Trường đại học Nông Nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ. 18
2.3.3.1. Những nghiên cứu chọn tạo giống bằng ựột biến phóng xạ trên thế giới
Từ lâu, gây ựột biến thực nghiệm ựể làm vật liệu khởi ựầu cho chọn giống ựã ựược coi là một trong những kỹ thuật ứng dụng cao trong nông nghiệp. Phương pháp này ựược biết ựến vào năm 1925 khi Natxon và Philippôp phát hiện rằng tia Roentgen có khả năng gây ra biến dị di truyền ở Nấm Hạ đẳng.
đến năm 1926-1927, di truyền học phóng xạ trở thành nền tảng cho sự ra ựời ngành chọn giống ựột biến phóng xạ. Những năm 1970, Cơ quan IAEA và Tổ chức Nông lương thế giới (FAO) ựã tài trợ mở rộng hướng nghiên cứu gây ựột biến cải tạo cây nông nghiệp và cây công nghiệp nhiều nước trên thế giới nhằm tạo ra hàng loạt giống mới như: lúa, lúa mỳ, lúa mạch, táo, chanh, mắa, chuốiẦ Cho tới năm 2009, 3100 giống cây trồng ựã ựược tạo ra bằng gây ựội biết thực nghiệm trên phạm vi hơn 60 nước, trong số ựó có 2/3 giống cây trồng ựược trực tiếp sử dụng sau khi gây ựột biến và 1/3 giống ựược sử dụng một cách gián tiếp như là vật liệu trong các phép lai (FAO/IAEA Mutant Varieties Database) [67]
Trường đại học Nông Nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ. 19 Theo các kết quả công bố thì các tác nhân gây ựột biến ựược dùng chủ yếu là chiếu xạ và hoá chất, trong ựó chiếu xạ chiếm ựến 88,8%, còn các tác nhân hoá chất chỉ chiếm 9,5%; ngoài ra các tác nhân khác chiếm 1,7% tổng số các giống ựột biến. Việc ứng dụng kỹ thuật hạt nhân ựể cải tiến cây trồng ựã mang lại hiệu quả cực kỳ to lớn về mặt kinh tế. Ước tắnh các nước ựã thu ựược hàng tỷ ựô la từ hàng triệu hecta gieo trồng những giống cây ựược tạo ra từ ựột biến (FAO/IAEA mutant varieties database, 2010) [67].
Thành công to lớn của phương pháp chọn giống phóng xạ ựã ựạt ựược ở rất nhiều ựối tượng cây trồng như cây lương thực, cây công nghiệp, cây ăn quả, cây cảnh, cây rau, Ầ với những giống ựột biến ựiển hình có thể kể là: cỏ Bermuda, lê Nhật Bản, giống lứa nửa lùn Remei Nhật Bản, khoai lang, khoai tây, hoa cúc, hoa hồng với màu sắc khác nhau và hình dạng cánh hoa ựa dạng.Những ựặc tắnh ựược cải tiến sau khi gây ra ựột biến như rút ngắn chiều cao cây; chắn sớm; tăng cường chống chịu sâu bệnh, thắch ứng với ựiều kiện bất lợi của môi trường; ựa dạng màu sắc và kiểu hình ở hoa và cây cảnh.
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 1966 1971 1976 1981 1986 1991 2001 2006 2009
TẠO GIỐNG đỘT BIẾN TRÊN THẾ GIỚI
3100 giống ựột biến (IAEA/FAO,2009)
FAO/IAEA Mutant Varieties Database 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 1966 1971 1976 1981 1986 1991 2001 2006 2009
TẠO GIỐNG đỘT BIẾN TRÊN THẾ GIỚI
3100 giống ựột biến (IAEA/FAO,2009)
Trường đại học Nông Nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ. 20 Cùng với những phương pháp chọn tạo giống khác nhau, xử lý ựột biến phóng xạ ựã trở thành công cụ hữu hiệu trong chọn tạo giống cây trồng.
Thành tựu ựột biến tạo giống trên thế giới tập trung chủ yếu ở Châu Á, chiếm 86% giống mới tạo ra (FAO/IAEA, mutant varieties database, 2009) [67]. Theo số liệu thống kê của IAEA năm 2007, ựi ựầu trong việc ứng dụng các tác nhân ựột biến trong chọn giống cây trồng nông nghiệp là Trung Quốc (với 638 giống), thứ hai là Ấn độ (với 272 giống) và thứ 3 là Nhật Bản (với 233 giống) (H. Nakagawa, 2008, 2009) [38] [39].
Tại Trung Quốc, việc ứng dụng kỹ thuật hạt nhân trong công tác chọn giống cây trồng nông nghiệp ựược bắt ựầu từ cuối những năm 1950, trong ựó tập trung chủ yếu vào cây lúa. Từ nửa cuối thập kỷ 50 ựến nửa ựầu thập kỷ 60 của thế kỷ XX, một số lượng lớn các dòng, giống ựột biến ựã ựược tạo ra nhằm phục vụ sự phát triển trong cuộc Cách Mạng Xanh. Tuy nhiên công việc nghiên cứu vẫn chưa thu ựược thành tựu ựáng kể nào cho ựến giữa những năm 1970 khi giống ựột biến Yuanfengzao ựược công nhận và ựược trồng trên 1,5 triệu ha mỗi năm trong những năm sau 1970. Ngay sau ựó giống lúa ựột biến Zhefu 802 ựã ựược tạo ra và ựã trở thành giống lúa ựược trồng với diện tắch lớn nhất trên thế giới (trên 10,5 triệu ha) và ựược sử dụng rộng rãi trong sản xuất trong thời gian khá dài gần 10 năm từ năm 1987 ựến năm 1994. Tiếp theo thành công ựó, một giống lúa ựột biến mới Yangdao 6 (ựược công nhận năm 1997) có năng suất cao và chất lượng hạt rất tốt ựã tạo nên một thời ựại hoàng kim mới của giống lúa Trung Quốc. Yangdao 6 còn ựược sử dụng làm bố của giống siêu lúa lai Liangyoupeijiu (PaiỖai 64s x Yangdao 6, ựã ựược công nhận năm 2001). Năm 2002, Yangdao 6 và Liangyoupeijiu ựã ựược trồng rộng rãi trên 3,5 triệu ha (Chen và cộng sự, 2006) [27]
Theo các số liệu ựã ựược công bố, trong thời gian từ năm 1966 ựến 2004 ở Trung Quốc có tổng số 78 giống lúa ựột biến ựược tạo thành bằng con ựường ựột biến. Trong 78 giống này có hơn một nửa ựược phát triển trực tiếp
Trường đại học Nông Nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ. 21 từ các dòng ựột biến triển vọng, trong ựó có trên 50% các giống ựược tạo ra bằng xử lý tia gamma. Hầu hết các giống lúa ựột biến ựược thu nhận ở các tỉnh Chiết Giang (23 giống), Hồ Nam (15 giống), Giang Tô (12 giống) (Chen và cộng sự) [27].
Thành công của việc ứng dụng ựột biến thực nghiệm trong chọn giống tại Trung Quốc không chỉ giới hạn ở lúa mà còn ở nhiều ựối tượng cây trồng khác nhau trong ựó có thể kể ựến ựã có 29 giống lạc, 56 giống ựậu tương, 8 giống bông, 35 giống hoa hồng, Ầ ựột biến ựã ựược tạo ra tắnh ựến năm 2004 (Chen và cộng sự, 2006) [27]
Cùng với Trung Quốc, Nhật Bản là cũng là nước ựi tiên phong về bức xạ tạo giống và có ảnh hưởng lớn nhất ựến thành tựu chung của Châu Á về công nghệ và ựào tạo. Theo số liệu thống kê của IAEA ựến năm 2008, tổng số các giống ựột biến của Nhật Bản lên tới 242 giống với 61 loại giống cây trồng khác nhau. Trong số ựó có tới trên 61% các giống ựược tạo ra nhờ ựột biến cảm ứng xử lý bằng tia gamma. Trong số các giống ựó có 50 giống lạc, 31 giống lúa, 16 giống ựậu tương, 10 giống hoa hồng,Ầ. (H. Nakagawa, 2009) [39]
Giống lúa ựột biến ựầu tiên là giống lúa nửa lùn Reimei, ựược tạo ra nhờ xử lý tia gamma trên giống lúa Fujiminori, với ựột biến ở locus sd-1 ựã làm cho Reimei rút ngắn chiều cao của Reimei 15cm so với giống gốc, với thành công này, các nhà khoa học Nhật Bản ựã tạo ra một cuộc cách mạng về kiểu cây ở lúa. Không chỉ vậy, giống lúa nửa lùn này còn có khả năng cho năng suất, và ựạt năng suất cao kỷ lục của Nhật Bản năm 1967 (H., Nakagawa, 2008, 2009) [38], [39].
Ngoài việc sử dụng trực tiếp các ựột biến trên các giống cây trồng ựể tạo ra các giống cây trồng mới, các dòng giống ựột biến còn ựược sử dụng như những nguồn vật liệu khởi ựầu cho công tác chọn tạo giống khi kết hợp giữa gây tạo ựột biến với phương pháp lai. Bằng phương pháp này, các tác giả Nhật bản ựã tạo ra tổng số 228 giống không ựược phát triển trực tiếp từ các ựột biến.
Trường đại học Nông Nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ. 22 Trong ựó có 198 giống lúa, 9 giống ựậu tương, 7 giống lúa mạch, 3 giống lúa mì, 3 giống cà chua và nhiều giống cây trồng khác (H. Nakagawa, 2009) [39].
Các kỹ thuật ựột biến cảm ứng cũng ựã ựược ứng dụng thành công ựể cải tiến giống lúa mì cứng ở Bulgaria từ ựầu những năm 1980. Tắnh ựến năm 2006 có tổng số 5 giống lúa mì ựột biến ựược phát triển làm tăng năng suất, khả năng chống chịu của lúa mì tại Bulgaria. điển hình có thể kể ựến là giống Gergana. đây là giống lúa mì cứng ựột biến ựược tạo thành ựầu tiên tại Bulgaria, có nguồn gốc từ phép lai giữa giống lúa mì cứng No.788 với dòng ựột biến M-5574/109. Các hạt lai ở thế hệ F2 của phép lai trên ựược tiến hành xử lý ựột biến bằng tia gamma ở liều lượng 10 Krad và chọn lọc qua các thế hệ tiếp theo. Gergana có chiều cao cây từ 90 Ờ 100cm, khả năng kháng lodging tốt, kắch thước hạt lớn với khối lượng 1000 hạt ựạt từ 55 Ờ 58g, hàm lượng prôtêin trong hạt cao từ 14 Ờ 16%, sản lượng ựạt 6 Ờ 7 tấn/ha. Năm 1992, giống ỘProgessỢ ựược tạo thành từ phép lai giữa hai dòng ựột biến là M1193/238 x M5574/109, với chiều cao cây thấp chỉ từ 85 Ờ 95cm, kắch thước hạt rất lớn, khối lượng 1000 hạt ựạt 58 Ờ 61g(A.A. Yanev, 2006) [21].
Tắnh ựến năm 2010, tại Bulgaria ựã có trên 76 giống ựột biến ựã ựược tạo ra bao gồm lúa mạch (5 giống), lúa mì (5 giống), lúa mì cứng (9), ngô (26 giống), hướng dương (3), ựậu tương (6 giống), cà chua (6 giống) (Tomlekova. N.B, 2010) [59].
Tại Brazil, việc ựẩy mạnh công tác chọn giống ựột biến ựược bắt ựầu từ năm 1974. Hai giống lúa mì mới Centauro và Bajio Plus ựược phát triển từ giống các hạt của giống Salamanca ựược xử lý bằng tia gamma 500Gy, các giống này có năng suất cao và kháng bệnh lodging. Hai giống ựậu tương Hector và Esperanza ựược phát triển từ việc xử lý hạt của giống Suaqui 86 bằng tia gamma ở liều lượng 150Gy, các giống này ựều có năng suất cao hơn so với giống gốc ựồng thời có khả năng chống chịu khô hạn, kháng ựược bệnh lodging và white fly. Salcer là một giống ựậu tương khác ựược tạo ra thông qua việc xử lý phóng xạ trên hạt của dòng ISAEGBM2 ở liều lượng 200Gy,
Trường đại học Nông Nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ. 23 nó ựã cải tiến ựược các tắnh trạng quan trọng như năng suất cao hơn và làm tăng cao số quả trên cây, ựặc biệt là số quả trên mắt ựốt ựầu tiên (Tulmann Neto và cộng sự, 2011) [61].
Giống lúa SCS114 Andosan ựược các nhà chọn giống Brazil chọn lọc qua các thế hệ phân ly (ựến M6) của giống IR841 sau khi xử lý bằng tia gamma lên hạt ở liều lượng 150 Gy. SCS114 Andosan có năng suất tăng 7,4 Ờ 9,6% so với giống gốc (IR841), hàm lượng amylase (28%) cao hơn so 9% với IR841 (19%), ựồng thời có khả năng chống chịu tốt với kim loại nặng và bệnh bạc lá (Ishiy T., và cộng sự, 2006) [41].
Trong các cây công nghiệp thì cây họ ựậu là ựối tượng quan trọng có nhiều nghiên cứu thành công với kỹ thuật chọn giống phóng xạ.
Ở Ấn độ, tác giả Kerketta V., Haque M.F, bằng xử lý phóng xạ lên hạt ựậu tương Birsa 1 có vỏ hạt màu ựen ựã thu ựược những dòng ựột biến có vỏ hạt màu nâu, trắng hoặc vàng sẫm, cho năng suất cao hơn giống gốc. Năm 1965, Tedoradze X.G ựã sử dụng tia gamma liều lượng 17K xử lý hạt giống ựậu tương, chọn lọc qua nhiều thế hệ và thu ựược giống ựậu tương chắn sớm, chống chịu lạnh và năng suất vượt giống gốc 6,7 tạ/ha (Kharkwal và Shu, 2009) [50].
Từ năm 1989 ựến năm 2009, ựột biến thực nghiêm ựã ựược sử dụng như một phương pháp chọn giống nhằm nâng cao sự ựa dạng di truyền của ựậu tương ở Bulgaria, trong ựó chủ yếu tập trung vào các tác nhân vật lý là tia gamma nguồn 60Co hoặc 137Cs. Bảy giống ựậu tương ựã ựược chọn tạo, trong ựó các giống Bisser, Zarya, Boryana và Zvezda do Viện di truyền Sofia chọn tạo, các giống ựột biến khác do các nhà khoa học ở trung tâm thắ nghiệm ựậu tương Pleven, Bulgaria chọn tạo. Mới ựây nhất, giống ựậu tương ựột biến Rosa ựã ựược thử nghiệm vào công nhận năm 2009. Rosa ựược tạo ra bằng việc xử lý hạt của giống Hodson bằng tia gamma ở liều lượng 80 Gy. Giống này có khả năng kháng các bệnh vi khuẩn và nấm mốc sương ựồng thời còn
Trường đại học Nông Nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ. 24 có năng suất cao, ổn ựịnh trong cả ựiều kiện môi trường bất thuận và không bất thuận (Todorava, 2010) [58]. Mira 96 ựược tạo ra thông qua việc xử lý tia gamma (50 Gy) và ựược công nhận năm 2001 (Aleksieva và cộng sự, 2005) [23]. Srebrina ựược phát triển thông qua việc lai dòng ựột biến LN2 (ựược tạo ra từ việc xử lý giống Asgrow 2440 bằng tia gamma nguồn Co60/25 Gy) với giống ựột biến Zarya. Srebrina ựã ựược công nhận giống năm 2004 (Aleksieva và cộng sự, 2005) [23]. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Ở Thái Lan, công tác chọn giống ựột biến ựược tiến hành chủ yếu trên cây họ ựậu. Với sự hỗ trợ của IAEA ba chương trình chọn giống ựậu tương ựột biến ựã ựược tiến hành.
Thứ nhất là:Chọn giống ựậu tương ựột biến kháng với virus gây bệnh xoăn lá ựậu tương: ựây là bệnh chủ yếu trên ựậu tương ở Thái Lan và do virus gây ra với tác nhâ truyền bệnh chắnh là bọ phấn trắng. Hạt của một dòng ựậu tương linecm9238-54-1(ST) ựược xử lý bằng tia gamma với liều lượng 200Gy. Tiến hành chọn lọc phả hệ dưới ựiều kiện tự nhiên trên ựồng ruộng kết hợp với ựánh giá trong phòng thắ nghiệm các nhà khoa học Thái Lan ựã chọn lọc ựược và 6 dòng ựột biến kháng với virus gây bệnh xoăn lá ựậu tương (Srisombun và cộng sự, 2009) [56].
Thứ hai là: Chọn giống ựậu tương ựột biến có hàm lượng protein trong hạt cao: Hạt của ba giống ựậu tương Chang Mai 60, SSRSN 19-35-4 và EHP275 ựược xử lý bằng tia gamma với liều lượng 200Gy. Các thế hệ sau ựược chọn lọc bằng phương pháp phả hệ với 32 dòng ựột biến ựã ựược chọn lọc. Kết quả cho thấy các dòng ựột biến có hàm lượng protein có hàm lượng protein cao hơn 0,8, 2,0, 1,0% so với giống gốc (Srisombun et al., 2009; Yathaputanon et al., 2009) [56], [63].
Thứ ba là: Chọn giống ựậu tương ựột biến với tỷ lệ nảy mầm cao và sức nảy mầm tốt: Chang Mai 60 là giống ựậu tương có năng suất cao, tuy nhiên tỷ lệ nảy mầm và sức nảy mầm lại kém. Người ta tiến hành xử lý hạt
Trường đại học Nông Nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ. 25 của giống Chang Mai 60 bằng tia gamma/ 100Gy. Tiến hành chọn lọc phả hệ với các thế hệ sau. Kết quả thử nghiệm trong ựiều kiện khô hạn, 8 dòng ựột biến có tỷ lệ nảy mầm ựạt 65 Ờ 75% cao hơn so với dạng bố mẹ (30%). Trong mùa mưa, 12 dòng ựột biến có tỷ lệ nảy mầm ựạt 75-89% trong khi ựó dạng bố mẹ chỉ ựạt 41% (Srisombun và cộng sự, 2009) [56].
2.3.3.2. Những nghiên cứu về chọn giống ựột biến phóng xạ ở Việt Nam
Ở Việt Nam, lĩnh vực chọn giống nhờ ứng dụng kỹ thuật ựột biến phóng xạ ựã ựược cố giáo sư Lương đình Của khởi xướng từ những năm 1960. Nhưng mãi ựến năm 1980, hướng nghiên cứu này mới ựược phát triển một cách tương ựối có hệ thống và ựịnh hướng do cố tiến sỹ Phan Khải và cộng sự tiến hành. Sau ựó, một loạt nghiên cứu của các tác giả như: Trần Duy Quý, Nguyễn Hữu đống, Trần đình Long, Nguyễn Minh Công, Mai Quang Vinh, Trần Tú Ngà, Trần Minh Nam, Bùi Huy Thuỷ, Lâm Quang Dụ, Nguyễn Văn Bắch, Nguyễn Quang Xu, Lê Văn Nhạ, Nguyễn Văn Ro, đỗ Hữu Ất, Lê Xuân Tân, đào Thanh Bằng, Ầ trên nhiều ựối tượng cây trồng khác nhau như: lúa, ngô, ựậu, lạc, táo, cà chua, hoa cúc,.. ựã tạo ra nhiều dòng ựột biến có giá trị, ựược chọn lọc và phát triển trực tiếp thành các giống quốc gia hoặc các dòng có triển vọng phục vụ cho công tác lai tạo giống mới.
Ở Việt Nam, ựã có khoảng 50 giống ựột biến (lúa, ựậu tương, hoa) ựã tạo ra và ựưa vào sản xuất (FAO/IAEA Mutant Varieties Database 2010) [67]. Trong tiến hành nghiên cứu bức xạ gây ựột biến tạo giống cây trồng, Việt nam ựã ựược IAEA xếp thứ 8. Ngoài việc khảo sát các dòng nhập nội, các nhà nghiên cứu Việt Nam ựã có nhiều thành công trong việc ựóng góp vào kho tàng lý luận về lý thuyết ựột biến cũng như ựạt ựược nhiều kết quả thực tiễn.
Thành công ựầu tiên của công tác tạo chọn giống bằng ứng dụng tia