Phần 2 Tổng quan tài liệu
2.4. Nghiên cứu chọn tạo giống lúa thông qua đột biến trên thế giới
2.4.3. Liều lượng xử lý đột biến
Theo KD Sharm (1985) nghiên cứu cho thấy liều lượng gây chết 50% ký hiệu là LD50 (lethal dose 50%) của lúa là 24 – 40 kR, trung bình là 32,5 kR. Các tác giả khác như: Wang 1961, Simon 1963, Hedenson 1963 đều thu được kết quả nghiên cứu tương tự (Nguyễn Thị Như Ý, 2012).
Jo & Kim (2019) khi nghiên cứu về tần suất và phổ đột biến cho thấy các chỉ số này bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như: loại bức xạ, liều bức xạ và tình trạng
28
mơ thực vật. Hơn nữa, việc giải trình tự bộ gen của các cá thể đột biến cho phép định lượng tần số đột biến đối với các loại đột biến ADN.
Theo Naeem & cs. (2015) khi nghiên cứu về đa dạng di truyền thông qua đột biến bằng tia gamma với 3 liều lượng 10, 15 và 20 Krad trên 12 giống lúa. Kết quả cho thấy đột biến không ảnh hưởng đến chiều dài bông ở cả 3 liều lượng. Chiều cao cây, số hạt/bông, chiều dài bông, khối lượng 1000 hạt, khối lượng hạt/bơng chính, tỷ lệ đậu hạt đạt thấp nhất ở các giống Basmati-198, Basmati- Pak, Shaheen-2000, Super Basmati, Basmati-385, và Super Basmati khi xử lý ở liều lượng 20 Krad. Giống Basmati-370 có diện tích lá địng lớn nhất khi xử lý ở liều lượng 20 Krad. Hệ số di truyền biến động từ 72,0 – 97,7% ở các thế hệ chọn lọc. Tương quan chặt giữa khối lượng hạt/bơng chính với chiều dài bơng và diện tích lá địng. Số hạt/bơng chính tương quan với khối lượng hạt/bơng chính, chiều dài bơng, tỷ lệ đậu hạt, khối lượng 1000 hạt. Phân tích phả hệ cho thấy các giống có hệ số tương đồng từ 0,51 - 0,76 trước khi đột biến và từ 0,39 - 0,89 sau khi đột biến. Kết quả nghiên cứu cho thấy liều lượng 20 Krad có ảnh hưởng lớn nhất tới việc tạo biến dị cho chọn lọc.
Nghiên cứu về liều lượng gây chết của các giống lúa khi xử lý phóng xạ tia gamma đối với hai giống lúa chất lượng White Ponni và BPT5204 cho thấy tỷ lệ nảy mầm và độ hữu dục của hạt phấn bị ảnh hưởng. Liều lượng gây chết LD50 của hai giống White Ponni và BPT 5204 tương ứng là 354,80 Gy và 288,40 Gy (Ramchander & cs., 2015).
Nghiên cứu ảnh hưởng của tia gamma và hóa chất EMS đơn lẻ và kết hợp đến đột biến diệp lục ở 2 giống lúa thơm Pusa Basmati 1 và Kalanamak cho thấy ở thế hệ M1, giống Pusa Basmati 1 xuất hiện tối đa 60% ở liều lượng 50 kR+ 0,2% EMS, trong khi đó đối với giống Kalanamak đạt tối đa 80% ở liều lượng 40 kR. Tần xuất xuất hiện đột biến diệp lục đạt cao nhất 1,5% ở 50 kR + 0,2% EMS đối với giống Pusa Basmati 1 và 2,3% ở 40 kR đối với giống Kalanamak. Ở thế hệ M2, tần xuất xuất hiện đột biến diệp lục của 2 giống là như nhau. Khi đánh giá ảnh hưởng riêng rẽ từng nhân tố gây đột biến thấy LD50 đối với cả hai giống là 10 kR, và 0,4% EMS đối với giống Pusa Basmati 1 ở 0,4% EMS và 0,3% EMS đối với giống Kalanamak (Sanjeev & cs., 2015).
Theo Rani & cs. (2016), để bắt đầu một chương trình chọn giống đột biến, việc đầu tiên phải xác định liều lượng chiếu xạ hiệu quả. Tác giả đã sử dụng 1 giống lúa địa phương (Ashfal) và một giống cải tiến (Binadhan-14) để chiếu xạ.
29
Kết quả cho thấy tỷ lệ nảy mầm, chiều cao cây, tỷ lệ sống sót của các giống giảm dần khi tăng liều lượng cả trong chiếu xạ gamma và tia X. Đối với giống Ashfal, LD50 và LD30 là 241Gy và 153 Gy trong trường hợp chiếu tia gamma và 215Gy và 118Gy trong trường hợp chiếu tia X. Đối với giống Binadhan-14, các giá trị này là 353Gy và 254Gy khi chiếu tia gamma và 346Gy và 242Gy khi chiếu tia X. Trên các giống thử nghiệm, LD50 và LD30 khi chiếu xạ tia gamma cao hơn so với tia X, điều này có nghĩa là liều chiếu xạ tia X thấp hơn so với tia gamma.
Rajarajan & cs. (2016), sử dụng giống lúa ADT47 để xử lý đột biến và xác định liều lượng gây chết. Hạt giống ADT47 được xử lý với các liều khác nhau: 150Gy, 200Gy, 250Gy, 300Gy và 350Gy. Các giá trị LD50 được tính dựa trên sự sinh trưởng của mạ sau khi xử lý. LD50 trong điều kiện in vitro và in vivo tương ứng là 229Gy và 235Gy. Khi tăng liều lượng chiếu xạ làm giảm tỷ lệ nảy mầm, độ dài rễ, chiều dài mầm, chiều cao cây trong điều kiện in vitro so với đối chứng ở thế hệ M1. Tỷ lệ nảy mầm trong điều kiện in vivo cao hơn so với trong điều
kiện in vitro khi xử lý cùng liều lượng phóng xạ.
Boceng & cs. (2016) sử dụng phương pháp đột biến phóng xạ để cải tạo giống lúa địa phương (Ase Banda) theo hướng rút ngắn thời gian sinh trưởng, năng suất cao với hai liều lượng 200Gy và 300Gy. Kết quả của nghiên cứu cho thấy giống mới tạo ra có chiều cao cây thấp hơn, thời gian sinh trưởng ngắn hơn giống đối chứng.
Nay & cs. (2016) sử dụng đột biến phóng xạ nhằm mục đích làm mất tính cảm quan của giống lúa Ayarmin (được trồng phổ biến ở Myanmar). Tác giả sử dụng liều lượng phóng xạ từ 0Gy đến 400Gy với khoảng cách 50Gy. Ở thế hệ M2, đã chọn được 24 cá thể không phản ứng ánh sáng trong đó có 09 cá thể ở liều lượng 200Gy, 03 cá thể ở liều lượng 250Gy, 04 cá thể ở liều lượng 300Gy, 04 cá thể ở liều lượng 350Gy và 04 cá thể ở liều lượng 400Gy. Trong số 24 cá thể trên có 17 cá thể có năng suất cao và chất lượng tốt là 200A, 200E, 200F, 200G, 200H và 200J (tại liều lượng 200 Gy); 250A, 250D và 250E (tại liều lượng 250 Gy); 300B và 300D (tại liều lượng 300 Gy); 350B, 350D và 350F (tại liều lượng 350 Gy); 400B, 400C và 400D (tại liều lượng 400 Gy).
Yasmine & cs. (2019) khi nghiên cứu ảnh hưởng của chiếu xạ tia gamma tới 3 giống lúa Binadhan-8, NMR-152 và Pongsuseribu-2 ở giai đoạn cây lúa được 14 ngày tuổi. Kết quả đánh giá ở các giai đoạn 7, 14, 28, 60 ngày sau xử lý cho thấy chiếu xạ đã ảnh hưởng tới chiều cao cây, số nhánh và số hạt trên bông
30
của các giống. Hai liều lượng 67Gy và 162 Gy có hiệu quả đột biến cao nhất về chiều cao cây, số nhánh tối đa và số hạt trên bông.
Saweho & cs. (2019) tiến hành chọn lọc ở quần thể phân ly thế hệ quần M4 thông qua xử lý tia gamma liều lượng 200 Gy giống lúa địa phương “mentik susu”. Kết quả đánh giá cho thấy có sự khác biệt về chiều cao cây, thời gian sinh trưởng, số nhánh hữu hiệu, khối lượng 1000 hạt và năng suất cá thể giữa xử lý 200 Gy và không xử lý (đối chứng). Từ 39 cá thể M3 đã lựa chọn được 25 cá thể ở M4 có nhiều đặc điểm nơng sinh học tốt, thời gian sinh trưởng ngắn, thấp cây. Refaee & cs. (2017) tiến hành xử lý đột biến tia gamma trên giống lúa Ai Cập Sakha101 với 4 liều lượng lần lượt là 100, 200, 300 và 400 Gy. Kết quả đánh giá cho thấy thế hệ M1, thời gian sinh trưởng biến động lớn nhất ở liều lượng 400 Gy. Chiều cao cây giảm khi tăng liều lượng chiếu xạ ở cả thế hệ M1 và M2. Số bơng/khóm giảm ở liều liều lượng 100 và 200 Gy, tăng ở liều lượng 300 và 400 Gy ở cả thế hệ M1 và M2. Tất cả các liều lượng xử lý đều làm tăng tỷ lệ hạt lép và khối lượng 1000 hạt ở thế hệ M1 và M2. Đối với năng suất cá thể
giảm khi tăng liều lượng từ 100 – 300 Gy nhưng tăng ở liều lượng 400 Gy (thế hệ M2).
Sofian & cs. (2019) đã tiến hành đánh giá đa dạng di truyền, hệ số di truyền và tiến bộ di truyền ở thế hệ M6 khi xử lý đột biến phóng xạ giống lúa cẩm địa phương. Kết quả đánh giá cho thấy có sự đa dạng về chiều cao cây, số nhánh tối đa, số nhánh hữu hiệu, chiều dài bông, số hạt/bông, khối lượng bông, khối lượng 1000 hạt, năng suất cá thể, thời gian nở hoa, thời gian sinh trưởng, màu hạt gạo và hàm lượng anthocyanin. Trong nghiên cứu này, giá trị phương sai kiểu hình tương quan với phương sai kiểu gen ở tất cả các tính trạng nhưng tương quan chặt đối với tính trạng chiều cao cây, thời gian nở hoa, thời gian sinh trưởng, màu hạt gạo, hàm lượng anthocyanin. Hệ số di truyền cao ở các tính trạng chiều cao cây, thời gian nở hoa, thời gian sinh trưởng, màu hạt gạo, hàm lượng anthocyanin.
Purwanto & cs. (2019) đã sử dụng phương pháp chọn giống đột biến phóng xạ để cải tiến chiều cao cây, thời gian sinh trưởng của giống lúa cẩm. Tác giả sử dụng 3 liều lượng 100 Gy, 200 Gy và 300 Gy trên 3 giống lúa Cempo Ireng, Cempo Melik và Melik. Kết quả cho thấy đối với giống Melik có hiệu quả chọn
31
lọc cao nhất, đã chọn được các cá thể có chiều cao cây thấp hơn, số nhánh cao hơn, thời gian sinh trưởng ngắn hơn giống đối chứng (không xử lý).
Wijesena & cs. (2019) cho biết việc chọn tạo giống lúa thơng qua đột biến cịn rất hạn chế ở Sri Lanka. Tác giả sử dụng 200 hạt của 3 giống lúa (Bg 94–1, Bg 1165–6, Suwandal) để xử lý phóng xạ tia gamma Co60 với 3 liều lượng (200, 300 và 400 Gy) trên hạt nảy mầm. Kết quả đánh giá cho thấy khi tăng liều lượng tỷ lệ nảy mầm, sức sống, chiều cao cây mạ, chiều dài rễ đều giảm. Hiệu quả đột biến tối ưu ở liều lượng từ 200 – 300 Gy.
Áp lực chọn lọc cao ứng dụng trong chọn tạo giống lúa đã gây ra việc hạn chế sự đa dạng di truyền. Việc tạo ra các giống lúa mới đòi hỏi các nhà tạo giống tăng mức độ đa dạng di truyền của nguồn vật liệu. Hiểu biết về đột biến và ứng dụng nó là hướng đi tiến bộ trong xác định cơ sở di truyền, sinh lý, sinh hóa của các tính trạng ở cây lúa. Việc gia tăng biến dị thông qua đột biến là công cụ quan trọng trong cải tiến giống lúa (Viana & cs., 2019).
Akilan & cs. (2019) đã nghiên cứu ảnh hưởng của đột biến đến hạt phấn và mức độ đậu hạt của lúa. Các tác giả đã sử dụng tác nhân vật lý (tia gamma), tác nhân hóa học (EMS) và kết hợp 2 tác nhân trên. Kết quả nghiên cứu cho thấy đối với tia gamma, tỷ lệ hạt phấn hữu dục giảm từ 16,67% (100Gy) đến 26,62% (300 Gy); đối với hóa chất EMS, tỷ lệ hạt phấn hữu dục giảm từ 13,57% (10 mM) đến 24,16% (30 mM) và đối với tác nhân kết hợp (tia gamma + EMS) giảm từ 20,62% (100 Gy + 30 mM) đến 31,43% (300Gy + 30 mM). Tỷ lệ đậu hạt cũng có quy luật tương tự. Xuất hiện tương quan giữa tỷ lệ hạt phấn hữu dục và tỷ lệ đậu hạt ở tất cả công thức xử lý. Kết quả xác định liều lượng 300 Gy và 173 Gy + 30 mM là tối ưu cho gây tạo đột biến ở lúa.
Jia & cs. (2019) sử dụng quần thể giống lúa đột biến Katy (giống lúa
japonica nhiệt đới được trồng phổ biến ở Mỹ để nghiên cứu về gen chức năng và
chọn giống. Tác giả dùng 7500 hạt xử lý đột biến hóa học EMS với 3 liều lượng 0,4%, 0,8%, 1,2% và phóng xạ Co60 liều lượng 200 Gy, đồng thời dùng 1000 hạt để xử lý tia nơtron nhanh (fast neutron - FN) với 3 liều lượng 7,7 Gy, 26,3 Gy, và 49,4 Gy. Hiệu quả đột biến được đánh giá ở thế hệ M2 thông qua sự thiếu hụt sinh tổng hợp hàm lượng diệp lục. Hiệu quả đạt 1,04% đối với 0,4% EMS; đạt 5,04% đối với 0,8% và 1,2% EMS; đạt 2,9% đối với 26,3 Gy FN; đạt 3,2% đối với 49,4 Gy FN; và đạt 5,04% đối 60Co 200 Gy. Ở thế hệ M4, sử dụng phương
32
pháp chọn lọc cá thể đã xác định được 189 dòng khác nhau ở 9 chỉ thị SNP và 96 dịng khác nhau về kiểu hình.
Kumar & cs. (2018) sử dụng hai giống lúa thơm địa phương là Dubraj và Jawaphool để xử lý đột biến nhằm cải tiến tính trạng cây cao và thời gian sinh trưởng dài với liều tia γ 250 và 300Gy. Kết quả cho thấy liều lượng bức xạ 300 Gy có hiệu quả cao đối với 2 tính trạng trên. Tần suất xuất hiện đột biến ở giống Dubraj cao hơn so với giống Jawaphool. Ở thế hệ M2, có 23 dạng đột biến trong đó 18 dạng thuộc giống Dubraj và 5 dạng từ giống Jawaphool. Các đột biến từ giống Dubraj có 11 dạng bán lùn và chín muộn; 07 thấp cây, chín sớm, đẻ nhánh nhiều và năng suất cao); 02 dạng lá rộng; 1 dạng lá lướt; 01 dạng bất dục đực tế bào chất và 01 dạng hạt xếp sít. Các dạng đột biến ở giống Jawaphool là 04 dạng bán lùn và chín muộn, 01 dạng hạt xếp sít, gạo có màu đỏ. Ở giống Dubraj, chiều cao cây giảm 42-50% so với giống gốc.
Rachmawati & cs. (2019) đã sử dụng phương pháp xử lý phóng xạ để cải tiến chiều cao cây và thời gian sinh trưởng dài giống lúa địa phương Mentik Susu. Liều lượng chiếu xạ tối ưu để thu được các biến dị ở thế hệ M3 là 200 Gy. Kết quả, dịng được cải tiến có chiều cao cây 92,10 cm, thời gian sinh trưởng 88 ngày và bông dài 26,3 cm.
Tại Indonesia, các giống lúa đỏ địa phương (Celak Madu, Ruten Puren) có chất lượng cao. Tuy nhiên giống này có nhược điểm thời gian sinh trưởng dài, chống đổ kém và không chịu hạn. Mustikarini & cs. (2016) đã sử dụng phương pháp đột biến phóng xạ nhằm cải tiến những tính trạng trên. Các tác giả chiếu xạ với liều lượng tia gamma là 150, 200 và 250 Gy. Kết quả cho thấy, liều chiếu xạ 150 và 200 Gy có hiệu quả nhất và dịng lúa M6-GR150-1-9-13 có thời gian sinh trưởng ngắn hơn giống gốc 20 ngày, chịu hạn tốt và cho năng suất cao.
Efendi & cs. (2019) sử dụng liều lượng 200, 250, 300, 350 và 400 Gy nhằm cải tiến giống lúa địa phương Sigupai Aceh với mục đích tạo ra giống có năng suất cao > 7 tấn/ha, thích nghi với biến đổi khí hậu (chịu hạn và nóng); thời gian sinh trưởng ngắn (100-110 ngày), đẻ nhánh khỏe, bông to, chống chịu sâu bệnh và chất lượng cao. Kết quả xác định được liều lượng 250 Gy cho hiệu quả cao nhất; chọn tạo được dịng có cây thấp, năng suất đạt 7,57 tấn/ha (giống gốc là 5,73 tấn/ha).
33