3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của ựề tài
1.5.2. Nghiên cứu ứng dụng chiếu xạ tia gamma trong chọn tạo giống ựậu
tương ựột biến
1.5.2.1. Nghiên cứu ứng dụng chiếu xạ tia gamma trong chọn tạo giống ựậu tương ựột biến trên thế giới tương ựột biến trên thế giới
Ở cây ựậu tương, trong 38 giống ựậu tương ựột biến ựược chọn tạo bằng phương pháp chiếu xạ gamma có 18 giống ựược tạo ra ở liều lượng từ 100 Ờ 200 Gy (Bhatia C.R và cs, 1999).
Trung Quốc, Ấn độ và Nhật Bản là các nước có số lượng giống cây trồng ựột biến lớn nhất thế giới (FAO/IAEA, 2014) với tổng diện tắch các cây trồng ựột biến chiếm hơn 10 triệu hạTrong số 58 giống ựậu tương ựột biến trên thế giới, Trung Quốc có 18 giống (31%) như Henong và Tiefeng 18 ựang ựược gieo trồng trên diện tắch 2,33 triệu ha/năm và có thể lên tới 4 triệu ha/năm, Ấn độ có 7 giống và Nhật Bản có 15 giống. Các tắnh trạng ựược cải tiến ở những giống ựột biến này là chiều cao cây (ựột biến lùn), chắn sớm và kháng bệnh ựốm nâu vi khuẩn.
Học viện Nông nghiệp Việt Nam Ờ Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp
Page 24 giống ựậu tương ựược tạo ra bằng phương pháp chiếu xạ tia gammạ Các tắnh trạng ựược cải tiến ở những giống ựậu tương ựột biến này là chiều cao cây (ựột biến lùn), chắn sớm và kháng bệnh ựốm nâu vi khuẩn.
- Gần ựây 2 giống ựậu tương ựột biến TAMS 38 và TAMS98-21 ựược trồng phổ biến ở vùng Vidarbha thuộc bang Maharashtra với diện tắch lên ựến 150.000 ha (Manjayam J.G, 2007).
- Một nghiên cứu về hiệu quả liều lượng chiếu xạ trên hạt khô giống ựậu tương MACS-450 cho thấy, trong số 4 liều lượng chiếu xạ bằng tia gamma (10, 20, 30 và 40 kR) liều lượng hiệu quả cao nhất là 30 kR với các dòng có các tắnh trạng cấu thành năng suất ựược cải thiện (số quả và số hạt nhiều gấp ựôi so ựối chứng).
- Cùng trên giống MACS-450, bằng phương pháp chiếu xạ tia gamma ở liều lượng 220 Gy + 0,15% EMS (ethyl methane sulfonate) ựã tạo ra dòng ựột biến HOM có hàm lượng oleic lên ựến 40% (cao hơn giống gốc 13%).
- Kết quả một nghiên của trường ựại học nông nghiệp Tamil Nadu, Ấn độ về việc xử lý ựột biến phóng xạ trên hạt khô giống ựậu tương CO1 ở các liều lượng 10, 20, 30, 40, 50 và 60 kR bằng tia gamma Co60 cho thấy: Tần số ựột biến ựược ghi nhận từ 2,18 Ờ 3,09% và tăng cùng với sự tăng liều lượng chiếu xạ, xử lý ở liều lượng 50kR tạo ra trạng thái biến dị có lợi cao nhất trong quần thể ựột biến tại M4 ở các tắnh trạng số quả/cây, năng suất cá thể và hàm lượng protein(Pavadai et al.P, 2010).
- Với mục tiêu chọn giống theo hướng chất lượng, bằng phương pháp chiếu xạ, nhiều dòng ựậu tương ựột biến có thành phần axit béo ựược cải tiến như tăng và giảm palmitic, tăng stearic, tăng oleic (50%), giảm linolenic (3%) ựược phân lập (Dornbos D.L và cs, 1992, Primomo V.S và cs, 2002).
Học viện Nông nghiệp Việt Nam Ờ Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp
Page 25 - Trong hạt ựậu tương chứa 3 enzim oxy hóa chất béo là L-1, L-2 và L-3
(Eberhart S.A và cs, 1996), là yếu tố chắnh tạo nên hương vị ựậu tương ựặc trưng trong các sản phẩm chế biến từ hạt ựậu tương. Các dòng ựậu tương thiếu 1 trong số 3 enzim này ựã ựược phát triển nhưng không có dòng nào thiếu cả 3 enzim vì mối liên kết chặt giữa L-1 và L-2 (Rahman S.M và cs 1994). Bằng phương pháp chiếu xạ lên hạt F2 của tổ hợp lai giữa dòng ựậu tương không có L-1, L-2 với dòng ựậu tương không có L-2, L-3 ựã tạo ựược giống ựậu tương Ichihime, giống duy nhất không có cả 3 enzim và ựược công nhận giống năm 1994 (Heppard ẸP và cs, 1996).
Tại Nhật Bản, sau khi trường gamma nguồn Co60 ựược xây dựng năm 1962 việc chọn giống cây trồng ựột biến ựược thúc ựẩy nhanh chóng (Yamaguchi, 2001), 242 giống cây trồng ựột biến trực tiếp từ 61 loài ựược tạo ra bằng chiếu xạ (gamma, X và ion beam), ựột biến hóa học và các biến dị soma, trong ựó chiếu xạ bằng tia gamma chiếm 60,3%, X-ray 9,5%, Ion beam 5,8%. Hiện Nhật Bản có 16 giống ựậu tương ựột biến, trong ựó có 1 giống ựược tạo ra bằng tia X, 15 giống còn lại ựược tạo ra bằng tia gammạ Tổng diện tắch các giống ựột biến này chiếm 13.238 ha (chiếm 9,4% trong tổng 142.000 ha diện tắch ựậu tương của Nhật năm 2005) và mang lại thu nhập cho người dân là 5,56 tỉ Yên (52 triệu USD) (Nakagawa H, 2008).
Tại Hungari, theo hướng cải tiến chất lượng hạt, bằng phương pháp chiếu xạ tia gamma Co60 trên cây trong suốt quá trình sinh trưởng ở các liều lượng 100, 150, 200 và 300 Gy lên giống ựậu tương ựịa phương Kárpátalja trong cánh ựồng gamma ựã thu ựược các dòng ựậu tương có hàm lượng dầu và protein ựược cải tiến: Tại M4, ở công thức 150 Gy cho các dòng có hàm lượng lipit tổng số 24,1% (cao hơn ựối chứng 19,8%); ở công thức 300 Gy cho các dòng có hàm lượng axit béo linolenic 10% (cao hơn ựối chứng 8%); ở
Học viện Nông nghiệp Việt Nam Ờ Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp
Page 26 công thức 200 Gy cho các dòng có hàm lượng axit béo linoleic 55,6% (cao hơn ựối chứng Ờ 53,0%); Theo tắnh toán lý thuyết, nếu trồng giống ựậu tương có hàm lượng dầu 24% sẽ ựem lại sản lượng dầu khoảng 460kg/ha (cao hơn ựối hơn ựối chứng 80kg/ha) (Hajós-Novák. M và cs, 2001).
Tại Bulgaria, công tác chọn giống cây trồng ựột biến ựược tiến hành từ 1980 với nhiều thắ nghiệm sử dụng tác nhân gây ựột biến chiếu xạ tia gamma nguồn Co60 và 137 Cs (Todorova, 2002; Todorova et al.,2001). Cho ựến nay, hơn 76 giống cây trồng ựột biến ựược phát triển, trong ựó ựậu tương có 5 giống (TomlekovạN.B, 2010) với tác nhân gây ựột biến chủ yếu ựược sử dụng trong tạo là tia gamma Co60 ở liều lượng từ 25 Ờ 150 Gỵ Từ giống Ravnika và Bachka bằng chiếu xạ tia gamma và kết hợp giữa xử lý hóa chất EMS và NMU ựã tạo ra 3 dòng ựột biến (B22, B115, B206) kháng bệnh ựốm vi khuẩn (Georgiev et al., 2000). Một số dòng ựậu tương ựột biến kháng bệnh thán thư và ựốm nâu vi khuẩn cũng ựược tạo ra bằng phương pháp chiếu xạ tia gamma trên giống Hadson và Daniela (Todorova et al., 2001; Todorova, 2002). Bên cạnh ựó, nhiều dòng ựậu tương ựột biến với các tắnh trạng ưu việt ựược tạo ra như năng suất cao (giống Rosa ựược tạo ra từ giống Hodson bằng chiếu xạ tia gamma ở liều 80 Gy, ngoài ựặc tắnh vượt trội về năng suất còn kháng bệnh vi khuẩn và sương mai (Todorova, 2010)), chắn sớm, hàm lượng protein cao, thấp cây, góc phân cành hẹp, số lượng lá chét thay ựổi (4 - 5 lá chét), kháng bệnh ựốm nâu, thán thư (Aleksieva et al., 1990, 1991, 1995, 1999, 2000, 2003). Ngoài ra, một số lượng lớn các dòng ựột biến ựược duy trìlàm nguồn gen tại các viện nghiên cứu và trong ngân hàng gen quốc gia Sadovọ
Tại Thổ Nhĩ Kỳ, bằng phương pháp chiếu xạ tia gamma ựã tạo ra giống ựậu tương TAEK A-3 có hàm lượng dầu cao (25.5%) (Sagel et al.1995).
Học viện Nông nghiệp Việt Nam Ờ Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp
Page 27 Tại Brazil, bằng phương pháp chiếu xạ tia gamma Co60 ở liều lượng 22 Krad trên giống ựậu tương Paraná ựã tạo ra ựược 2 dòng ựột biến có thời gian sinh trưởng ngắn hơn 10 ngày so ựối chứng, có chiều cao thấp hơn so ựối chứng nhưng các ựặc tắnh nông sinh học khác như năng suất, kiểu sinh trưởng, màu sắc hoa, lông và hạt ựều không khác so ựối chứng (Ạ Tulmann Neto and Alves.M.C, 1997).
Tại Iran, chiếu xạ tia gamma Co60 lên hạt khô của giống L17 ở các liều lượng 150, 200 và 250 Gy ựã tạo ra rất nhiều dòng có số lượng nốt sần vượt xa ựối chứng ở mức ý nghĩạ Trong số 33 dòng ở M7 ựược phân tắch có 14 dòng có số lượng nốt sần từ 10,66 Ờ 23,77, cao hơn ựối chứng (7,55)(Mehdi- Younessi Hamzekhanlu và cs, 2011).
Tại Thái Lan, trong 16 giống ựậu tương ựược tạo ra từ năm 1965, chỉ có 2 giống ựược trồng rộng rãi là Chiang Mai 60 và SJ4 nhưng hai giống này có nhiều nhược ựiểm như hàm lượng protein thấp (<40%), sức sống và sức khỏe hạt giống yếụ Bằng phương pháp chiếu xạ tia gamma trên hạt khô ựã ựem lại thành công trong cải tiến năng suất và chất lượng hạt của hai giống này (ỌF. El-Bagoury và cs, 1999). Một nghiên cứu khác trong cải tiến hàm lượng protein của 3 giống Chiang Mai 60, SSRSN 19-35-4 và EHP275 bằng chiếu xạ bằng tia gamma ở liều 200 Gy trên hạt khô, kết quả thu ựược nhiều dòng có hàm lượng protein cao hơn ựối chứng từ 1 Ờ 2%, tương ứng ựạt 40,3 Ờ 41,9%. Ở liều lượng chiếu xạ 100 Gy lên hạt của giống Chiang Mai 60 ựã tạo ra nhiều dòng có chất lượng hạt giống cao với tỷ lệ nảy mầm ựược ựánh giá gấp hơn hai lần so ựối chứng ựạt từ 65 Ờ 80% ở mùa khô và từ 75 Ờ 89% ở mùa mưa (Yathaputanon và cs, 2008). Theo hướng chọn giống chống chịu bệnh virus cuốn lá ựậu tương, một bệnh hại chắnh cản trở sản xuất ựậu tương ở Thái Lan (Project Final Review Meeting on Ras/5/040 Project. Jan 15-19,
Học viện Nông nghiệp Việt Nam Ờ Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp
Page 28 2007. Mumbai, India, 2007), từ dòng ựậu tương linecm9238-54-1 có năng suất cao hơn Chiang Mai 60 từ 5 - 10% nhưng mẫn cảm với bệnh cuốn lá virus, bằng phương pháp chiếu xạ gamma ở liều lượng 200 Gy ựã tạo ra 6 dòng có khả năng kháng bệnh cuốn lá virus ựậu tương nhưng vẫn cho năng suất cao hơn ựối chứng.
Indonesia là một trong số các nước phải nhập khẩu ựậu tương trên thế giới do sản xuất ựậu tương nội ựịa không ựủ ựáp ứng nhu cầu tiêu thụ trong nước. Nhưng gần ựây, sản xuất ựậu tươngcó xu hướng giảm nên Indonesia ựã có nhiều cố gắng, nhằm tăng sản xuất ựậu tương bằng cải tiến các tắnh trạng mong muốn, trong ựó có tắnh trạng năng suất. Tác nhân ựột biến chủ yếu ựược sử dụng ở Indonesia là tia gamma ựể cải tiến ựa dạng di truyền thực vật. Bằng phương pháp chiếu xạ tia gamma 137 Cs trên hạt khô của giống ựậu tương Argomulyo ở các liều lượng 50, 100, 150 và 200 Gy thu ựược kết quả là ở liều lượng 200 Gy cho biến dị di truyền cao nhất (Diana Sofia Hanafiah và cs, 2010).
1.5.2.2. Nghiên cứu ứng dụng chiếu xạ tia gamma trong chọn tạo giống ựậu tương ựột biến tại Việt Nam tương ựột biến tại Việt Nam
Tại Việt Nam, kỹ thuật chọn giống cây trồng ựột biến, trong ựó có cây ựậu tương ựược ứng dụng từ những năm 70 bằng tác nhân vật lý và hóa học. đến năm 2007, Việt Nam có hơn 50 giống cây trồng ựột biến, ựậu tương có 8 giống với phương pháp gây ựột biến trực tiếp chủ yếu là chiếu xạ trên hạt khôbằng tia gamma Co60 ở như DT-84, DT-90, AK06(DT55), DT-95, DT-99 và DT2008, giống DT84 ựã tồn tại liên tục trên 20 năm trong sản xuất nhưng vẫn ựứng ựầu về diện tắch sản xuất hàng năm. Ngoài ra các giống ựột biến cũng là nguồn vật liệu ựể ựưa lai tạo chọn tạo giống mới, các giống ựiển hình ựược tạo ra và công nhận như giống ựậu tương DT2001, DT96Ầ
Học viện Nông nghiệp Việt Nam Ờ Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp
Page 29 Kết quả thu ựược từ việc ứng dụng phương pháp ựột biến chiếu xạ trong chọn tạo giống ựậu tương tại Việt Nam bao gồm:
Cải thiện năng suất: Giống ựột biến DT84 và DT95 ựược tạo ra khi xử lý ựột biến ở 180Gy, DT84 cho năng suất cao hơn 2 giống bố mẹ 30 - 40%, giống ựột biến DT95 cho năng suất cao hơn giống gốc AK04 20%.
Cải thiện màu sắc hạt: Cải tạo tắnh trạng hạt xanh thành vàng tạo giống DT95 bằng xử lý chiếu xạ ở 180Gy trên giống gốc AK04 (hạt xanh).
Cải thiện kắch thước hạt: Giống DT2003 có khối lượng 1000 hạt cao hơn giống gốc DT83 19%, DT90 có khối lượng 1000 hạt cao hơn bố mẹ 20 - 50%.
Cải thiện tắnh trạng nứt hạt ở dòng D.3/33 (đT-80 x đT76), ựược chọn lọc thành giống DT84 ắt nứt hạt.
Cải thiện khả năng chống chịu nhiệt ựộ, khả năng thắch ứng rộng và chống chịu cao với các ựiều kiện sinh thái khó khăn: Cải thiện khả năng chống chịu nhiệt ựộ như DT84, AK-06, DT90, DT99 có khả năng gieo trồng cho năng suất cao ở cả vụ nóng (hè) và vụ lạnh (xuân, ựông) ở các tỉnh phắa Bắc, thắch ứng rộng trong các vùng trồng ựậu tương cả nước.
Cải thiện khả năng chống chịu tổng hợp, thắch ứng rộng: DT2003 chống chịu khá với nhiệt ựộ, hạn; DT2008 chống chịu cao với nhiệt ựộ, hạn.
Cải thiện khả năng chống chịu bệnh: Cải thiện khả năng chống chịu gỉ sắt lên tới mức kháng cao (ựiểm 1 Ờ 2) ở DT95 (Nguyễn Thị Bình (2008), Chu Hoàng Mậu (2006)). Cải thiện khả năng ựề kháng cao (ựiểm 1) ựối với các bệnh gỉ sắt, sương mai, phấn trắng, ựốm nâu vi khuẩn ở DT2008.
Cải thiện thời gian sinh trưởng: Dòng DT95/049 của giống DT95 có thời gian sinh trưởng ựược rút ngắn xuống 8 ngày so với giống gốc AK04.
Học viện Nông nghiệp Việt Nam Ờ Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp
Page 30
CHƯƠNG 2
VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Vật liệu nghiên cứu