cho dòng sau bằng con đường sinh sản sinh dưỡng.
- Không phải là tất cả các dạng đột biế n đều tìm thấy ngay ở thế hệ sau: đó là
các đột biến lặn. Hiện tượng này kéo dài cho đến khi hình thành hợp tử mà mỗi giao tử
trong hợp tử đều ma ng gen đột biến.
- Đột biến trội có thể xuất hiện ngay ở thế hệ sau.
- Đột biến gen về các tính trạng số lượng do được quy định cũng ảnh hưởng của
một số gen mà mỗi ge n có tác dung yếu. Đó là các đột biế n trội và nửa trội. Đột biến
này cũng khó phát hiệ n ra ở đời sau.
IV- TÁC NHÂN GÂY ĐỘT BIẾN NHÂN TẠO VÀ CÁCH THU NHẬN CÁC ĐỘT BIẾN ĐỘT BIẾN
Đột biến nhâ n tạo có thể tạo ra bằng các tác nhâ n lí học: tia Rơnghe n (); , tia , tia … tác nhân hoá học (Ethilenimin, Dimethyl sunfat, Diethyl sunfat… )
IV.1.Gây đột biế n ge n bằng các tác nhân lí học:
Việc áp dụng các tác nhâ n phóng xạ trong chọn giống đột biến còn rất mới mẻ và đã được thực hiện bởi các tác giả : Calldecott (1961), Dubinin (1964 - 1967), Enken (1965 - 1967). Đó là các tác nhân có khả năng io n hoá mạ nh, trong đó có dạng phóng
xạ hạt và phóng xạ điện từ.
- Phóng xạ hạt là dòng nguyên tử và hạt sơ cấp, chuyển động với tốc độ thay đổi. Năng lượng của chúng được biểu thị bằng đơn vị: ev (1ev = năng lượng của một đơn vị khi q điện trường có thế hiệu 1v). Thuộc loại này có: , , neutron.
- Phóng xạ điện từ: là sóng điện từ phát ra trong không gian như tia Rơnghen
(tia ) và tia .
- Liều lượng phóng xạ: xác định bằng cách đo khả năng ion hoá của phóng xạ trong không khí, đơn vị là r (rơnghe n) (r là khối lượng phóng xạ tạo ra trong 1c m3
không khí khô = 0,001293 g ở 00C áp suất 760mm Hg)
- Năng lượng hấp thụ được đo bằng rát: 1 rát = 100 erg/g.
- Đơn vị hoạt tính phóng xạ là cur i là khối lượng của chất phóng xạ mà số phân
huỷ của nó trong 1 giây bằng 3,7 x 1010. (1 curi tương ứng với lượng phóng xạ 1 gam
radium).
IV.1.1. Cở sở lí luận của phương pháp:
" Sinh vật là do các vật chất hữu cơ và vô cơ tạo thành, được cấu tạo từ các nguyên tử và phân tử. Về cấu tạo: nguyên tử có hạt nhân mang điện tích dương và xung quanh mang điện tích âm. Số điện tích âm và dương trong nguyên tử thường cân bằng. Khi chiếu xạ các tia , , … vào cơ thể sinh vật sẽ làm mất đi một số điện tử dẫn đến hiện tượng mất cân bằng và nguyên tử mang điện tích dương."
Như vậy các tia có tác dụng ion hoá các nguyên tử. Các nguyên tử ion hoá sẽ
là m cho các phân tử cấu tạo nên cơ thể sinh vật như AND, protein có những biế n đổi
về hoá học. Nếu biến đổi hoá học xảy ra trên đơn vị gen thì gen có thể phát sinh đột
biến.
IV.1.2. Tính chất và tác dụng của các tia:
a) Tia (tia rơnghen) : do Roentgen phát hiện năm 1896 khi chiế u tia âm cực
vào vật rắn. Tia này có bước sóng = 10-9 - 10-12 mm. Tia được áp dụng rất sớm và rộng rãi trong công tác giống. Tia có đặc điể m là không bị lệch bởi từ trường hay điện trường. Tia có hai loại:
- Tia cứng: có bước sóng từ 0,01 - 0,05 - Tia mề m: có bước sóng từ 1 - 10
Trong thực tiễn, người ta thường dùng máy qua ng tuyến để xử lí. Dùng tia
thiết bị đơn giản, chiếu xạ dễ dàng và liề u lượng dễ tính.
b) Tia : nguồn hay dùng nhất là Co60 và Cs137. Tia này có bước sóng ngắn
nên hiệu quả xuyê n thấu hơn tia . Tia cũng không bị lệch bởi từ trường hay điện trường, có tác dụng điện li gián tiếp nhờ hiệu ứng quang điện để xử lý cây trồng, người
ta thiết kế những "trường" lớn, trong đó có nguồ n Co60 được đặt ở trung tâm, bao
xung quanh là cây trồng cần nghiên cứu. Trên thế giới hiệ n nay có nhiều "trường"
lớn như Liên Xô, Mỹ, Thuỵ Điển. Ở Nhật, "trường" lớn nhất gần Tokyo. Diệ n tích
toàn bộ trung tâm rộng 50 ha, "trường" có đường kính 100 m, nguồn phóng xạ Co60
có độ phóng xạ 2000 curi đựng trong ống thép không gỉ. Khi cần xử lí, lấ y ống thép ra và đưa lên độ cao 2,6m. Quanh "trường" có luỹ đất cao 8m, chân luỹ rộng 27m.
c) Tia tử ngoại: giố ng tia và tia : đó là những sóng điệ n từ, có bước sóng
ngắ n (dài hơn tia và tia ). Khi đi qua cơ thể sinh vật tia này không có tác dụng điện
li mà chỉ có tác dụng kích thích sự biến đổi hoá học ở bản thân sinh vật.
d) Tia nơtron: không ma ng điện li nhưng khi đi qua cơ thể sinh vật có tác dụng điện li trực tiếp. Khi bắn nơtron vào hạt nhân, sẽ là m vỡ hạt nhâ n, gây ra phản ứng dây
truyền, tạo ra các tia , , và năng lượng lớn. Căn cứ vào năng lượng, người ta
chia làm các loại sau:
- Nơtron nóng: năng lượng khoảng 0,25 ev. - Nơtron chậ m: năng lượng < 0,50 ev.
- Nơtron trung gian: năng lượng < 500 ev.
- Nơtron nha nh: năng lượng < 10 Mev.
e) Tia : là một dạng phóng xạ ( là một dòng hạt nhỏ giống nha u về khối lượng ma ng điện tích dương nên lệch về cực â m của điệ n trường). Tia chính là nguyên tử He2+, 2e = H4+, sức điện li của tia này rất lớn.
f) Tia : là một dạng phóng xạ hạt (tia này là một dòng hạt mang điện tích âm
nên lệch về cực dương). Sức xuyên của tia này mạnh hơn tia , có tác dụng điệ n li
trực tiếp khi qua cơ thể sinh vật. Trong công tác giống, người ta thường dùng các chất
phóng xạ P32, S35 để xử lí.
IV.1.3. Phương pháp xử lí:
Phương pháp xử lí tuỳ thuộc vào tính chất của các tia, liề u lượng xử lí, đặc tính
sinh sản của cây, thời gian xử lí và bộ phận cây trồng được xử lí.
a) Liề u lượng xử lí: cách đây không lâ u phổ biến quan niệ m cho rằng để thu được nhiều đột biến, nên dùng liều lượng phóng xạ cao. Đặc biệt là ý kiến của Gaul
(1965). Ông cho rằng liều lượng cao để cho sự sống sót trên đồng ruộng khoảng 10%
thì việc thu nhận các đột biến càng có hiệu quả. Tuy nhiên, nhiều công trình thử
nghịê m không tán thành quan điể m này (Skvarnikov 1961, Tsernui 1966). Do vậy ngày
nay thường dùng ở liề u lượng thấp hơn trung bình.
Liề u lượng tiêu chuẩn (tới hạn) : là liều lượng mà ở thế hệ M1 có từ 30 - 40% cây sống sót. Liều lượng tiêu chuẩn của phần lớn các cây trồng là từ 5 - 7 Kr đến 80 - 100
Kr (đối với tia Rơnghe n và tia ). Lúa : > 75 Kr (Bôra)
Lúa mì mề m: 15 Kr (Valeva)
Lúa mì mề m: 20 Kr (Valeva)
Ngô: 10 Kr (Vale va)
Đậu tương: 20 Kr (Xandatova)
Đậu Hà Lan: 5 - 10 Kr (Preo-bra) (Valeva, Turkov) Cà chua: 20 Kr (Turkov)
Khoai tây: 5 - 10 Kr (Nnybon, Taraxenko)
b) Tính chất của tia: dùng tia để xử lí thường là m cho cây có sức sống hữu tính mang hơn tia . Các tia có mật độ điện li lớn thường cho hiệu quả rõ hơn.
c) Thời kì xử lí: xử lí vào lúc hạt nảy mầm, cây con dễ có kết quả hơn khi xử lí ở thời kì hạt nghỉ và cây già.
d) Vật liệu dùng để xử lí:
+ Xử lí ở giai đoạn mạ và cây non: có thể sử dụng tia và tia X, xử lí ở gia i đoạn cây trưởng thành ở "trường" hoặc phòng xử lí .
+ Hạt: là vật liệ u xử lí thông dụng nhất cho cả 2 tác nhân vì mấ y lí do sau:
- Khả năng chống chịu cao với mô i trường sinh lí không bình thường.
+ Xử lí hạt phấn: cá dạng hạt phấn cũng có thể xử lí với 2 loại tác nhân: lí và hoá học, các hạt phấn thường được xử lí ở gia i đoạn hợp tử và cây dị hợp tử.
+ Các bộ phận của cây sinh sản sinh dưỡng: có thể xử lí bằng tia phóng xạ hoặc
chất hoá học ở các đỉnh mầ m, chồi, nhánh.
+ Nuôi cấy mô và tế bào.
Dùng các tác nhân lí, hoá học xử lí ở gia i đoạn nuô i cấy mô và tế bào có tác dụng thúc đẩy sự phát triể n nhanh của việc nghiên cứu. Từ việc xử lí tế bào, khảo
nghiệ m các thể đột biế n nhâ n lên thành cây hoàn chỉnh.
IV.2.Gây đột biế n ge n bằng các tác nhân hoá học:
Trong nhiều nă m gần đây ở Mỹ, Liên Xô, Nhật Bản… các nhà khoa học đã sử
dụng các nguyê n nhân gây đột biến bằng phương pháp hoá học đã đạt hiệ u quả tốt. Có
rất nhiều chất hoá học có thể gây ra đột biến gen và đột biến nhiễm sắc thể như H2O2, CH3COOH, ethyle nimim, menthylsunfat… có một số tác nhâ n hoá học có tác động cực
mạnh gọi là chất siêu đột biến như NMU (Nitrozome nthyl ure) NEU (Nitrozoethyl ure)…
IV.2.1.Cơ sở lí luận:
Gen là một đoạn của phân tử AND gồm có một số nucleotit, quyết định sự tổng hợp protein nhất định. Mã di truyền của sinh vật do các "bộ ba" nucleotit quyết định. Nếu trình tự sắp xếp các nucleotit trong "bộ ba" thay đổi, sẽ làm thay đổi mã di truyền gây nên hiện tượng đột biến.
Một số tác nhân hoá học, đặc biệt là các chất có khả năng oxy hoá, ethyl hoặc
methyl hoá học tác động lê n cơ thể sinh vật sẽ có tác dụng oxy hoá, ethyl hoá các bazơ có đạm chứa trong nucleotit, là m thay đổi cấu tạo hoá học của chúng và gây nên đột
biến gen.
Ví dụ:
HNO2
Adenin Hypo xantin HNO2
Xitozin Uraxin HNO2
Guanin Hypo Xanin
IV.2.2. Phương pháp xử lí:
Phương pháp xử lí phụ thuộc vào cây, bộ phận xử lí và tác nhân xử lí. Ngoài ra nó còn phụ thuộc vào thời kì sinh trưởng, phát dục của cây. Các tác nhân hoá học có đặc điểm chung sau:
- Có khả năng thẩ m thấu cao.
Ngày nay người ta đã biết được hơn 400 hoá chất có thể sử dụng gây đột biến. Căn cứ vào cấu trúc hoá học, tác dụng của các tia mà người ta chia là m 5 nhóm sau:
a) Nhóm 1: oxy hoá khử: Ví dụ H2O2, HNO2 focma ldehyt HCOH, các aldehyd và các muối kim loại nặ ng.
b) Nhó m 2: gồm các chất đồng phân với bazơ tha m gia trong thành phần ADN ở
vị trí Timin, thay thế nucleotit này bằng nucleotit khác và gây đột biến như: Caphein, 5
- Bro muran.
c) Nhó m 3: cảm ứng với các bazơ trong ADN như Ethyluretan; 5 - Bromuran; 5 - amino… Các chất này có tác dụng kìm hã m sự tổng hợp Gua nin và Thymin tạo ra
nuc leotit không bình thường trong thành phần của ADN gây nên hiện tượng đột biến.
d) Nhó m 4: alkyl hoá gồm: CH3, C2H5 như Dimethyls unfat (DMS); Diethylsunfat (DES); ethylenimin (EI), Nitroxomethylure (NMU)… Các chất này có tác dụng Alkyl hoá ADN dẫn tới đứt mạch ADN hoặc là m sai lệch trật tự các bazơ
trong mạch gây ra đột biến.
e) Nhó m: Acrid in C13H9N. Đây là nhó m thuốc nhuộ m, tác động lên ADN làm rối loạn quá trình tái sinh mã gây ra thiế u hoặc thừa nuc leotit trong phât tử ADN, dẫn đến đột biến.
- Phương pháp xử lí đơn giả n nhất là ngâ m hạt giống (hạt khô) vào dung dịch
chất gây đột biến với nồng độ và thời gian thích hợp.
IV.3. Phương hướng chọn giống đột biến hiện nay:
Nhìn chung các nhà khoa học trên thế giới hiện nay sử dụng các tác nhân lí, hoá
học kết hợp hoặc xử lí riêng rẽ theo những mục tiêu: - Tăng tần suất đột biến tối đa.
- Là m cho phổ đột biến rộng hơn. Do vậ y thường được xử lí theo hướng sau:
+ Dùng các tác nhân hoá học riêng rẽ.
+ Kết hợp giữa các tác nhân lí học với hoá học
+ Kết hợp lí học + hoá học + chất bảo vệ Xistein.
+ Kết hợp lí học + hoá học + lai tạo giố ng mới.
- Làm thay đổi một số tính trạng riêng biệt với cây trồng như : giả m chiều cao cây, tăng giố ng chín sớm, giống chống hạ n và nâng cao chất lượng hạt ở cây trồng. Về
lĩnh vực cây trồng các nhà khoa học đã đạt được những thành tựu đáng kể; tạo giố ng
lúa Patna (chín sớm) có thể trồng 3 vụ 1 nă m, tạo giống MYU 17 và N22, giống Tai
chung Native 3 thân thấp, năng suất cao và có khả năng chịu hạ n…
Ở các loại cây khác nha u, đối tượng xử lí khác nhau, ở cây ăn hạt và cây sinh sản sinh dưỡng được xử lí với các tác nhân khác nhau (bảng VI.1, VI.2).
Bảng VI.1: Tác nhân gây đột biế n ge n và liều lượng sử dụng ở cây trồng nhâ n giống bằng hạt.
SỐ TT GIỐNG CÂY TRỒNG TT GIỐNG CÂY TRỒNG ĐỐI TƯỢNG XỬ LÍ TÁC NHÂN LIỀU LƯỢNG XỬ LÍ VÀ THỜI GIAN XỬ LÍ 1 2 3 4 5 6 7 Lạc (Arachishypogea)
Hạt tiêu (capsicum annuum)
Đậu tương (Glucine max)
Cà chua (Lycopersiconesculentum)
Đậu (Pisum Sativum)
Lúa (oryza sativa) Ngô (Zea mays)
Hạt khô Giao tử Hạt khô Hạt khô Hạt khô Hạt khô Hạt khô Hạt phấn Hạt khô Hạt khô Hạt phấn Tia Tia trung tử nhanh Tia Tia EMS DES Tia Tia Tia Tia Tia 20 – 30 Krad 750Krad 2,4Krad 14 – 22 Krad 10 – 20 Krad 0,8% (24h, 240C) 0,2% (15h, 200C) 10 Krad 600 Krad 10 – 25 Krad 0,75 - 3Krad 14 – 28 Krad
Bảng VI.2. Tác nhâ n gây đột biế n ge n và liề u lượng sử dụng ở cây rau quả.
SỐ TT GIỐNG CÂY TRỒNG TT GIỐNG CÂY TRỒNG ĐỐI TƯỢNG XỬ LÍ TÁC NHÂN LIỀU LƯỢNG XỬ LÍ 1 2 3 4 5
Khoai tây (Solanum Tube ro sum)
Táo (Malus pumela)
Cam (C itrus Sinen sis) Chuối (Musassp)
Mía (Saccharumsp)
Khoai lang (Ipomopatatas lam)
Củ, bẹ và cuống lá Lá (invitro) Phiến lá (invitro) Đầu rễ (invitro) Mắt ghép ở thời kì ngủ Chồi lá non
Mô sẹo (invitro)
Đỉnh sinh trưởng
của chồi (invitro) Từng chồi riêng Cắt ngọn đỉnh sinh trưởng (invitro) EMS Tia Tia Tia Tia Tia Tia Tia Tia Tia EI Tia 100 – 500ppm (4h 250C) 1,5 – 2 Krad 2,25 – 2,75 Krad 2,5 – 3,5 Krad 6 – 7 Krad 2,5 - 5Krad 6 – 16 Krad 1 – 2,5 Krad 3,5 – 7 Krad 20Krad 0,5%, 3h 3 – 5 Krad
V- ĐA BỘI THỂ VÀ ỨNG DỤNG TRONG CHỌN GIỐNG V.1. Khái niệ m và ý nghĩa: