2.9 Phương pháp gây đột biến cây trồng in vitro
2.9.5 Kết quả nghiên cứu về tạo đột biến in vitro bằng xử lý tia gamma trên thế giới và trong nước
Đến nay, trên thế giới cũng như trong nước, nhiều giống cây trồng quan trọng đã được tạo đột biến thành công bằng phương pháp chiếu xạ tia gamma như lúa, lúa mì, khoai tây, mía, khoai lang… (Bảng 2.2). Bên cạnh cây lương thực và thực phẩm quan trọng, việc tạo ra các giống cây hoa kiểng mới thông qua chiếu xạ cũng đã đƣợc ứng dụng phổ biến nhƣ trên cây hồng môn (Puchooa, 2005), cây hoa cúc (Datta và Chakrabarty, 2009), lan Dendrobium (Lê Văn Hòa et al., 2007), hoa cẩm chướng (Vũ Hoàng Hiệp và Nguyễn Thị Lý Anh, 2013)…
Bảng 2.2 cho thấy, vật liệu thường được sử dụng để gây đột biến là mô sẹo và mô sẹo phát sinh phôi bởi vì những vật liệu này có tính mẫn cảm hơn đối với tác nhân gây đột biến, khả năng tạo đột biến cao ở giai đoạn sớm của quá trình hình thành và phát triển cá thể (phôi non hoặc mô sẹo) (Dương Tấn Nhựt, 2009). Vật liệu là đỉnh chồi cũng đƣợc sử dụng nhƣ trên khoai tây (Das et al., 2000; Yaycili and Alikamanoglu, 2012) hay hạt trên cam quýt Ling et al.
(2008), đậu nành (Atak et al., 1999; Kumari et al., 2007).
Liều chiếu xạ tia gamma xử lý từ 10-80 Gy trên các vật liệu mô sẹo, mô sẹo phát sinh phôi nhƣ ở lúa, lúa mì, mía (Saleem et al., 2005; El-Sayed et al.
(2007); Patade et al. (2008); Khan et al. (2009); Nikam et al., 2014). Trên hạt như hạt đậu nành thì liều chiếu xạ được xử lý cao hơn, ở 20 và 25 kR (tương đương 200 và 250 Gy) (Kumari et al., 2007).
Bảng 2.2 Một số giống cây trồng đƣợc xử lý đột biến in vitro bằng chiếu xạ tia gamma trên thế giới
Giống Vật liệu Liều chiếu Kết quả Tài liệu
xạ
Lúa Mô sẹo 50 Gy Chống chịu mặn Saleem et al. (2005) phát sinh
phôi
Mô sẹo 2, 3, 4 và 5 Chống chịu hạn Lê Thị Bích Thủy et
kR al. (2007)
Lúa mì Mô sẹo 0, 40, 80 và Chống chịu mặn El-Sayed et al.
phát sinh 120 Gy (2007)
phôi
Khoai tây Đoạn thân 20 và 40 Gy Chống chịu nhiệt Das et al. (2000) chứa mắt
Đoạn thân 20 và 30 Gy Chống chịu mặn Yaycili and
chứa mắt Alikamanoglu (2012)
Citrus Hạt 0, 10, 20, 30, Biến đổi về mặt Ling et al. (2008)
sinensis 40 và 50 Gy sinh lý
Mía Mô sẹo Chống chịu mặn Patade et al. (2008)
phát sinh phôi
Mô sẹo 20 Gy Tăng chiều cao và Khan et al. (2009) sản lƣợng
Mô sẹo 30, 40 và 50 Chống chịu mặn Nikam et al. (2014) Gy
Khoai Đỉnh chồi 5 và 10 Gy Chồi biến dị Malamug et al.
môn (1994)
Khoai Phôi 80 Gy Chống chịu mặn He et al. (2009) lang
Đậu nành Hạt 20 và 25 kR Ảnh hưởng sự tạo Kumari et al. (2007) mô sẹo và tái sinh
cây
Một số nghiên cứu chiếu xạ tia gamma in vitro trên cây đậu nành
Ở điều kiện tự nhiên, trên thế giới cũng đã rất nhiều nghiên cứu xử lý tia gamma trên đậu nành để gây đột biến nhƣ Mohamed et al. (1988) đã báo cáo ảnh hưởng của chiếu xạ tia gamma lên sự sinh trưởng của cây, nốt sần, tình trạng dinh dƣỡng và sản lƣợng đậu nành. Kết quả cho thấy liều gamma thấp (5-40 Gy), đặc biệt là 20 Gy kích thích đáng kể sinh trưởng của cây, sự thành lập và phát triển nốt sần, cũng nhƣ sự thu nhận N và Mn tổng số của cây.
Moussa (2011) đã báo cáo rằng chiếu xạ tia gamma Co60 liều thấp có khả năng tăng cường tính chống chịu hạn của đậu nành. Saputro et al. (2018) đã cải thiện tính chống chịu úng của giống đậu nành địa phương bằng phương pháp chiếu xạ tia gamma và chọn lọc in vivo… Trong điều kiện in vitro, Atak et al.
(1999) đã tạo đột biến bằng cách chiếu xạ tia gamma hạt đậu nành.
Alikamanoglu (2002) đã nghiên cứu ảnh hưởng của chiếu xạ tia gamma lên sự tạo đột biến soma. Kumari et al. (2007) đã chiếu xạ hạt đậu nành giống
“Bragg” bằng tia gamma ở liều 20 và 25 kR...
Trong nước, cũng đã có một số nghiên cứu xử lý tia gamma để tạo các dòng đột biến có đặc tính mong muốn nhƣ năng suất cao, chín sớm, hạt vàng, hàm lƣợng protein cao... (Tran Duy Quy et al., 2003). Nguyễn Văn Mạnh và ctv. (2017) đã nghiên cứu chọn tạo đƣợc giống đậu nành đen DT2008ĐB bằng phương pháp chiếu xạ tia gamma trên mẫu hạt khô. Trong điều kiện in vitro, chƣa tìm thấy tài liệu nghiên cứu xử lý tia gamma trên đậu nành.
Một số kết quả về tạo giống cây trồng chống chịu mặn bằng xử lý tia gamma
Có rất nhiều giống cây trồng đã được ứng dụng kết hợp phương pháp gây đột biến bằng tia gamma với chọn lọc in vitro để tạo giống có khả năng chống chịu mặn. Trên cây lúa, Saleem et al. (2005) đã cảm ứng tạo đột biến mô sẹo phát sinh phôi của giống lúa (Oryza sativa L.) cv. Basmati 370 bằng cách chiếu xạ tia gamma ở liều 50 Gy và chọn lọc trên môi trường có độ EC của muối NaCl là 4, 6, 8 và 10 d/Sm. Kết quả tạo đƣợc 2 dòng (thế hệ M2) chống chịu mặn mức độ trung bình ở giai đoạn cây con. Khả năng tái sinh cây từ mô sẹo đƣợc chiếu xạ là 4,75% ở môi trường có EC 4 dS/m và 2% ở 6 dS/m.
Ở lúa mì, El-Sayed et al. (2007) đã xử lý đột biến và chọn lọc in vitro để cải thiện khả năng chống chịu mặn ở hai giống Sakha 93 và Sohag 3. Mô sẹo phát sinh phôi đƣợc chiếu xạ tia gamma với các liều 0, 40, 80 và 120 Gy ở suất liều 1,64 Kr/phút và một tháng sau đó được nuôi cấy trên môi trường bổ sung NaCl nồng độ 0, 9 và 12 g/L với mỗi chu kỳ gây stress là 30 ngày. Kết quả cho thấy phân tích điện di mô sẹo đƣợc chiếu xạ và xử lý muối cho thấy tất cả đều xuất hiện các băng protein ở các liều tia gamma và mức độ stress mặn với sự thêm vào của những băng mới là kết quả của sự cảm ứng đột biến bằng tia gamma.
Trên cây mía, Patade et al. (2008) đã chiếu xạ để tạo đột biến, tiếp theo là chọn lọc in vitro để tạo dòng chống chịu mặn của giống mía Ấn Độ (Saccharum officinarum L.) cv. CoC-671. Mô sẹo phát sinh phôi đƣợc chiếu xạ và nuôi cấy ở các nồng độ muối NaCl khác nhau (0,1; 0,3; 0,4; 10,0; 12,5; 15,0; 17,5; hoặc 20,0 g/L). Tổng số 147 cây đã đƣợc chọn lọc từ các mức độ muối khác nhau. Nikam et al. (2014) đã gây đột biến bằng cách chiếu xạ tia gamma với các liều 30, 40 và 50 Gy và chọn lọc in vitro giống mía Co740 trên môi trường mặn với muối NaCl nồng độ 0; 2,9; 5,8; 8,8; 11,7; và 14,6 g/L. Kết quả cho thấy sự sinh trưởng của mô sẹo và khả năng tái sinh cây bị ảnh hưởng
đáng kể bởi liều chiếu xạ và nồng độ muối NaCl. Sự chống chịu mặn đạt đƣợc bằng cách chiếu xạ mô sẹo và chọn lọc trên môi trường muối NaCl qua các bước chọn lọc in vitro. Cây chống chịu mặn sinh trưởng đến lúc trưởng thành và các đặc tính nông học được đánh giá dưới điều kiện bình thường và điều kiện mặn. 24 dòng đột biến đƣợc nhận diện bởi proline, glycine betaine, và hàm lượng Na+, K+. Các dòng đột biến đã cải thiện được sản lượng đường với sự gia tăng độ Brix%, chu vi cây và sản lƣợng.
Trên khoai tây, Yaycili and Alikamanoglu (2012) đã tạo đƣợc giống đột biến có khả năng chống chịu mặn thông qua chiếu xạ tia gamma. Mẫu cấy mắt đƣợc chiếu xạ với các liều 0, 5, 10, 15, 20, 25, 30, và 50 Gy từ nguồn cesium 137 (Cs137) với suất liều 6,5 Gy/phút. Sự sai khác ở mức độ phân tử đƣợc xác định bằng phương pháp RAPD-PCR. Kết quả cho thấy sự khác biệt lớn nhất giữa dòng đột biến và đối chứng là 47%, đƣợc tìm thấy ở những cây đột biến bởi liều 20 và 30 Gy và chọn lọc trên môi trường chứa NaCl 5,8 g/L.
Trên khoai lang (Ipomoea batatas (L.) Lam.), cây chịu mặn với muối NaCl đã đạt đƣợc bằng cách nuôi cấy treo tế bào phôi và tạo đột biến bằng tia gamma. Các tế bào từ nuôi cấy treo phôi đƣợc chiếu xạ với liều 80 Gy, 1 tuần sau đó mẫu được nuôi cấy trên môi trường chọn lọc chứa muối NaCl 20 g/L.
Tổng số 276 cây được tái sinh từ 2.783 tế bào được chiếu xạ theo phương pháp chọn lọc hai bước. Sau khi cây tái sinh được nhân thành các dòng trên môi trường cơ bản, chúng được cấy trên môi trường có bổ sung NaCl 5, 10, 15 và 20 g L để đánh giá khả năng chống chịu mặn. Kết quả là 18 dòng cây có khả năng chịu mặn cao hơn đối chứng. Hàm lƣợng proline và superoxide dismutase (SOD) tích lũy nhiều hơn trong 18 dòng này so với đối chứng. 18 dòng này đƣợc đánh giá khả năng chịu mặn bằng dung dịch Hoalgland có chứa các nồng độ muối khác nhau. Kết quả cho thấy có 3 dòng sinh trưởng và khả năng tạo rễ tốt hơn so với 15 dòng còn lại và đối chứng ở nồng độ NaCl 10 g/L (He et al., 2009).
Nhìn chung, các kết quả trên cho thấy việc ứng dụng phương pháp gây đột biến bằng chiếu xạ tia gamma kết hợp với chọn lọc in vitro trên môi trường mặn đã rất hiệu quả trong việc tạo nên các giống cây trồng có khả năng chống chịu mặn. Nhiều giống cây trồng quan trọng đã đƣợc nghiên cứu nhƣ lúa, lúa mì, mía, khoai tây, khoai lang… Tuy nhiên trên cây đậu nành thì chƣa thấy nghiên cứu về ứng dụng phương pháp tạo đột biến bằng tia gamma và chọn lọc trên môi trường mặn để tạo giống cây chịu mặn.