3.1.1 Tình hình thời tiết khí hậu
Bảng 3.1: Tình hình thời tiết khí hậu qua các tháng 08, 09, 10/2012 tại Cần Thơ.
Tháng Ẩm độ (%) Lƣợng mƣa (mm) Số giờ nắng (giờ) Nhiệt độ (0C) 8 84 90,7 250,8 27,8 9 88 299,7 148,6 26,6 10 84 200,6 250,8 27,6 Trung bình 85,3 197 216,7 27,3
Nguồn: Trung tâm khí tượng thủy văn thành phố Cần Thơ, 2012.
Qua Bảng 3.1 cho thấy nhiệt độ và ẩm độ từ tháng 8 đến tháng 10 năm 2012 chênh lệch không đáng kể, nhiệt độ trung bình của 3 tháng là 27,30C và ẩm độ trung bình là 85,3% thích hợp cho sự sinh trưởng và phát triển của cây đậu xanh. Trong vụ này lượng mưa trung bình là 197mm, lượng mưa thấp nhất vào tháng 8 (90,7mm), lượng mưa cao nhất vào thời điểm tháng 9 (299,7mm) trùng khớp với thời điểm đậu xanh trổ hoa, hình thành trái, lượng mưa cao đã làm rụng hoa, rụng trái non, cây bị đỗ ngã nhiều nhất là ở nghiệm thức đối chứng (không xử lý EMS). Số giờ nắng cao nhất vào tháng 8 (250,8 giờ) và tháng 9 cũng là tháng có số giờ nắng thấp nhất (148,6 giờ), số giờ nắng thấp ảnh hưởng đến khả năng tích lũy chất khô của cây đậu xanh. Tuy số giờ nắng vào tháng 10 tương đối cao nhưng giai đoạn ra hoa cây đã không tích lũy được nhiều chất khô nên năng suất thấp.
3.1.2 Tình hình sâu bệnh cỏ dại và đổ ngã
Thí nghiệm được thực hiện trong nhà lưới nên sâu bệnh và cỏ dại xuất hiện ở mức độ thấp, không ảnh hưởng nhiều đến năng suất. Đầu vụ bệnh héo cây con (Rhizoctonia solani) gây hại vào thời điểm 3-15 ngày sau khi gieo (NSKG), nấm bệnh tấn công hầu hết các nghiệm thức, cao nhất ở nghiệm thức 0,6% EMS (Cấp 3) và thấp nhất là ở các nghiệm thức đối chứng, 0,2% EMS, 0,4% EMS và 0,8% EMS (Cấp 2). Qua số liệu ở Bảng 3.2 cho thấy tỉ lệ cây chết do bệnh héo cây con và nồng độ xử lý EMS không có mối tương quan với nhau. Nhiều chỉ tiêu quan sát thì thay đổi rất phức tạp trong tự nhiên, bởi vì nó không những bị ảnh hưởng bởi kiểu gen mà còn bị ảnh hưởng lớn từ sự biến động của yếu tố môi trường (Roychowdhury et al., 2011b). Giai đoạn ra hoa và đậu trái (38 ngày đến 60 NSKG) bệnh đốm lá (Cercospora canescens) xuất hiện trên tất cả các nghiệm thức. Ở nghiệm thức 0,6%
nghiệm thức còn lại thì vết bệnh chiếm 1/4–1/2 diện tích lá được đánh giá là hơi kháng (Cấp 3).
Bảng 3.2: Tỉ lệ cây chết do héo cây con và cấp đánh giá bệnh ở các nghiệm thức
TT Nghiệm thức Số cây quan sát
(cây)
Tỉ lệ cây chết do héo cây con
(%) Đánh giá bệnh héo cây con (cấp) Đánh giá bệnh đốm lá (cấp) 1 0,0% EMS (ĐC) 380 2,11 2 3 2 0,2% EMS 380 2,63 2 3 3 0,4% EMS 380 1,84 2 3 4 0,6% EMS 380 4,21 3 2 5 0,8% EMS 380 1,84 2 3
Khoảng 20 NSKG cỏ dại phát triển rải rác khắp khu đất thí nghiệm trong nhà lưới, nhưng sau đó cỏ được kiểm soát bằng cách nhổ tay, vì vậy đến khi đậu giáp tán mật độ cỏ xuất hiện ít hơn. Bên cạnh đó, hệ thống tưới và thoát nước tốt nên khu đất thí nghiệm không bị thiếu nước lúc nắng và không bị ngập úng khi trời mưa.
3.2 ẢNH HƢỞNG CỦA EMS LÊN ĐẶC TÍNH SINH TRƢỞNG CỦA
GIỐNG ĐẬU XANH TAICHUNG
3.2.1 Thời gian mọc mầm
Thời gian mọc mầm của giống đậu xanh Taichung giữa các nghiệm thức có sự khác biệt ở mức ý nghĩa 1% qua phân tích thống kê. Thời gian mọc mầm nhanh nhất thuộc về nghiệm thức đối chứng (3 ngày), thời gian mọc mầm chậm nhất ở nghiệm thức 0,8% EMS (6 ngày). Số liệu ở Bảng 3.3 cho thấy thời gian mọc mầm càng chậm khi nồng độ EMS càng tăng. Có thể nói, thời gian mọc mầm bị ảnh hưởng không những bởi hóa chất EMS mà còn bởi nồng độ EMS. Tỉ lệ mọc mầm của các nghiệm thức là như nhau (100%) nhưng thời gian mọc mầm của các nghiệm thức lại khác nhau như vậy là EMS đã tác động lên các alen điều khiển thời gian mọc mầm của giống đậu xanh Taichung.
3.2.2 Thời gian trổ hoa
Qua Bảng 3.3 cho thấy thời gian trổ hoa của giống đậu xanh Taichung giữa các nghiệm thức khác biệt không có ý nghĩa qua phân tích thống kê. Thời gian trổ hoa sớm nhất ở nghiệm thức 0,2% EMS (34 ngày) và thời gian trổ hoa muộn nhất ở
22
thời gian trổ hoa của giống đậu xanh Taichung ở các nghiệm thức là đồng loạt và EMS đã chưa tác động đến đặc tính này.
Bảng 3.3: Các đặc tính sinh trƣởng của giống đậu xanh Taichung, vụ Hè Thu 2012
STT Nghiệm thức Thời gian mọc mầm (ngày)
Thời gian trổ hoa (ngày)
Thời gian sinh trƣởng (ngày) 1 0,0% EMS (ĐC) 3,3b 36 59 2 0,2% EMS 3,7b 34 57 3 0,4% EMS 4,0b 36 59 4 0,6% EMS 4,0b 36 59 5 0,8% EMS 6,0a 36 58 Trung bình 4,2 35,6 58,4 Giá trị F ** ns ns CV (%) 8,13 3,62 1,68
Những số trong cùng một cột có chữ theo sau giống nhau thì không khác biệt qua phép thử DUNCAN. (**): khác biệt ở mức ý nghĩa 1%; ns: khác biệt không có ý nghĩa
3.2.3 Thời gian sinh trƣởng
Thời gian sinh trưởng của giống đậu xanh Taichung ở các nghiệm thức dao động từ 57 ngày (0,2% EMS) đến 59 ngày (đối chứng, 0,4% EMS và 0,6% EMS). Thời gian sinh trưởng ở các nghiệm thức khác biệt không có ý nghĩa qua phân tích thống kê (Bảng 3.3). Qua đó cho thấy EMS đã không tác động đến các alen điều khiển thời gian sinh trưởng của giống đậu xanh Taichung.
Thời gian trổ hoa và thời gian sinh trưởng của giống đậu xanh Taichung ít bị ảnh hưởng bởi hóa chất EMS bởi vì hai đặc tính này do đa gen kiểm soát, có thể hóa chất EMS chỉ tác động lên một ít gen.
3.3 ẢNH HƢỞNG CỦA EMS LÊN SỨC SỐNG GIỐNG ĐẬU XANH
TAICHUNG
3.3.1 Tỉ lệ sống của cây con
Tỉ lệ sống của cây con ở thời điểm 15 NSKG trong thế hệ đột biến đầu tiên (M1) của cây đậu xanh Taichung dao động từ 80,16% (0,4% EMS) đến 84,68% (ĐC) (Bảng 3.4). Tất cả bốn nghiệm thức có xử lý EMS đều có tỷ lệ cây sống thấp
hơn so với nghiệm thức đối chứng. Có thể nói hóa chất EMS là nguyên nhân gây chết cây con ở thế hệ M1. Kết quả này cũng được tìm thấy bởi Rajib Roychowdhury và ctv. (2011) trên cây Cẩm Chướng, Pedavai và Dhanavel (2004) trên cây đậu nành, Singh và Kole (2005) trên cây đậu xanh. Số liệu ở bảng 3.4 cho thấy tỉ lệ sống của cây con ở thời điểm 15 NSKG biểu hiện độc lập với nồng độ xử lý, có thể ở giai đoạn này cây con vẫn chưa ổn định với mức nồng độ xử lý EMS.
Bảng 3.4: Ảnh hƣởng của các mức nồng độ EMS đến sức sống của giống đậu xanh Taichung
Nghiệm thức Tổng số cây Tỉ lệ (%) Lúc quan sát 15 NSKG Lúc trổ Cây sống ở 15 NSKG Gây chết so với ĐC (*) Cây sống lúc trổ 0,0% EMS (ĐC) 372 315 284 84,68 0,00 90,16 0,2% EMS 370 297 276 80,27 5,71 92,93 0,4% EMS 373 299 267 80,16 5,08 89,30 0,6% EMS 364 300 255 82,42 4,76 85,00 0,8% EMS 373 301 254 80,70 4,44 84,39
(*) Tỉ lệ gây chết so với đối chứng ở 15 NSKG
Tỉ lệ sống của cây đậu xanh lúc trổ hoa thấp nhất thuộc về nghiệm thức 0,8% EMS (84,39%) và cao nhất thuộc về nghiệm thức 0,2% EMS (92,93%) (Bảng 3.4). Do tổng số cây còn sống vào thời điểm 15 NSKG ở nghiệm thức 0,2% EMS là thấp nhất (297 cây) nên dẫn đến tỉ lệ cây sống lúc trổ ở nghiệm thức 0,2% EMS là cao nhất nhưng qua Bảng 3.4 thì tổng số cây lúc trổ cao nhất lại ở nghiệm thức đối chứng (284 cây). Qua đó cho thấy hóa chất EMS đã ảnh hưởng đến sức sống của cây đậu xanh ở 15 NSKG và lúc trổ hoa. Kết quả này cũng được tìm thấy ở tài liệu của Mahna và ctv. (1989) trên cây đậu xanh bốn mùa (đậu mười), Afsar và ctv. (1980) trên lúa.
Từ thời điểm 15 NSKG đến lúc trổ hoa sức sống của cây tiếp tục giảm, đặc biệt là ở nghiệm thức 0,8% EMS đã chết 47 cây. Nhưng tỉ lệ sống của cây lúc trổ lại cao hơn tỉ lệ sống của cây ở thời điểm 15 NSKG (Bảng 3.4), do từ lúc quan sát đến 15 NSKG cây chết nhiều hơn từ thời điểm 15 NSKG đến giai đoạn trổ hoa, có thể kết luận rằng hóa chất EMS ảnh hưởng mạnh đến cây con vào thời điểm 15 NSKG hơn là ở thời điểm trổ hoa. Kết quả tương tự cũng được tìm thấy trong thí nghiệm
24
Tỉ lệ gây chết so với đối chứng cho biết ở mức nồng độ nào thì tốc độ gây chết của cây là cao nhất. Tỉ lệ gây chết cao nhất thuộc về nghiệm thức 0,2% EMS (5,71%) và giảm dần theo nồng độ (Bảng 3.4). Nguyên nhân cây chết có thể là do ảnh hưởng của EMS đến các mô phân sinh của hạt trong lúc nảy mầm hoặc có thể do nhiễm sắc thể bị tổn thương về mặt sinh lý và sinh hóa ( Singh et al., 1997; Nilan et al.,1976). Ngoài ra, EMS cũng tác động đến quá trình phân bào nguyên nhiễm làm cho quá trình này bị đình trệ trong giai đoạn đầu (Yadav, 1987). Ananthaswamy và ctv. (1971) thì cho rằng sự sai hình nhiễm sắc thể làm ảnh hưởng đến các enzyme cảm ứng như enzyme catalase và enzyme lipase cũng như hoạt động của các nội tiết tố từ đó làm giảm sự nảy mầm và khả năng sống của cây.
3.4 ẢNH HƢỞNG CỦA EMS LÊN KIỂU HÌNH Ở GIỐNG ĐẬU XANH
TAICHUNG
Ảnh hưởng của các mức nồng độ EMS khác nhau lên kiểu hình của giống đậu xanh Taichung ở thế hệ M1 được đánh giá bằng sự tổn thương sinh lý học. Theo Blixt et al., 1965 tần số đột biến của diệp lục tố trong thế hệ M1 được xem như một chỉ tiêu để đánh giá sự ảnh hưởng của EMS đối với cây trồng cũng như chỉ tiêu sinh trưởng hay sống sót của cây con, tổn thương sinh lý học chủ yếu là sự thiếu hoặc không có diệp lục tố trong lá, điều đó dẫn đến lá có những mức độ màu sắc khác nhau, chủ yếu xuất hiện trên các lá đơn đầu tiên hoặc ở giai đoạn sau thì xuất hiện một trong ba lá chét trên một cuống lá, những lá ở giai đoạn sau sẽ xuất hiện nhiều hơn bình thường. Ngoài đột biến diệp lục tố, trong ruộng đậu còn xuất hiện các loại đột biến khác như sự biến đổi hình dạng lá chét và số lượng lá chét.
3.4.1 Đột biến về màu sắc lá của giống đậu xanh Taichung
Vào giai đoạn 30 NSKG trên ruộng đậu bắt đầu xuất hiện nhiều lá có màu sắc khác với màu lá cây đậu xanh bình thường như là bị vàng một phần của lá (Hình 3.1 A), vàng cả lá (Hình 3.1 B), gân lá có màu tím đỏ (Hình 3.1 C) và lá vàng nhưng gân lá xanh (Hình 3.1 D). Tỉ lệ đột biến về màu sắc lá của giống đậu xanh Taichung được ghi nhận lần lượt là 5,49% (0,6% EMS), 4,33% (0,8% EMS), 4,12% (0,4% EMS) và 1,45% (0,2% EMS). Nguyên nhân là do EMS gây tổn thương cây đậu về mặt sinh lý chủ yếu làm chất diệp lục bị rối loạn, đột biến diệp lục tố có thể liên quan đến gen hoặc thay đổi nhiễm sắc thể hoặc chỉ là một cơ chế sinh lý của cây. Ở các mức nồng độ khác nhau thì ảnh hưởng đến diệp lục tố cũng khác nhau, điều đó dẫn đến lá có những mức độ màu sắc khác nhau, chủ yếu xuất hiện trên các lá đơn đầu tiên hoặc giai đoạn sau. Tuy nhiên, ở giai đoạn sau sẽ xuất hiện nhiều hơn bình thường và không bị chết. Hóa chất EMS ở mức nồng độ nào cũng đều gây đột biến chất diệp lục và tăng theo liều lượng (Asencion et al., 1994). Bahl và Gupta
(1983) cũng cho rằng tỉ lệ đột biến gia tăng thường đi đôi với việc gia tăng nồng độ xử lý và kiểu gen điều khiển tính trạng đột biến diệp lục tố thường ở thể dị hợp tử.
Hình 3.1: Cây đậu xanh có màu sắc lá bị đột biến
(A) lá chét có màu vàng ở một góc lá; (B) lá chét có màu vàng do thiếu diệp lục tố; (C) lá chét có gân lá màu tím đỏ và (D) lá chét có màu vàng nhưng gân lá xanh.
B
C D
A
26
3.4.2 Đột biến về dạng lá của giống đậu xanh Taichung
Hình 3.2: Các kiểu đột biến về dạng lá trên cây đậu xanh.
(A) lá chét bị chẻ thúy sâu; (B) lá chét bị chẻ thùy cạn; (C) lá chét nhăn nhúm giống khảm; (D) lá chét bị vàng và nhăn; (E) lá chét bị tiêu nứa lá và (F) lá chét bị nhăn và nhỏ
A B
F D
E C
Ngoài gây đột biến diệp lục tố, hóa chất EMS còn làm cho lá có những hình dạng bất thường như dạng lá chẻ thùy sâu (Hình 3.2 A), dạng lá chẻ thùy cạn (Hình 3.2 B). Tỉ lệ được ghi nhận lần lượt là 5,24% (0,4% EMS), 4,33% (0,8% EMS), 3,92% (0,6% EMS) và 1,81% (0,2% EMS). Trong ruộng đậu cũng có các dạng như lá nhăn nhúm (Hình 3.2 C và D), lá chỉ còn một nữa (Hình 3.2 E), hoặc lá nhỏ và nhăn (Hình 3.2 F). Tỉ lệ cũng được ghi nhận lần lượt là 4,35% (0,4% EMS), 1,97% (0,8% EMS), 1,57% (0,6% EMS) và 0,36% (0,2% EMS). Asencion và ctv (1994) cũng quan sát thấy những hình dạng tương tự như vậy khi xử lý đột biến bằng hóa chất trên đậu xanh, ông giải thích rằng nguyên nhân do sự thiếu hụt diệp lục tố ở bên trong lá. Ngoài ra cũng có thể là do chất diệp lục và tiền chất của nó bị giảm mạnh, lục lạp phát triển khiếm khuyết, các thylakoid không xếp chồng lên nhau thành hạt grana, ít chất nền stroma dẫn đến việc trì hoãn việc lắp ráp thylakoid.
3.4.3 Đột biến về số lƣợng lá của giống đậu xanh Taichung
Thông thường mỗi lá kép ở cây đậu xanh có 3 lá chét, nhưng khi qua xử lý EMS thì quan sát thấy mỗi lá kép có nhiều hơn 3 lá xuất hiện khá nhiều trên ruộng đậu như dạng có 4 lá chét trên một cuống, cách mọc thêm lá thứ 4 cũng có nhiều kiểu khác nhau (Hình 3.3 A, B, C) hoặc lá thứ 4 mọc lên từ nách lá (Hình 3.3 D). Ngoài ra cũng có dạng 5 lá chét (Hình 3.3 E) hoặc dạng 6 lá chét (Hình 3.3 F) nhưng tỉ lệ không nhiều bằng dạng 4 lá chét. Tỉ lệ đột biến về số lượng lá được ghi nhận lần lượt là 4,35% (0,2% EMS), 4,33% (0,8% EMS), 3,00% (0,4% EMS) và 1,96% (0,6% EMS). Khi mọc thêm lá chét thì lá chét có xu hướng nhỏ hơn lá chét bình thường.
28
Hình 3.3: Biến dị về số lƣợng lá chét khi xử lý EMS ở giống đậu xanh Taichung
(A) dạng có 4 lá chét; (B) dạng có 4 lá chét; (C) dạng có 4 lá chét; (D) lá chét mọc lên từ nách lá; (E) dạng có 5 lá chét và (F) dạng có 6 lá chét C A B D E F
Ngoài việc phân biệt các dạng đột biến kiểu hình ở lá, việc phân tích tần số đột biến, tỉ lệ gây chết lúc trổ, hiệu quả đột biến, hiệu suất đột biến ở các mức xử lý nồng độ EMS khác nhau cũng được tiến hành (Bảng 3.5).
Tần số đột biến là một chỉ số khảo sát ảnh hưởng của chất gây đột biến đến sự sinh trưởng và phát triển của cây trồng (Blixt et al., 1965). Tần số đột biến cao nhất ở nghiệm thức 0,8% EMS (26,38%) và thấp nhất ở nghiệm thức 0,2% EMS (10,87%). Số liệu ở Bảng 3.5 cho thấy nồng độ xử lý càng cao thì tần số đột biến càng tăng chứng tỏ rằng tần số đột biến tỉ lệ thuận với nồng độ xử lý.
Hiệu quả đột biến (Mutagenic Effectiveness) là chỉ số nói lên mức độ đáp ứng của kiểu gen tới sự gia tăng nồng độ của chất gây đột biến. Kết quả được trình bày ở Bảng 3.5, cho thấy hiệu quả đột biến cao nhất ở nghiệm thức 0,2% EMS (54,35) tiếp tục giảm dần theo từng mức nồng độ tương ứng và thấp nhất ở nồng độ 0,8% EMS (32,98). Có nghĩa là ở nghiệm thức có nồng độ EMS cao thì hiệu quả đột biến thấp do tần số đột biến và liều lượng xử lý tăng tỉ lệ thuận.
Bảng 3.5 Tần số đột biến, hiệu quả và hiệu suất đột biến ở các mức nồng độ EMS trên giống đậu xanh Taichung
Nghiệm thức Số cây quan sát (cây) Số cây đột biến (cây) Tần số đột biến (%) Tỉ lệ cây chết lúc trổ (%) Hiệu quả đột biến Hiệu suất đột biến 0,2% EMS 276 30 10,87 7,07 54,35 1,54 0,4% EMS 267 44 16,48 10,70 41,20 1,54 0,6% EMS 255 54 21,18 15,00 35,30 1,41 0,8% EMS 254 67 26,38 15,61 32,98 1,69
Hiệu suất đột biến (Mutagenic Efficiency) là chỉ số dùng để đánh giá mức độ đột biến của kiểu gen lên tỉ lệ đột biến gây chết. Hiệu suất đột biến cao nhất quan sát được ở nghiệm thức 0,8% EMS (1,69) và thấp nhất ở nghiệm thức 0,6% EMS (1,41). Để đạt được hiệu suất cao, ảnh hưởng của chất gây đột biến nên lấn át được những tác động của các tác nhân khác trong tế bào như là sự sai hình của nhiễm sắc thể và các ảnh hưởng độc. Konzak và ctv (1965) cho rằng hiệu suất của đột biến ở nồng độ thấp thì sẽ lớn hơn so với hiệu suất ở nồng độ cao vì ở nồng độ cao thường có hiện tượng gây chết và bị tổn thương gia tăng nhanh hơn so với tốc độ đột biến. Nhưng ở nghiệm thức 0,8% EMS lại cao hơn là do tốc độ tăng của tỉ lệ gây chết