển hóa hạt thúc đẩy, khả mẫn cảm với nhiệt độ xử lí cao nguyên nhân làm tăng tần số bất thường nhiễm sắc thể Thời gian xử lí nhiệt ảnh hưởng rõ rệt đến tần số phát sinh bất thường