Phần 2 Tổng quan tài liệu
2.4. Nghiên cứu chọn tạo giống lúa thông qua đột biến trên thế giới
2.4.1. Tình hình nghiên cứu chung
Theo Ramazan & Mustafa (2017) trong chọn giống cây trồng, một trong những phương pháp cổ điển nhất là chọn giống đột biến. Hiện tại, chọn giống đột biến đã trở thành phổ biến, được các nhà khoa học sử dụng trong công nghệ sinh học thực vật và giảm bớt các hạn chế so với các phương pháp khác như lai, chuyển gen. Tác nhân vật lý (tia X, ánh sáng UV, bức xạ nơtron, alpha (), gamma (), đặc biệt là tia gamma) được sử dụng rộng rãi hơn so với tác nhân hóa học (Ethyl methanesulfonate -EMS). Tuy nhiên, trong các tác nhân vật lý, tia gamma được sử dụng nhiều hơn cả.
Theo IAEA (2019) các tác nhân được ứng dụng để gây đột biến ở lúa chủ yếu là tác nhân vật lý (chiếm 91,6%), cịn lại là tác nhân hóa học ( chiếm 8,4%). Có nhiều tác nhân gây đột biến vật lý được sử dụng để gây đột biến ở lúa như: tia gamma, tia X, chùm neutron,… Trong đó, tia gamma là tác nhân được sử dụng nhiều nhất và có hiệu quả nhất.
22
Chương trình chọn giống nhờ đột biến trên toàn thế giới đã chọn tạo và phát triển 3250 giống cây trồng, trong đó đóng góp của các nước châu Á khoảng 63%, riêng Ấn Độ có 341 giống (gồm 75 giống cây lương thực, 85 giống cây họ đậu, 19 giống cây có dầu, 24 giống cây cơng nghiệp, 12 giống rau, 105 giống cây cảnh, và 20 giống cây trồng khác) (Sanjay, 2016). Đột biến phóng xạ đã tạo ra các giống cây trồng chống chịu điều kiện bất thuận sinh học, phi sinh học, có năng suất cao. Tuy nhiên, đột biến tạo ra các biến dị khơng định hướng như lai hữu tính nên xác suất thành công phụ thuộc vào tần suất xuất hiện đột biến và phương pháp chọn lọc (Ali & cs., 2016).
Theo cơ quan năng lượng nguyên tử quốc tế (IAEA), tính đến năm 2015, trên thế giới có 3222 giống cây trồng đột biến được đăng ký, thuộc 323 loại cây trồng khác nhau, trong đó có 815 giống lúa, gần 90% giống đột biến do phóng xạ, hơn 67% số giống thu được thông qua đột biến trực tiếp. Theo Nakagawa (2009) quốc gia đứng đầu trong việc tạo ra và phát triển các giống mới nhờ đột biến là Trung Quốc với 810 giống, tiếp theo là Nhật Bản (481 giống) và Ấn Độ (330 giống).
Số liệu thống kê giống cây trồng chọn tạo thông qua đột biến của FAO/IAEA là 3281 giống trong đó có 1600 giống được chọn tạo nhờ chiếu xạ tia gamma. Ở Nhật Bản, các giống chọn tạo thơng qua đột biến phóng xạ tia gamma chiếm khoảng 60% số giống cây trồng chọn tạo thông qua đột biến (Nakagawa & Kato, 2017).
Theo thống kê của IAEA, đến năm 2017 đã có 3246 giống cây trồng mới, thuộc hơn 200 lồi được tạo ra bằng phương pháp đột biến (http://mvd.iaea.org), trong đó: châu Á 1963 giống, châu Âu 955 giống, châu Mỹ 250 giống, châu Phi 68 giống và châu Đại Dương 10 giống. Đến 3/2019 đã có 3.275 giống đột biến được đăng ký (tăng 29 giống so với 2017), thuộc 225 lồi, trong đó, hơn 25% là giống lúa đột biến, với 823 giống được công bố ở 30 Quốc gia. Trung Quốc có nhiều giống lúa đột biến nhất với 35,6%, tiếp đến là Nhật Bản với 26,8%..., Việt Nam có 36 giống (4,3%) (Viana & cs., 2019). Tính đến 7/2021 thế giới có 3365 giống đột biến, trong đó có 853 lúa được đăng ký chính thức từ 76 Quốc gia và vùng lãnh thổ. Với 817 giống Trung Quốc đứng đầu thế giới về các giống đột biến, tiếp đến là Nhật Bản (479 giống), Ấn Độ (341 giống),… Việt Nam đứng thứ 11 với 58 giống chính thức được đăng ký. Xét riêng về các giống lúa đột biến, Trung Quốc vẫn đứng đầu với 296 giống, tiếp đến là Nhật Bản (220 giống),
23
Ấn Độ (60 giống), Việt Nam và Mỹ cùng xếp thứ 4 với 36 giống lúa đột biến (IAEA, 2021).
Bảng 2.2. Số giống lúa đột biến được đăng ký qua các năm của các nước Xếp hạng Tên nước Số giống Năm đăng ký (từ - đến….) Xếp hạng Tên nước Số giống Năm đăng ký (từ - đến….) 1 Trung Quốc 296 1957-2013 17 Pháp 5 1995-2015 2 Nhật 220 1966-2009 18 Brazin 4 1988-2014 3 Ấn độ 60 1967-2019 19 Iran 4 2004-2008
4 Việt Nam 36 1975- 2017 20 Nigeria 3 1980-1988
5 Mỹ 36 1978-2005 21 Irac 3 1994-1995
6 Indonesia 30 1988-2020 22 Hunggary 3 1972-1983
7 Guyana 26 1970-1987 23 Costa Rica 2 1994-1996
8 Cote Dlvoire 25 1976-1987 24 BurkinaFaso 2 1978-1979
9 Hàn Quốc 19 1970-2011 25 Malaysia 2 2015
10 Banglades 12 1987-2017 26 Senegan 2 1968
11 Pakistan 10 1970-2006 27 Đài Loan 2 1967,1973
12 Cuba 9 1976-1984 28 Sri Lanka 1 1971
13 Thái Lan 7 1977-2019 29 Ý 1 1973
14 Mali 7 1998 -2000 30 Bồ đào nha 1 1983
15 Nga 6 1982-1989 31 Romania 1 1992
16 Myanma 6 1975-2005 32 Philippin 1 2019
Tổng số 842
24
Bảng 2.3. Các giống lúa mới được đăng ký năm 2019, 2020
Năm đăng ký Tên giống Quốc gia/vùng lãnh thổ
Đặc điểm cải tiến Phương pháo chọn tạo
2019
TCDM1 Ấn Độ
Chín sớm, giảm chiều cao cây và tăng năng suất
Chiếu xạ liều 300Gy vào hạt giống Dubraj
Hom
Rangsi Thái Lan
Giảm chiều cao cây, mất cảm quang chu kỳ
Chiếu xạ neutron nhanh liều 20Gy vào hạt của giống KDML105
Rojolele Srinar
Indonesia
Chín sớm, giảm chiều cao cây, tăng năng suất và tăng khả năng kháng
bệnh
Chiếu xạ tia gamma và hạt của giống Rojolele
Rojolele
Srinuk Indonesia
Chín sớm, giảm chiều cao cây, tăng năng suất và khả năng kháng bệnh
Chiếu xạ tia gamma và hạt của giống Rojolele
Sahod Ulan 28 Philippin Chín sớm, tăng năng suất và khả năng chịu hạn, chống chịu sâu bệnh
Chiếu xạ liều 30Gy vào mô sẹo invitro của giống NSICRc9
2020
Sinar1 Ấn Độ
Tăng năng suất, tăng khả năng kháng bệnh và
mùi thơm đậm hơn
Chiếu xạ liều (100Gy) vào hạt của giống Sintanur từ năm 2010
Sinar 2 Ấn Độ
Tăng khả năng kháng bệnh và mùi thơm
Chiếu xạ liều (100Gy) vào hạt của giống Sintanur từ năm 2010 Lampai
SirADN ah
Indonesia
Giảm chiều cao cây, chín sớm và tăng khả năng kháng bệnh
Chiếu xạ liều 200Gy vào giống Lampai Kuniang
25
Bước đầu tiên trong chọn giống cây trồng là xác định các kiểu gen thích hợp có chứa các gen mục tiêu có thể có ở những giống đang trồng phổ biến hoặc tạo ra do đột biến. Trong tự nhiên, các dạng biến dị xuất hiện do lai hoặc đột biến được lựa chọn để cải tiến năng suất và chất lượng giống cây trồng. Tác nhân gây đột biến có thể sử dụng vật lý hoặc hóa học. Vật liệu xử lý có thể là hạt hoặc các bộ phận của cây trồng. Việc chọn lọc được thực hiện ngay từ thế hệ đầu tiên đến thế hệ tiếp theo khi đặc điểm về kiểu hình ổn định. Kết quả thu được cuối cùng là các dòng triển vọng để phát triển sản xuất hoặc làm vật liệu cho lai tạo. Các giống cây trồng mới được tạo ra bằng phương pháp đột biến được ứng dụng ở nhiều nước trên thế giới: lúa ở Việt Nam, Thái Lan, Trung Quốc và Hoa Kỳ; lúa mỳ ở Ý, Bulgaria và Trung Quốc; lúa mạch ở Peru và các quốc gia châu Âu; đậu nành ở Việt Nam và Trung Quốc; cây lương thực khác ở Pakistan và Ấn Độ (Yusuff & cs., 2016).
Tổng kết của Mohammad & cs. (2012), Viện Nghiên cứu hạt nhân Bangladesh (BINA) đã tạo được 59 giống cây trồng mới bằng đột biến trong đó có 9 giống lúa. Giống Iraton-24 và Iraton-38 được tạo ra năm 1974 do chiếu xạ tia gamma (Co60) vào hạt khô của giống IR8 ở liều xạ 300 Gy. Giống Binasal tạo ra năm 1978 do chiếu xạ tia gamma vào hạt khô của giống Nizersail ở liều xạ 250 Gy. Các giống Binadhan-4, Binadhan-5 và Binadhan-6 được tạo ra năm 1998 bằng cách chiếu xạ tia gamma vào hạt lai F2 của BR-4' với 'Iratom-24' (Binadhan-4) và 'Iratom-24' và 'Dular' (Binadhan-5 và Binadhan-6). Giống Binadhan-7 được tạo ra do chiếu xạ tia gamma vào hạt M3 của giống TNĐB (thu nhận từ Việt Nam), tiếp tục chọn lọc ở thế hệ M4 đến M7, được công nhận chính thức năm 2007. Giống Binadhan-9 được tạo ra do lai giữa dịng đột biến khơng có mùi thơm, hạt dài với dịng có mùi thơm, hạt ngắn được cơng nhận chính thức năm 2012. Theo tác giả, các giống này chủ yếu được cải tiến về các đặc điểm như: rút ngắn thời gian sinh trưởng, giảm chiều cao cây, tăng năng suất và chất lượng.
Gần đây, các nhà khoa học giải mã 1504 dòng đột biến ở lúa đã xác định được 91.513 đột biến ảnh hưởng đến 32.307 gen (58% của tất cả các gen lúa). Trung bình trên mỗi dịng thu được 61 đột biến. Các loại đột biến chủ yếu là: thay thế, xóa, chèn, đảo ngược, dịch chuyển và lặp. Trong đó, đột biết mất chức năng chiếm tỉ lệ khá cao (Guotian & cs., 2017).
26
Cheng & cs. (2014) đã giải mã toàn bộ gen của Red-1 (giống lúa mới được tạo ra do chiếu xạ vào hạt của giống 9311), cho thấy Red-1 có 9,19% trình tự gen thay đổi so với giống gốc, thuộc 14.493 gen, trong đó các gen liên quan đến các thành phần cấu tạo tế bào, chức năng liên kết, hoạt động xúc tác và các quá trình trao đổi chất dễ bị ảnh hưởng bởi bức xạ.
Tại Indonesia, để đáp ứng nhu cầu lương thực với sự gia tăng dân số hàng năm hơn 1,4% cần phải tăng năng suất lúa. Một trong những giải pháp có tính khả thi là chọn tạo giống lúa có năng suất cao và thời gian sinh trưởng ngắn. Nhóm nghiên cứu đã tiến hành lai hữu tính giữa hai lồi phụ indica - japonica (IR36 (indica)/Koshihikari (japonica). Kết quả thu được 12 dòng triển vọng tuy nhiên thời gian sinh trưởng dài. Sử dụng đột biến phóng xạ với liều lượng 200 Gy xử lý các dòng trên, chọn lọc và đã thu được dịng có thời gian sinh trưởng 93,7 đến 99,3 ngày, ngắn hơn đáng kể so với giống gốc (Sobrizal, 2020).
Nishimura (2013), đã chọn được các dịng có hàm lượng amylose thấp bằng việc sử dụng đột biến phóng xạ giống Norin 8 và tạo các dòng đẳng gen hàm lượng amylose thấp hơn 2% so với giống ban đầu khi xử lý giống Koshihikari.
Theo Hwang & cs. (2013), thông qua đột biến phóng xạ in vitro đã tạo ra dịng lúa T1001-1 có hàm lượng Vitamin E cao đồng thời xác định được trình tự gen OsVTE2 quyết định đến việc sinh tổng hợp Vitamin E ở giai đoạn sinh trưởng sinh dưỡng của cây lúa.
Để đáp ứng nhu cầu gạo chất lượng cao, Sobrizal (2013) đã tiến hành xử lý độ biến phóng xạ con lai F1 giữa giống Indica IR36 và giống japonica
Koshihikari, kết quả chọn được 10 dịng lúa có hàm lượng amylose biến động từ 13,4-20,8%, đồng thời chọn được RKI237-1 -17 thấp cây và xác định gen đột biến điều khiển thấp cây là gen lặn.
Theo Rusli & cs. (2013), sử dụng đột biến phóng xạ để làm giảm hàm lượng amylose của giống MR219 từ 22,5-23,7% xuống còn 18,0-18,6% và của giống MRQ74 có hàm lượng amylose 30,0% xuống còn 21,4-22,8%, các dịng này đều có năng suất cao và kháng bệnh đạo ôn.
Theo Barrida & cs. (2013), thông quan xử lý đột biến phóng xạ giống IR72 đã chọn được các dịng lúa có thời gian sinh trưởng ngắn hơn, thấp cây hơn, đẻ nhánh khỏe hơn và bông dài hơn.
27