Bức xạ gamma đã phá vỡ cấu trúc nhiễm sắc thể ở ngay giai đoạn phân bào đầu tiên trong tế bào hạt lúa sau khi xử lý, tạo lên các sai hình nhiễm sắc thể (NST), dẫn đến cây lúa chết dần trong suốt quá trình sinh trưởng và phát triển.
120 TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ ĐÔ HÀ NỘI SỰ MẪN CẢM CỦA CÂY LÚA SAU KHI XỬ LÍ LẶP LẠI LIÊN TIẾP QUA BA THẾ HỆ BẰNG TÁC NHÂN GÂY ĐỘT BIẾN - TIA (nguồn Co60) Nguyễn Nhƣ Toản1(1), Hoàng Quang Minh2 Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2, Viện Di truyền Nông nghiệp Việt Nam Tóm tắt: Bức xạ gamma phá vỡ cấu trúc nhiễm sắc thể giai đoạn phân bào tế bào hạt lúa sau xử lý, tạo lên sai hình nhiễm sắc thể (NST), dẫn đến lúa chết dần suốt trình sinh trưởng phát triển Khả sống sót lúa giảm mạnh sau lần xử lý đạt giá trị thấp 51,58 2,07 % (bằng 56,57 % so với đối chứng) hệ thứ sau lần xử lý thứ {M 1[M2(M3)]} Tỷ lệ hạt lép/bông lúa sau xử lý, tất cơng thức thí nghiệm cứu tăng cao so với đối chứng Trong hệ (thế hệ đầu) sau lần xử lý: số tỷ lệ hạt lép/bông cao thu 40,2 % (so với đối chứng – 281,1%) thấp 21,9 % (so với đối chứng – 158,7%) Tác nhân gây đột biến, tia (nguồn Co60), làm giảm khả sống sót tăng tỷ lệ hạt lép/bông lúa không hệ sau xử lý, mà gây hiệu ứng mạnh hệ thứ hai, chí đến hệ thứ ba sau lần xử lý Các số (khả sống sót tỷ lệ hạt lép/bơng) cơng thức thí nghiệm tăng theo chiều tăng liều lượng số lần xử lý Từ khóa: Lúa gạo, đột biến; biến dị hình thái; lặp lại liên tiếp qua ba hệ ĐẶT VẤN ĐỀ Đột biến thực nghiệm có vai trị quan trọng di truyền chọn giống sinh vật Với việc sử dụng tác nhân gây đột biến làm gia tăng sai khác di truyền quần thể Hàng loạt đột biến thu đƣợc, có nhiều đột biến ƣu t (hội tụ tính trạng có giá trị chọn giống cao), ch ng đƣợc nhân trực tiếp thành giống đƣợc sử dụng làm vật liệu lai tạo Nhận ngày 22.04.2016; gửi phản biện duyệt đăng ngày 10.05.2016 Liên hệ tác giả: Nguyễn Nhƣ Toản; Email: hatoan nguyen@yahoo.com TẠP CHÍ KHOA HỌC SỐ 4/2016 121 Trong thực tế, mức độ gia tăng đa hình di truyền quần thể, khả phát sinh đột biến có lợi sử dụng loại tác nhân gây đột biến lên loài trồng khác không giống Kết nghiên cứu nhiều dòng/giống l a cho thấy, vật liệu sử dụng có kiểu gen ổn định (càng đồng mặt di truyền), tần suất phổ đột biến xuất thấp so với dịng đột biến hay lai Tính đồng mặt di truyền giống l a tạo ổn định khả bền vững trƣớc tác động tác nhân gây đột biến Do để nâng cao hiệu ứng tác nhân đột biến lên giống l a ch ng tiến hành nghiên cứu: “Sự mẫn cảm l a sau xử lý lặp lại liên tiếp qua ba hệ tác nhân gây đột biến - tia (nguồn Co60)” VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Vật liệu + Vật liệu khởi đầu đƣa vào xử lý đột biển để chọn tạo giống l a Bắc Thơm số Tuy giống l a có chất lƣợng gạo thƣơng phẩm cao (gạo thơm, trong, cơm mềm ngon), song Bắc Thơm số cho suất chƣa cao, chống chịu với sâu bệnh điều kiện bất thuận thời tiết bộc lộ số nhƣợc điểm khác sản xuất + Tác nhân gây đột biến: Lý học - tia (nguồn Co60) 2.2 Phƣơng pháp nghi n cứu + Xử lý chiếu xạ (xử lý hạt khô) tia gamma (nguồn Co60) vào hạt l a giống Bắc Thơm số đƣợc tiến hành với liều lƣợng (10 krad; 15 krad; 20 krad) đƣợc lặp lại lần vụ liên đ ng liều lƣợng đƣợc sử dụng lần trƣớc cho công thức nghiên cứu 2.3 Nội dung nghi n cứu - Trong phịng thí nghiệm: Xác định tỷ lệ nảy mầm, khả sống sót mức độ bất thụ (tỷ lệ hạt lép) mẫu Nghiên cứu biến đổi sinh lý, hình thái biến dị thu đƣợc - Ngồi đồng ruộng: Theo dõi q trình sinh trƣởng phát triển l a sau xử lý nghiên cứu tiêu nông-sinh học (thời gian sinh trưởng, chiều cao cây, khả đẻ nhánh ) 2.4 Áp dụng toán thống k để xử lý số liệu thu đƣợc KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Mức độ gây hại tác nhân gây đột biến tác động đến trồng biểu đặc trƣng đánh giá hiệu đột biến cảm ứng Vì thế, việc nghiên cứu trình sinh trƣởng, phát triển l a sau xử lý tác nhân gây đột 122 TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ ĐÔ HÀ NỘI biến cần thiết Trong số tiêu nghiên cứu, ch ng đặc biệt ch ý tới hai tiêu (1) Khả (tỷ lệ) sống sót l a (2) Mức độ bất thụ (tỷ lệ lép) hạt cơng thức thí nghiệm Các cơng trình nghiên cứu trƣớc khẳng định: xử lý tia gamma với liều lƣợng cao ức chế khả đẻ nhánh, làm giảm tỷ lệ sống sót tăng tỷ lệ lép (bất thụ) l a a) Khả sống sót Trong trình sinh trƣởng phát triển tỷ lệ sống sót l a giai đoạn từ sau xử lý đến thu hoạch hiệu gây chết tác nhân gây đột biến Do đó, muốn so sánh hiệu tác nhân gây đột biến phải dựa vào tỷ lệ sống sót giai đoạn sau xử lý làm tiêu đánh giá sơ hiệu tác nhân gây đột biến Khả nảy mầm hạt (một giai đoạn phát triển lúa) cơng thức thí nghiệm sau xử lý thực chất khả sống sót hạt giai đoạn Vì thế, khả sống sót l a đƣợc xác lập vào thời điểm: (1) tỷ lệ nảy mầm hạt sau xử lý; (2) cuối giai đoạn mạ (khi lúa đạt 4-5 thật - vào cuối giai đoạn mạ - thời điểm nhổ mạ đưa cấy) (2) trƣớc thu hoạch (kết thúc trình sinh trưởng phát triển) Kết thu đƣợc tất cơng thức thí nghiệm (trong bảng 1) sau lần xử lý xạ gamma lên giống l a Bắc Thơm số cho thấy: khả sống sót tƣơng tự nhƣ tỷ lệ nảy mầm hạt giảm dần tăng liều lƣợng tăng số lần chiếu xạ Nếu xem xét từ góc độ (ngay sau lần xử lý – hệ thứ nhất) tỷ lệ sống sót l a so với đối chứng lần xử lý (M1) 84,57 %; sang lần xử lý thứ hai [M1(M2)] - 70,22 % đến lần xử lý thứ ba {M1[M2(M3)]} cịn 56,57 % Khả sống sót l a phụ thuộc nhiều vào liều lƣợng tác nhân gây đột biến lần xử lý Ví dụ: hệ M1[M2(M3)] tỷ lệ sống sót l a giảm mạnh từ 76,802,10 % 84,24 % so với đối chứng công thức {M1[M2(M3)] - tia - 10 krad} xuống 67,332,18 % tƣơng ứng với 73,85 % so với đối chứng công thức {M1[M2(M3)] - tia - 15 krad} 51,582,07 % 56,57 % công thức {M1[M2(M3)] - tia - 20 krad} Nhƣ vậy, dƣới tác động tác nhân gây đột biến lên hạt l a phá vỡ cấu tr c nhiễm sắc thể giai đoạn phân bào tế bào bị xử lý Các sai hình nhiễm sắc thể (NST) gây chết tế bào sau số lần phân bào dẫn đến l a TẠP CHÍ KHOA HỌC SỐ 4/2016 123 chết dần suốt trình sinh trƣởng phát triển, làm giảm khả sống sót b) Mức độ bất thụ (tỷ lệ lép) lúa Mức độ bất thụ (tỷ lệ hạt lép l a) đặc tính thể phản ứng l a tác động bất thƣờng ngoại cảnh Đối với hầu hết giống l a đƣợc gieo trồng phổ biến, điều kiện canh tác bình thƣờng tỷ lệ lép mức trung bình 10 - 15% Do tác động tác nhân gây đột biến lên hạt l a (ở công thức xử lý) làm biến đổi cấu tr c nhiễm sắc thể, sai hình nhiễm sắc thể (NST) gây lên xáo trộn sau số lần phân bào dẫn đến tăng mức độ bất thụ l a Hiện tƣợng gây bất thụ cao l a sau xử lý tác nhân gây đột biến cấu tr c lại nhiễm sắc thể (chủ yếu trình chuyển mạch đảo mạch nhiễm sắc thể) Trong cơng trình nghiên cứu ch ng tôi, số hạt lép/bông (tỷ lệ lép) tăng mạnh cơng thức thí nghiệm, tăng liều lƣợng số lần xử lý Bảng Khả n ng sống sót lúa giống Bắc Thơm số qua hệ sau lần xử lý lặp lại liên tiếp xạ gamma với liều lƣợng Tác nhân gây đột biến liều lƣợng Thế hệ thứ Không xử lý tia So với Đ/C % M1 Xử lý chiếu xạ hai lần So với Đ/C % M1(M2) Xử lý chiếu xạ ba lần % So với Đ/C M1[M2(M3)] - 86,281,63 - 91,171,56 - 10 krad 91,731,04 96,72 64,272,14 74,49 76,802,10 84,24 15 krad 87,071,36 91,79 65,032,39 75,37 67,332,18 73,85 20 krad 80,221,97 84,57 60,591,91 70,22 51,582,07 56,57 Không xử lý M2 M2(M3) M2[M3(M4)] 86,281,63 - 91,171,56 - 88,531,47 - 10 krad 82,211,42 5,28 82,301,28 90,27 68,251,97 77,09 15 krad 76,671,60 88,86 76,581,57 83,99 63,381,58 71,59 20 krad 69,301,20 80,32 65,222,11 71,54 57,742,17 65,22 Thế hệ thứ ba Không xử lý tia Xử lý chiếu xạ lần 94,851,42 Thế hệ thứ hai tia Khả sống sót l a sau lần xử lý 10 krad M3 M3(M4) M3[M4(M5)] 91,171,56 - 88,531,47 - - - 90,281,52 99,02 81,171,93 91,68 - - 124 TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ ĐÔ HÀ NỘI 15 krad 86,372,07 94,73 78,931,75 89,16 - - 20 krad 89,041,59 97,66 85,571,68 96,65 - - Kết khảo sát số lƣợng hạt lép/bông sau lần xử lý, đƣợc trình bày bảng cho thấy: Dƣới tác động xạ gamma tỷ lệ hạt lép/bông lúa tất công thức thí nghiệm cứu tăng cao so với đối chứng Trong hệ (thế hệ đầu) sau lần xử lý: số tỷ lệ hạt lép/bông cao thu đƣợc công thức (M1[M2(M3)] – Tia - 20 krad) 40,2 % (so với đối chứng – 281,1%) thấp 21,9 % (so với đối chứng – 158,7%) công thức M1 - Tia - 10 krad Tỷ lệ hạt lép/bông mức cao (từ 31,9 % đến 40,2%) thu đƣợc công thức hệ thứ sau lần xử lý {M1[M2(M3)]-Tia -10 krad; M1[M2(M3)]-Tia -15 krad M1[M2(M3)]-Tia -20 krad} Tiếp đến hệ thứ lần xử lý thứ [(M1(M2)] 28,4 % - 36,3 %; hệ thứ hai lần xử lý thứ lần xử lý thứ hai [M2 M2(M3)] Sang hệ thứ tất lần xử lý mức độ bất thụ (tỷ lệ hạt lép/bông) hầu hết cơng thức thí nghiệm cứu giảm Nhƣ vậy, dƣới tác động tác nhân gây đột biến, tia (nguồn Co60), làm giảm khả hữu thụ (tăng tỷ lệ hạt lép/bông) l a không hệ sau xử lý, mà gây hiệu ứng mạnh hệ thứ hai, chí đến hệ thứ ba sau lần xử lý Chỉ số tỷ lệ hạt lép/bơng cơng thức thí nghiệm tăng theo chiều tăng liều lƣợng xử lý số lần tác động Bảng Mức độ bất thụ (tỷ lệ lép) lúa giống Bắc Thơm số qua hệ sau lần xử lý lặp lại liên tiếp xạ gamma với liều lƣợng Tác nhân gây đột biến liều lƣợng Xử lý chiếu xạ lần Số hạt lép/bông Thế hệ thứ Không xử lý tia % Xử lý chiếu xạ hai lần So với Đ/C, (%) M1 Số hạt lép/bông % Xử lý chiếu xạ ba lần So với Đ/C, (%) M1(M2) Số hạt lép/bông % So với Đ/C, (%) M1[M2(M3)] 19,021,23 13,8 - 16,450,78 12,5 - 18,501,87 14,3 - 10 29,621,12 krad 21,9 158,7 34,871,59 26,6 212,9 41,491,59 31,9 223,1 15 32,501,19 krad 24,1 174,6 39,582,02 30,2 241,7 48,221,32 37,1 259,4 28,2 204,3 40,411,43 30,8 246,8 51,871,14 40,2 281,1 20 krad 38,782,10 TẠP CHÍ KHOA HỌC SỐ 4/2016 Thế hệ thứ hai Khụng xử lý tia M2 M2(M3) M2[M3(M4)] 16,450,78 12,5 - 18,501,87 14,3 - 16,542,03 12,6 - 10 31,501,16 krad 24,0 192,0 36,232,08 28,3 192,5 30,491,94 23,1 183,3 15 34,621,19 krad 26,4 211,4 38,082,56 30,5 207,5 31,622,15 24,7 196,0 20 32,871,35 krad 25,1 200,7 40,722,35 31,1 211,6 34,451,98 26,5 210,3 Thế hệ thứ ba Không xử lý tia 125 M3 M3(M4) M3[M4(M5)] 18,501,87 14,3 - 16,542,03 12,6 - - - - 10 21,991,13 krad 17,0 119,2 18,561,83 14,2 112,7 - - - 15 23,021,02 krad 17,8 124,5 21,881,72 16,7 132,5 - - - 20 20,451,41 krad 15,9 110,8 25,231,19 19,3 152,8 - - - KẾT LUẬN Từ kết nghiên cứu biến đổi di truyền l a sau xử lý chiếu xạ tia (nguồn Co60) lên hạt khô giống Bắc Thơm số với liều lƣợng (10 krad; 15 krad; 20 krad) đƣợc lặp lại lần vụ liên tiếp, ch ng đƣa số kết luận sau đây: - Bức xạ gamma phá vỡ cấu tr c nhiễm sắc thể giai đoạn phân bào tế bào hạt l a sau xử lý, tạo lên sai hình nhiễm sắc thể (NST), dẫn đến l a chết dần suốt trình sinh trƣởng phát triển Khả sống sót l a giảm mạnh sau lần xử lý đạt giá trị thấp 51,582,07 % (bằng 56,57 % so với đối chứng) hệ thứ sau lần xử lý thứ {M1[M2(M3)]} - Tỷ lệ hạt lép/bông lúa sau xử lý, tất cơng thức thí nghiệm cứu tăng cao so với đối chứng Trong hệ (thế hệ đầu) sau lần xử lý: số tỷ lệ hạt lép / cao thu đƣợc công thức (M1[M2(M3)] – Tia - 20 krad) 40,2 % (so với đối chứng – 281,1%) thấp 21,9 % (so với đối chứng – 158,7%) công thức M1 Tia - 10 krad - Tác nhân gây đột biến, tia (nguồn Co60), làm giảm khả sống sót tăng tỷ lệ hạt lép/bông l a không hệ sau xử lý, mà gây hiệu ứng mạnh hệ thứ hai, chí đến hệ thứ ba sau lần xử lý Các số 126 TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ ĐÔ HÀ NỘI (khả sống sót tỷ lệ hạt lép/bơng) cơng thức thí nghiệm tăng theo chiều tăng liều lƣợng số lần xử lý TÀI LIỆU THAM KHẢO 10 11 12 13 Amano E., (1995), “Development of breeding for M1 Agricultrure of rice”, Regional Workshop on Cereal Crop Mutation Breeding Oct,9-15, Philippines Awan M A., Cheena A A and Tahir G R (1990), Induced mutations for genetic analysis in rice, Rice genetics, Intemational rice research Institute, pp.679-705 Nguyễn Hữu Đống, Đào Thanh Bằng, Lâm Quang Dụ, Phan Đức Trực (1997), Đột biến sở lí luận ứng dụng, Nxb Nông nghiệp, Hà Nội, tr.7-127 Vũ Tuyên Hoàng (1978), “Ảnh hƣởng tia gamma đến trình sinh trƣởng, phát triển l a”, Tạp chí Khoa học Kỹ thuật nơng nghiệp, số 189,3-1978, tr.180-185 Hoàng Quang Minh cs, (1996), “Đột biến thực nghiệm với công tác chọn tạo giống l a Oryza sativa L”, Tạp chí Kết nghiên cứu khoa học 1986-1996 Viện Di truyền nông nghiệp; Nxb Nông nghiệp, Hà Nội Mohamad O., Abdullah M Z., Othman O., Hadzim K., Mahmud J and Ramli O, (1991), Induced mutation for rice improvement in Malaysia, Rice genetics (II), pp.749-751 Moo Young Eun, Yong Gucho, Yong Kwon Kim and Tae Young Chung (1991), Induced mutations for defying and characterizing genes in rice, Rice Genetics (II), IRRI, pp.788-789 Trần Minh Nam (1991), “Một số phƣơng pháp có hiệu thành tựu chọn giống đột biến trồng nƣớc ta”, Di truyền học Ứng dụng, số đặc biệt, tr 6-8 Takamure I and Kinoshita T., (1996), Genetic analysis of morphological mutation in rice spikelets, Rice genetics, IRRI, Manila, pp.387-390 IAEA, (1998) National training course on plant mutation Breeding, Ha Noi 12-18 April, IAEA project vie 5/013 INGER - Genetic Resource Center Standart evaluation system for rice International Rice Reacearch Institute 4-th Edition July 1996 Method of induction of mutation, IAEA, Vienna, 1993 Takeshi Nishio et al., (1995), “Seed mutants in Rice Genetic analysis and Utilization in Rice Breeding”, Regional Workshop on Cereal Crop Mutation Breeding, Oct, pp.9-15, Philippines TẠP CHÍ KHOA HỌC SỐ 4/2016 127 THE SUSCEPTIBLE OF HARD RICE AFTER TACKLE REPEAT CONSECUTIVEPASS THREE GENERATION EVIDENCE MUTAGENIC AGENT- RAY (Co60) Abstract: Gamma radiation break throught structure of chromosomes a first division stage in paddy grain cell tackle after, create chromosomes aberrations, advenent hard rice little by little death transparent process growth and develop Survival postential of hard rice lessen strong tackle each time and has value most short are 51,58±2,07% (equal 56,57% against control) a first generation after third tackle {M1[M2(M3)]} Rate unfruitful seed/spica of hard rice at all study formulas even high increase more than against control Within one generation (first generation after tackle each time), index rate unfruitful seed/spica most high 40,2% (against control – 281,1%) and most short 21,9% (158,7%) Mutagenic agent, - ray (Co60), induced lessen strong survival postential and increase rate unfruitful seed/spica of hard rice not only right first generation, but high effect in second generation, even to third generation after tackle each time This indexes (survival postential and rate unfruitful seed/spica) a formulas experriment pursu eincrease tendency of dose and times tackle Keywords: Rice, Mutation, Appear form mutation, Repeat consecutive pass three generation ... nâng cao hiệu ứng tác nhân đột biến lên giống l a ch ng tiến hành nghiên cứu: ? ?Sự mẫn cảm l a sau xử lý lặp lại liên tiếp qua ba hệ tác nhân g? ?y đột biến - tia (nguồn Co60)? ?? VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG... Tia - 10 krad - Tác nhân g? ?y đột biến, tia (nguồn Co60), làm giảm khả sống sót tăng tỷ lệ hạt lép/bông l a không hệ sau xử lý, mà g? ?y hiệu ứng mạnh hệ thứ hai, chí đến hệ thứ ba sau lần xử. .. lép) lúa giống Bắc Thơm số qua hệ sau lần xử lý lặp lại liên tiếp xạ gamma với liều lƣợng Tác nhân g? ?y đột biến liều lƣợng Xử lý chiếu xạ lần Số hạt lép/bông Thế hệ thứ Không xử lý tia % Xử lý