Bài viết trình bày việc chứng minh mức độ gây hại của tác nhân gây đột biến tác động đến cây trồng là một trong những biểu hiện đặc trưng đánh giá hiệu quả của đột biến cảm ứng trong công tác chọn giống.
TẠP CHÍ KHOA HỌC − SỐ 8/2016 125 SỰ MẪN CẢM CỦA CÂY LÚA SAU KHI XỬ LÍ LÍ LẶP LẠI LIÊ LIÊN TIẾP QUA BA THẾ HỆ BẰNG TÁC NHÂN GÂY ĐỘT BIẾN - TIA γ (Nguồn Co60) Nguyễn Như Toản1( ), Hoàng Quang Minh2 Trường Đại học Thủ Hà Nội Viện Di truyền Nơng nghiệp Việt Nam Tóm tắt tắt: Trong báo này,, chúng tơi chứng minh mức độ gây hại tác nhân gây ñột biến tác ñộng ñến trồng biểu ñặc trưng ñánh giá hiệu đột biến cảm ứng cơng tác chọn giống Bức xạ gamma ñã phá vỡ cấu trúc nhiễm sắc thể giai ñoạn phân bào ñầu tiên tế bào hạt lúa sau xử lí, tạo lên sai hình nhiễm sắc thể, dẫn ñến lúa chết dần suốt trình sinh trưởng phát triển Tỉ lệ hạt lép/bông lúa sau xử lí, tất cơng thức thí nghiệm tăng cao so với đối chứng Các số cơng thức thí nghiệm (về khả sống sót tỉ lệ hạt lép/bơng) tăng theo chiều tăng liều lượng số lần xử lí Từ khố: khố Lúa gạo, Đột biến, Biến dị hình thái, Lặp lại liên tiếp qua ba hệ ĐẶT VẤN ĐỀ Đột biến thực nghiệm có vai trò quan trọng di truyền chọn giống sinh vật Với việc sử dụng tác nhân gây ñột biến làm gia tăng sai khác di truyền quần thể Hàng loạt ñột biến thu ñược, có nhiều đột biến ưu tú (hội tụ tính trạng có giá trị chọn giống cao), chúng nhân trực tiếp thành giống ñược sử dụng làm vật liệu lai tạo Trong thực tế, mức ñộ gia tăng đa hình di truyền quần thể, khả phát sinh đột biến có lợi sử dụng loại tác nhân gây đột biến lên lồi trồng khác không giống Kết nghiên cứu nhiều dòng/giống lúa cho thấy, vật liệu sử dụng có kiểu gen ổn định (càng ñồng mặt di truyền), tần suất phổ ñột biến xuất thấp so với dịng đột biến hay lai Tính đồng mặt di truyền giống lúa tạo ổn ñịnh khả bền vững trước tác ñộng tác nhân gây ñột biến Do ñó, ñể nâng cao hiệu ứng tác (1) Nhận ngày 16.8.2016; gửi phản biện duyệt ñăng ngày 15.9.2016 Liên hệ tác giả: Nguyễn Như Toản; Email: nntoan@daihocthudo.edu.vn TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ ĐƠ H 126 NỘI nhân đột biến lên giống lúa tiến hành nghiên cứu: "Sự mẫn cảm lúa sau xử lí lặp lại liên tiếp qua ba hệ tác nhân gây ñột biến - tia γ (nguồn Co60)" VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Vật liệu + Vật liệu khởi đầu đưa vào xử lí đột biển để chọn tạo giống lúa Bắc Thơm số Tuy giống lúa có chất lượng gạo thương phẩm cao (gạo thơm, trong, cơm mềm ngon), song Bắc Thơm số cho suất chưa cao, chống chịu với sâu bệnh ñiều kiện bất thuận thời tiết bộc lộ số nhược ñiểm khác sản xuất + Tác nhân gây ñột biến: Lí học - tia γ (nguồn Co60) 2.2 Phương pháp nghiên cứu + Xử lí chiếu xạ (xử lí hạt khô) tia gamma (nguồn Co60) vào hạt lúa giống Bắc Thơm số ñược tiến hành với liều lượng (10 krad; 15 krad; 20 krad) ñược lặp lại lần vụ liên ñúng liều lượng sử dụng lần trước cho công thức nghiên cứu 2.3 Nội dung nghiên cứu Trong phịng thí nghiệm: Xác định tỉ lệ nảy mầm, khả sống sót mức độ bất thụ (tỉ lệ hạt lép) mẫu Nghiên cứu biến ñổi sinh lí, hình thái biến dị thu Ngồi ñồng ruộng: Theo dõi trình sinh trưởng phát triển lúa sau xử lí nghiên cứu tiêu nông-sinh học (thời gian sinh trưởng, chiều cao cây, khả đẻ nhánh ) 2.4 Xử lí số liệu Các số liệu xử lí phương pháp toán thống kê KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Mức ñộ gây hại tác nhân gây ñột biến tác ñộng ñến trồng biểu ñặc trưng ñánh giá hiệu ñột biến cảm ứng Vì thế, việc nghiên cứu trình sinh trưởng, phát triển lúa sau xử lí tác nhân gây đột biến cần thiết Trong số tiêu nghiên cứu, chúng tơi đặc biệt ý tới hai tiêu (1) Khả (tỉ lệ) sống sót lúa (2) Mức ñộ bất thụ (tỉ lệ lép) hạt cơng thức thí nghiệm TẠP CHÍ KHOA HỌC − SỐ 8/2016 127 Các cơng trình nghiên cứu trước khẳng định: xử lí tia gamma với liều lượng cao ức chế khả đẻ nhánh, làm giảm tỉ lệ sống sót tăng tỉ lệ lép (bất thụ) lúa a) Khả sống sót Trong q trình sinh trưởng phát triển tỉ lệ sống sót lúa giai đoạn từ sau xử lí ñến thu hoạch hiệu gây chết tác nhân gây đột biến Do đó, muốn so sánh hiệu tác nhân gây đột biến phải dựa vào tỉ lệ sống sót giai đoạn ñầu tiên sau xử lí làm tiêu ñánh giá sơ hiệu tác nhân gây ñột biến Khả nảy mầm hạt (một giai đoạn phát triển lúa) cơng thức thí nghiệm sau xử lí thực chất khả sống sót hạt giai đoạn Vì thế, khả sống sót lúa xác lập vào thời ñiểm: (1) tỉ lệ nảy mầm hạt sau xử lí; (2) cuối giai ñoạn mạ (khi lúa ñó ñạt ñược 4-5 thật - vào cuối giai ñoạn mạ - thời ñiểm nhổ mạ ñưa ñi cấy) (2) trước thu hoạch (kết thúc trình sinh trưởng phát triển) Kết thu ñược tất cơng thức thí nghiệm (trong bảng 1) sau lần xử lí xạ gamma lên giống lúa Bắc Thơm số cho thấy: khả sống sót tương tự tỉ lệ nảy mầm hạt ñều giảm dần tăng liều lượng tăng số lần chiếu xạ Nếu xem xét từ góc độ (ngay sau lần xử lí – hệ thứ nhất) tỉ lệ sống sót lúa so với đối chứng lần xử lí (M1) 84,57 %; sang lần xử lí thứ hai [M1(M2)] - 70,22 % đến lần xử lí thứ ba {M1[M2(M3)]} cịn 56,57 % Khả sống sót lúa phụ thuộc nhiều vào liều lượng tác nhân gây ñột biến lần xử lí Ví dụ: hệ M1[M2(M3)] tỉ lệ sống sót lúa giảm mạnh từ 76,80±2,10 % 84,24 % so với ñối chứng công thức {M1[M2(M3)] - tia γ - 10 krad} xuống 67,33±2,18 % tương ứng với 73,85 % so với ñối chứng công thức {M1[M2(M3)] - tia γ - 15 krad} 51,58±2,07 % 56,57 % công thức {M1[M2(M3)] - tia γ - 20 krad} Như vậy, tác ñộng tác nhân gây ñột biến lên hạt lúa ñã phá vỡ cấu trúc nhiễm sắc thể giai ñoạn phân bào ñầu tiên tế bào bị xử lí Các sai hình nhiễm sắc thể (NST) ñã gây chết tế bào sau số lần phân bào dẫn đến lúa chết dần suốt trình sinh trưởng phát triển, làm giảm khả sống sót b) Mức độ bất thụ (tỉ lệ lép) lúa Mức ñộ bất thụ (tỉ lệ hạt lép bơng lúa) đặc tính thể phản ứng lúa tác ñộng bất thường ngoại cảnh Đối với hầu hết giống lúa ñang ñược gieo trồng phổ biến, điều kiện canh tác bình thường tỉ lệ lép mức trung bình 10-15% TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ ĐƠ H 128 NỘI Do tác động tác nhân gây đột biến lên hạt lúa (ở cơng thức xử lí) làm biến đổi cấu trúc nhiễm sắc thể, sai hình nhiễm sắc thể (NST) gây lên xáo trộn sau số lần phân bào dẫn ñến tăng mức ñộ bất thụ lúa Hiện tượng gây bất thụ cao lúa sau xử lí tác nhân gây đột biến cấu trúc lại nhiễm sắc thể (chủ yếu qúa trình chuyển mạch đảo mạch nhiễm sắc thể) Trong cơng trình nghiên cứu chúng tơi, số hạt lép/bông (tỉ lệ lép) tăng mạnh cơng thức thí nghiệm, tăng liều lượng số lần xử lí Bảng Khả sống sót lúa giống Bắc Thơm số qua hệ sau lần xử lí lặp lại liên tiếp xạ gamma với liều lượng Tác nhân gây ñột biến liều lượng Thế hệ thứ Khơng xử lí tia γ So với Đ/C % Xử lí chiếu xạ hai lần So với Đ/C % M1 M1(M2) Xử lí chiếu xạ ba lần % So với Đ/C M1[M2(M3)] - 86,28±1,63 - 91,17±1,56 - 10 krad 91,73±1,04 96,72 64,27±2,14 74,49 76,80±2,10 84,24 15 krad 87,07±1,36 91,79 65,03±2,39 75,37 67,33±2,18 73,85 20 krad 80,22±1,97 84,57 60,59±1,91 70,22 51,58±2,07 56,57 Khơng xử lí M2 86,28±1,63 M2(M3) M2[M3(M4)] 91,17±1,56 - 88,53±1,47 - 82,30±1,28 90,27 68,25±1,97 77,09 10 krad 82,21±1,42 15 krad 76,67±1,60 88,86 76,58±1,57 83,99 63,38±1,58 71,59 20 krad 69,30±1,20 80,32 65,22±2,11 71,54 57,74±2,17 65,22 Thế hệ thứ ba Khơng xử lí tia γ Xử lí chiếu xạ lần 94,85±1,42 Thế hệ thứ hai tia γ Khả sống sót lúa sau lần xử lí 28 5, M3 M3(M4) M3[M4(M5)] 91,17±1,56 - 88,53±1,47 - - - 10 krad 90,28±1,52 99,02 81,17±1,93 91,68 - - 15 krad 86,37±2,07 94,73 78,93±1,75 89,16 - - 20 krad 89,04±1,59 97,66 85,57±1,68 96,65 - - Kết khảo sát số lượng hạt lép/bơng sau lần xử lí, trình bày bảng ñã cho thấy: Dưới tác ñộng xạ gamma tỉ lệ hạt lép/bông lúa tất cơng thức thí nghiệm cứu ñều tăng cao so với ñối chứng Trong hệ (thế hệ ñầu) sau lần xử lí: số tỉ lệ hạt lép/bơng cao thu ñược công thức (M1[M2(M3)] – Tia γ - 20 krad) 40,2 % (so với ñối chứng – 281,1%) thấp 21,9 % (so với ñối chứng – 158,7%) công thức M1 - Tia γ - 10 krad TẠP CHÍ KHOA HỌC − SỐ 8/2016 129 Tỉ lệ hạt lép/bông mức cao (từ 31,9 % ñến 40,2%) thu ñược công thức hệ thứ sau lần xử lí {M1[M2(M3)]-Tia γ -10 krad; M1[M2(M3)]-Tia γ -15 krad M1[M2(M3)]-Tia γ -20 krad} Tiếp ñến hệ thứ lần xử lí thứ [(M1(M2)] 28,4 % - 36,3 %; hệ thứ hai lần xử lí thứ lần xử lí thứ hai [M2 M2(M3)] Sang hệ thứ tất lần xử lí mức độ bất thụ (tỉ lệ hạt lép/bơng) hầu hết cơng thức thí nghiệm cứu ñều giảm Như vậy, tốc ñộng tác nhân gây ñột biến, tia γ (nguồn Co60), ñã làm giảm khả hữu thụ (tăng tỉ lệ hạt lép/bông) lúa không hệ sau xử lí, mà cịn gây hiệu ứng mạnh hệ thứ hai, chí đến hệ thứ ba sau lần xử lí Chỉ số tỉ lệ hạt lép/bơng cơng thức thí nghiệm tăng theo chiều tăng liều lượng xử lí số lần tác ñộng Bảng Mức ñộ bất thụ (tỉ lệ lép) lúa giống Bắc Thơm số qua hệ sau lần xử lí lặp lại liên tiếp xạ gamma với liều lượng Tác nhân gây ñột biến liều lượng Xử lí chiếu xạ lần Số hạt lép/bơng Thế hệ thứ % M1 Khơng xử lí 19,02±1,23 13,8 10 29,62±1,12 krad tia γ Số hạt lép/bông % 12,5 21,9 158,7 34,87±1,59 15 32,50±1,19 krad 24,1 20 38,78±2,10 krad 28,2 - 12,5 10 31,50±1,16 krad % So với Đ/C, (%) M1[M2(M3)] - 26,6 212,9 41,49±1,59 31,9 223,1 174,6 39,58±2,02 30,2 241,7 48,22±1,32 37,1 259,4 204,3 40,41±1,43 30,8 246,8 51,87±1,14 40,2 281,1 - M2(M3) 14,3 24,0 192,0 36,23±2,08 15 34,62±1,19 krad 26,4 20 32,87±1,35 krad 25,1 M3 Số hạt lép/bơng 14,3 18,50±1,87 Thế hệ thứ ba Xử lí chiếu xạ ba lần 18,50±1,87 M2 Khơng xử lí 16,45±0,78 So với Đ/C, (%) M1(M2) 16,45±0,78 Thế hệ thứ hai tia γ So với Đ/C, (%) Xử lí chiếu xạ hai lần - M2[M3(M4)] 16,54±2,03 12,6 - 28,3 192,5 30,49±1,94 23,1 183,3 211,4 38,08±2,56 30,5 207,5 31,62±2,15 24,7 196,0 200,7 40,72±2,35 31,1 211,6 34,45±1,98 26,5 210,3 M3(M4) - M3[M4(M5)] TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ ĐƠ H 130 Tác nhân gây đột biến liều lượng Xử lí chiếu xạ lần Số hạt lép/bơng % Xử lí chiếu xạ hai lần So với Đ/C, (%) Số hạt lép/bông % - 16,54±2,03 NỘI Xử lí chiếu xạ ba lần So với Đ/C, (%) Số hạt lép/bông So với Đ/C, (%) % 12,6 - - - - Khơng xử lí 18,50±1,87 14,3 10 21,99±1,13 krad 17,0 119,2 18,56±1,83 14,2 112,7 - - - 15 23,02±1,02 krad 17,8 124,5 21,88±1,72 16,7 132,5 - - - 20 20,45±1,41 krad 15,9 110,8 25,23±1,19 19,3 152,8 - - - tia γ KẾT LUẬN Từ kết nghiên cứu biến ñổi di truyền lúa sau xử lí chiếu xạ tia γ (nguồn Co60) lên hạt khô giống Bắc Thơm số với liều lượng (10 krad; 15 krad; 20 krad) ñược lặp lại lần vụ liên tiếp, chúng tơi đưa số kết luận sau ñây: Bức xạ gamma ñã phá vỡ cấu trúc nhiễm sắc thể giai ñoạn phân bào ñầu tiên tế bào hạt lúa sau xử lí, 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 lí đạt giá trị thấp 51,58±2,07 % (bằng 56,57 % so với ñối chứng) hệ thứ sau lần xử lí thứ {M1[M2(M3)]} Tỉ lệ hạt lép/bông lúa sau xử lí, tất cơng thức thí nghiệm cứu tăng cao so với đối chứng Trong hệ (thế hệ ñầu) sau lần xử lí: số tỉ lệ hạt lép/bơng cao thu cơng thức (M1[M2(M3)] – Tia γ - 20 krad) 40,2 % (so với ñối chứng – 281,1%) thấp 21,9 % (so với đối chứng – 158,7%) cơng thức M1 - Tia γ - 10 krad Tác nhân gây ñột biến, tia γ (nguồn Co60), ñã làm giảm khả sống sót tăng tỉ lệ hạt lép/bơng lúa khơng hệ sau xử lí, mà cịn gây hiệu ứng mạnh hệ thứ hai, chí đến hệ thứ ba sau lần xử lí Các số (khả sống sót tỉ lệ hạt lép/bơng) cơng thức thí nghiệm tăng theo chiều tăng liều lượng số lần xử lí TẠP CHÍ KHOA HỌC − SỐ 8/2016 131 TÀI LIỆU THAM KHẢO 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 Nơng nghiệp, Hà Nội, tr.7-127 Vũ Tun Hồng (1978), "Ảnh hưởng tia gamma đến q trình sinh trưởng, phát triển lúa", Tạp chí Khoa học Kĩ thuật nông nghiệp, số 189, 3-1978, tr.180-185 Hoàng Quang Minh cs, (1996), "Đột biến thực nghiệm với công tác chọn tạo giống lúa 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 phương pháp có hiệu thành tựu chọn giống ñột biến trồng nước ta", Di truyền học Ứng dụng, số ñặc biệt, Hà Nội, tr 6-8 Takamure I and Kinoshita T., (1996), Genetic analysis of morphological mutation in rice spikelets, Rice genetics, IRRI, Manila, pp.387-390 THE SUSCEPTIBILITY OF RICE AFTER TACKLED CONSECUTIVE REPEATEDLY PASS THREE GENERATIONS BY EVIDENCE MUTAGENIC AGENT - γ RAY (Co60) Abstract: Abstract In this article, we studied on the injurious level of mutant pathogens to crop It is as one of characteristics aiming to evaluate the effectiveness of estimator in breeding Gamma radiation has broken through the structure of chromosomes at first division stage in rice grain cell after tackling, created chromosomes aberrations that caused gradually death during the growth and development of rice Rate unfruitful seed/spica of rice at all studying formulas after tackling has increased more higher than against control The indexes at all studying formulas (survival potential and rate unfruitful seed/spica) increase according to the tendency of dose and tackling times Keywords: Keywords Rice, mutation, appearing form mutation, repeats consecutively over three generation ... ĐẠI HỌC THỦ ĐƠ H 126 NỘI nhân đột biến lên giống lúa tiến hành nghiên cứu: "Sự mẫn cảm lúa sau xử lí lặp lại liên tiếp qua ba hệ tác nhân gây ñột biến - tia γ (nguồn Co60)" VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG... lần xử lí Bảng Khả sống sót lúa giống Bắc Thơm số qua hệ sau lần xử lí lặp lại liên tiếp xạ gamma với liều lượng Tác nhân gây ñột biến liều lượng Thế hệ thứ Khơng xử lí tia γ So với Đ/C % Xử lí. .. M1 - Tia γ - 10 krad Tác nhân gây ñột biến, tia γ (nguồn Co60), ñã làm giảm khả sống sót tăng tỉ lệ hạt lép/bơng lúa khơng hệ sau xử lí, mà cịn gây hiệu ứng mạnh hệ thứ hai, chí đến hệ thứ ba sau