131 Chương Đa bội thể Phát sinh Đột biến Chọn giống Thực vật I Mở đầu Như biết, bên cạnh tính ổn định cá thể mang nhiễm sắc thể bình thường, nhiễm sắc thể bị biến đổi (đột biến) theo hai cách bản, biến đổi cấu trúc số lượng (bảng 7.1) Các biến đổi gây hậu khác tùy loại, thường nghiêm trọng Chúng gây hiệu tức thời lên nhiễm sắc thể, gây rối loạn hoạt động gene giảm phân; từ ảnh hưởng tới sức sống, độ hữu thụ cá thể mang chúng Có bốn kiểu biến đổi cấu trúc nhiễm sắc thể, là: lặp đoạn (hay nhân đoạn), đọan (hay khuyết đọan), đảo đoạn chuyển đoạn Hình 7.1 Các kiểu đột biến cấu trúc nhiễm sắc thể xảy đứt gãy nối lại bất thường đoạn cặp tương đồng chí cặp khác trường hợp chuyển đoạn Nói chung, đột biến thường gặp, trung bình 1.000 giao tử hình thành có vài đột biến liên quan đến kiểu Các hậu sau kết tiếp hợp gene-đối-gene nhiễm sắc thể bình thường bất thường (kiểu kết cặp khơng hồn tồn tương xứng gọi kiểu dị nhân, heterokaryotypic) vấn đề sau xảy kỳ sau I II giảm phân Bảng 7.1 Các kiểu biến đổi (đột biến) nhiễm sắc thể Các kiểu biến đổi cấu trúc Lặp đoạn (duplication) Mất đoạn (deletion) Đảo đọan (inversion) Chuyển đoạn (translocation) Các kiểu biến đổi số lượng Mức nguyên bội (Euploidy) Các thể tự đa bội (autopolyploids) Các thể dị đa bội (allopolyloids) Lệch bội (Aneuploidy) Các thể (monosomies; 2n − 1) Các thể ba (trisomies; 2n + 1) Dưới tập trung xét biến đổi số lượng nhiễm sắc thể mà chủ yếu dạng đa bội 132 Mât đoạn Xen đoạn Lặp đoạn Đảo đoạn Chuyển đoạn Hình 7.1 Sơ đồ tổng quát kiểu biến đổi cấu trúc nhiễm sắc thể Kiểu xen đoạn chuyển đọan (interstitial translocation) II Đa bội thể ứng dụng chọn giống thực vật Khái niệm phân loại đa bội thể Từ bảng 7.1 cho thấy biến đổi số lượng nhiễm sắc thể sai khác hai cách bản: (1) Các thể biến dị nguyên bội hay thể đa bội (euploid variants) có số lượng nhiễm sắc thể khác nhau; (2) thể biến dị lệch bội hay thể dị bội (aneuploid variants) có số lượng nhiễm sắc thể cụ thể lưỡng bội Nói chung, kiểu biến đổi số lượng nhiễm sắc thể ảnh hưởng lên sống sót lớn kiểu biến đổi cấu trúc nhiễm sắc thể • Hiện tượng đa bội (polyploidy) Các thể đa bội (polyploids) trường hợp sinh vật có ba, bốn nhiễm sắc thể trở lên (hình 7.1) Nếu ta gọi x số nhiễm sắc thể đơn bội bản, sinh vật có ba, bốn nhiễm sắc thể có số nhiễm sắc thể tên gọi tương ứng 3x (thể tam bội: triploid), 4x (thể tứ bội: tetraploid) Lưu ý: thay dùng ký hiệu n để số nhiễm sắc thể đơn bội trước đây, x số nhiễm sắc thể n 133 biểu thị cho số nhiễm sắc thể giao tử Ví dụ: sinh vật lục bội với 60 nhiễm sắc thể (6x = 2n = 60), x = 10 n = 30 Quả bình thường Quả thể đa bội Hình 7.2 Đa bội hóa điển hình chi Hình 7.3 Sự hình thành thể đa bội với Chrysanthemum, với nhiều loài đa bội thể khác sinh từ loài lưỡng bội (2n = 18) hoa trái lớn thể 2n bình thường Nói chung, tượng đa bội thể tương đối phổ biến thực vật gặp hấu hết động vật Gần nửa số thực vật có hoa thể đa bội, kể loài trồng quan trọng Chẳng hạn, khoai tây tứ bội (4x = 48), lúa mỳ mềm lục bội (6x = 42), dâu tây bát bội (8x = 56) Ở thực vật bậc cao, Chrysanthemum chi điển hình tượng đa bội hóa (hình 7.2) Trong q trình giảm phân lồi thuộc chi này, nhiễm sắc thể kết đôi tạo thành thể lưỡng trị, loài 118 nhiễm sắc thể tạo thành 59 thể lưỡng trị, loài 36 nhiễm sắc thể tạo thành 18 thể lưỡng trị v.v Mỗi giao tử nhận nhiễm sắc thể từ thể lưỡng trị, số lượng nhiễm sắc thể giao tử lồi nửa số lượng nhiễm sắc thể tìm thấy tế bào soma Ví dụ, lồi thập bội có 90 nhiễm sắc thể tạo thành 45 thể lưỡng trị, giao tử mang 45 nhiễm sắc thể Nhờ qua thụ tinh, đầy đủ 90 nhiễm sắc thể loài phục hồi Như vậy, giao tử thể đa bội rõ ràng đơn bội thể lưỡng bội Thông thường, người ta phân biệt hai kiểu thể đa bội: (1) thể đa 134 bội nguồn hay thể tự đa bội (autopolyploids) thể đa bội nhận tất nhiễm sắc thể chúng từ loài; (2) thể đa bội khác nguồn hay thể dị đa bội (allopolyploids) thể đa bội nhận nhiễm sắc thể từ loài khác Chẳng hạn, hạt phấn lưỡng bội (khơng qua giảm nhiễm) từ lồi lưỡng bội thụ tinh cho trứng lưỡng bội loài đó, đời sinh thể tự tứ bội (autotetraploids), hay AAAA, A biểu thị nhiễm sắc thể hoàn chỉnh hay gene (genome) kiểu A Mặt khác, hạt phấn lưỡng bội loài thụ tinh cho trứng lưỡng bội lồi khác có quan hệ họ hàng với loài này, đời sinh thể dị tứ bội (allotetraploids), hay AABB, B gene loài thứ hai Tất nhiễm sắc thể thể tự đa bội tương đồng, giống chúng thể lưỡng bội Nhưng thể dị đa bội, nhiễm sắc thể khác nói chung sai khác mức độ đó, gọi tương đồng phần (homeologous), hay tương đồng phần (partially homologous) Trong tự nhiên, thể đa bội xảy với tần số thấp, tế bào trải qua nguyên phân giảm phân bất thường Chẳng hạn, nguyên phân tất nhiễm sắc thể cực, tế bào có số nhiễm sắc thể tự tứ bội Nếu xảy giảm phân bất thường, tạo giao tử khơng giảm nhiễm có 2n nhiễm sắc thể Tuy nhiên, hầu hết tình huống, giao tử lưỡng bội kết hợp với giao tử đơn bội bình thường sinh thể tam bội Người ta tạo thể đa bội cách xử lý colchicine, loại hóa chất gây rối loạn hình thành thoi vơ sắc Kết là, nhiễm sắc thể không phân ly cực được, thường xuất thể tự tứ bội • Các thể tự đa bội (autopolyploids) Các thể tam bội (AAA) thường thể tự đa bội sinh thụ tinh giao tử đơn bội lưỡng bội Chúng thường bất dục xác suất sinh giao tử có cân thấp Trong giảm phân, ba tương đồng kết cặp hình thành thể lưỡng trị, hai tương đồng kết cặp thể lưỡng trị, để lại nhiễm sắc thể thứ ba khơng kết cặp Tuy nhiên, tập tính nhiễm sắc thể không tương đồng độc lập, nên xác suất để giao tử có xác n nhiễm sắc thể (½)n (sử dụng quy tắc nhân), xác suất để giao tử có xác 2n nhiễm sắc thể (½)n Tất giao tử khác lại khơng có cân nói chung khơng hoạt động chức hợp tử có chứa chúng Chẳng hạn, hầu hết chuối thể tam bội; chúng sinh giao tử không cân bằng, kết khơng có hạt 135 Các thể đa bội thường lớn thể lưỡng bội họ hàng (ví dụ, cho hoa trái lớn hơn; Hình 7.3) Các thể tự đa bội giảm phân bình thường chúng tạo thành thể lưỡng trị thể tứ trị Còn bốn nhiễm sắc thể tương đồng tạo thành thể tam trị thể đơn trị, giao tử nói chung có nhiều nhiễm sắc thể Triticum kiểu dại (2n = 14) Triticum monococcum (2n = 14) Con lai bất dục Sai sót giảm phân T turgidum (2n = 28) T fauschii (kiểu dại) (2n = 14) Con lai bất dục Sai sót giảm phân T aestivum (2n = 42) Hình 7.4 Sự hình thành lúa mỳ Triticum aestivum dị lục bội (2n = 42) đường dị đa bội • Các thể dị đa bội (allopolyploids) Hầu hết thể đa bội tự nhiên thể dị đa bội, chúng cho loài Chẳng hạn, lúa mỳ Triticum aestivum dạng dị lục bội với 42 nhiễm sắc thể Qua kiểm tra loài hoang dại họ hàng 136 cho thấy lúa mỳ bắt nguồn từ ba dạng tổ tiên lưỡng bội khác nhau, dạng đóng góp hai nhiễm sắc thể (ký hiệu AABBDD) Sự kết cặp xảy nhiễm sắc thể tương đồng, giảm phân bình thường cho giao tử cân có n = 21 Rõ ràng, tượng dị đa bội đóng vai trị quan trọng tiến hố lúa mỳ (xem Hình 7.4) Năm 1928, nhà khoa học người Nga, G Karpechenko tạo thể dị tứ bội đặc biệt; ông lai cải bắp Brassica cải củ Raphanus sativus, hai có số nhiễm sắc thể lưỡng bội 18 Ông muốn tạo lai có cải bắp củ cải củ Sau thu hạt lai từ lai nhân tạo, đem gieo trồng phát chúng có 36 nhiễm sắc thể Tuy nhiên, thay thu tính trạng mong đợi, lai có cải củ củ cải bắp! Hình 7.5 cho thấy hình thành lai hai lồi cải củ cải bắp nói trên, gọi Raphanobrassica Trong trường hợp hạt phấn đơn bội có gene A thụ phấn cho hoa lồi có gene B, cho lai bất thụ có thành phần gene AB Nếu sau xảy tượng nội nguyên phân nhánh, sinh tế bào AABB Nếu tế bào tham gia trình phát sinh giao tử, qua tự thụ phấn tạo thể dị đa bội Lợi dụng đặc điểm này, nhà chọn giống sử dụng colchicine tác động lên lai bất thụ để tạo thể dị đa bội Giao tử Bố mẹ Con lai F1 bất thụ Thể song nhị bội hữu thụ Hình 7.5 Sự tạo thành thể song nhị bội hữu thụ Raphanobrassica từ hai loài cải bắp Brassica cải củ Raphanus có 2n = 18 • Hiện tượng lệch bội (aneuploidy) Trong tự nhiên, ta bắt gặp cá thể có số lượng nhiễm sắc thể khơng phải bội số số nhiễm sắc thể đơn bội, chúng bị 137 thừa thiếu vài nhiễm sắc thể cụ thể Đó thể lệch bội hay thể dị bội (aneuploids) Giảm phân I ← Giảm phân II → Hình 7.6 Sự khơng phân tách xảy giảm phân I (bên trái) giảm phân II (bên phải) với giao tử tạo Nguyên nhân tượng lệch bội không phân tách (nondisjunction) hai nhiễm sắc thể tương đồng q trình giảm phân Sự khơng phân tách giảm phân tự coi kết kết cặp không cách nhiễm sắc thể tương đồng giảm phân sớm tâm động không đối diện mặt phẳng kỳ giữa, khơng hình thành hình chéo Kết hai nhiễm sắc thể cực, làm cho tế bào thừa nhiễm sắc thể tế bào khơng có nhiễm sắc thể Khi giao tử bất thường (n + 1) (n − 1) thụ tinh với giao tử bình thường (n) sinh hợp tử có nhiễm sắc thể bất thường tương ứng: thừa (2n + 1), gọi thể ba (trisomy) thiếu (2n − 1), gọi thể (monosomy) Sự không phân tách phổ biến giảm phân I, xảy giảm phân II (hình 7.6) Các kiểu tổ hợp nhiễm sắc thể khác 2n + (thể bốn: tetrasomy) 2n − (thể khơng: nullisomy) xảy ra, ta không quan tâm Sự không phân tách xảy nguyên phân gây thể khảm tế bào bình thường lệch bội Các thể ba biết đến nhiều lồi Ở thực vật, ví dụ điển hình loạt thể ba với đặc điểm kỳ lạ loài cà độc dược Datura stramonium Alfred Blakeslee nghiên cứu vào khoảng năm 1920 Thực ra, người ta phát tất thể ba nhiễm sắc thể số 12 nhiễm sắc thể khác loài này; thể ba có kiểu hình đặc trưng, thể rõ vỏ Điều chứng tỏ nhiễm 138 sắc thể khác có hiệu di truyền khác lên tính trạng (hình 7.7) Hình 7.7 Quả bình thường cà độc dược Datura (trên cùng) 12 kiểu thể ba khác nhau, kiểu có vẻ ngồi tên gọi khác Các thể ba nghiên cứu nhiều loài trồng ngô, lúa gạo lúa mỳ nhằm xác định nhiễm sắc thể mang gene khác Ở hình 7.8 cịn cho thấy hiệu di truyền thể khuyết nhiễm liên quan nhiễm sắc thể khác kiểu ba giống lúa mỳ khác (A, B D) Hình 7.8 Các thể vô nhiễm liên quan nhiễm sắc thể khác ba gene lúa mỳ (A, B D) cho hiệu di truyền khác kiểu hình bơng so với dạng bình thường (hình cuối) 139 Sự phân bố đường hình thành thể đa bội tự nhiên 2.1 Sự phân bố thể đa bội tự nhiên Hiện tượng đa bội hoá phổ biến giới thực vật từ hạ đẳng đến thượng đẳng, đặc biệt thực vật có hoa Hơn số lồi thực vật có hoa dạng đa bội Tỉ lệ dạng đa bội cao thảo, thảo nhiều năm gỗ Các họ sau có tượng đa bội phổ biến: Polygonnaceae, Rosaceae, Malvaceae, Gramineae, Cyperaceae, Juncaceae cịn họ Fagaceae, Moraceae, Curcurbitaceae tượng đa bội gặp Hiện tượng đa bội hố hình thành nhóm khơng có qui luật khơng có quan hệ rõ ràng đến phát sinh hệ thống Song, lại tuân theo qui luật phân bố địa lý Nói chung, số lượng lồi đa bội phía bắc lớn phía nam nhiều Ví dụ: phía bắc Sahara số lượng loài đa bội chiếm 37,8% tổng số loài, trung 50% bắc 70% Ở vùng khí hậu khắc nghiệt bắc cực, 90% số loài đa bội, nhiều trồng có giá trị cao lúa mì, khoai tây, bơng, thuốc lá,nho, chuối v.v dạng đa bội Hiện tượng đa bội giữ vai trị quan trọng q trình tiến hố giới thực vật Trong sinh sản hữu tính, việc hình thành hợp tử coi giai đoạn trình phát triển tượng đa bội, Sự hình thành nội nhũ tam bội kết thụ tinh kép thực vật hạt kín bước tiến quan trọng có ý nghĩa lớn q trình tiến hố Hiện tượng đa bội giữ vai trò lớn hình thành giống trồng Việc chọn lọc ban đầu xảy vô ý thức, song giữ lại nhiều dạng đa bội chúng có nhiều đặc tính tốt, đáp ứng nhiều yêu cầu người Ví dụ, theo Mol (1922), hoa thuỷ tiên trước Hà lan dạng lưỡng bội (2x = 24), sau bị thay dạng tam bội (3x = 36); đến năm1989, dạng tứ bội (4x = 48) trồng phổ biến nhiều nơi 2.2 Các đường hình thành đa bội thể Do rối loạn trình phân bào Ta biết rằng, tự nhiên tồn chế đảm bảo cho ổn định số lượng nhiễm sắc thể lồi, q trình ngun phân, giảm phân thụ tinh Tuy nhiên, chế bị rối loạn nguyên nhân sau đây: Chỉ có nhân phân chia mà tế bào không phân chia nhân sau lúc phân chia không phân ly Các nhiễm sắc thể sau lúc phân chia không phân ly cực hay phân ly khơng Có gấp bội nhiễm sắc thể mà khơng có phân ly chúng hai cực 140 Một nguyên nhân xảy dẫn đến thay đổi số lượng nhiễm sắc thể nhân tế bào tạo thành tế bào đa bội Tuy đường phát sinh mà người ta chia hai loại đa bội thể: đa bội thể trình nguyên phân gây đa bội thể trình giảm phân gây Sự rối loạn trình nguyên phân xảy tế bào soma vào thời kỳ phân chia thứ hợp tử Các mơ thể đa bội hình thành từ tế bào đa bội thường thể khơng hồn tồn Ở chúng thường xen lẫn tế bào, mơ có mức bội thể khác Những thể gọi thể khảm Nếu tăng bội nhiễm sắc thể xảy vào thời kỳ phân chia thứ hợp tử tất tế bào phôi đa bội ta có thể đa bội hồn tồn Hình 7.6 nêu lên đa bội hố mặt nguyên tắc, xảy trình giảm phân Sự rối loạn trình phân ly nhiễm sắc thể xảy lúc hình thành tế bào sinh dục Sự không phân ly nhiễm sắc thể hai cực giảm phân dẫn đến hình thành giao tử lưỡng bội Sự thụ tinh xảy giao tử tạo thành thể tứ bội Nguyên nhân rối loạn trình ngun phân dẫn đến khơng phân ly nhiễm sắc thể kìm hãm phân chia nhân thường bất bình thường co ngắn nhiễm sắc thể, tính chất phân cực tế bào phân chia tăng độ nhớt tế bào chất đưa đến thay đổi diện tích phần tử keo Do q trình lai tạp Ngồi ngun nhân rối loạn trình nguyên phân giảm phân, đường thứ hai để hình thành dạng đa bội giao phối thuộc đơn vị phân loại khác nhau, thường xảy loài Đặc điểm di truyền thể đa bội 3.1 Đặc điểm di truyền thể tự đa bội Thể tự đa bội dạng đa bội xuất sở gấp bội nhiễm sắc thể lồi Các thể tự đa bội áp dụng rộng rãi chọn giống thực vật để tạo dạng có kiểu gene ổn định Bằng phương pháp sinh sản sinh dưỡng tự thụ phấn, dạng tự đa bội trì lâu Trong sinh sản hữu tính, thể tự đa bội cho dạng đồng số lượng nhiễm sắc thể gene dạng ban đầu đồng hợp tử Tuy nhiên, có vấn đề lớn đặc trưng cho thể tự đa bội khả sinh sản kết hạt Đặc tính có liên quan chặt chẽ đến 142 Theo Darlington, Kostoff, Mather ngun nhân gây tính sinh sản tự đa bội chủ yếu mặt tế bào học rối loạn q trình giảm phân Ví dụ, l mạch tứ bội, hình thành tế bào sinh dục có 14 nhiễm sắc thể số thường lại 13 hay 15 Những giao tử bị chết sớm sức sống thường giao tử đực Theo quan sát Fischer, ngô tứ bội có khoảng 85% tế bào có từ - 10 nhiễm sắc thể, có tỉ lệ kết hạt cao Cịn có tỉ lệ kết hạt số lượng bốn Tuy nhiên, có nghiên cứu cho thấy tính hữu thụ thể tự đa bội, khơng có liên quan rõ rệt đến rối loạn trình giảm phân Xét theo nguyên nhân tế bào học, mặt nguyên tắc khắc phục tượng bất thụ cách khống chế đa tiếp hợp nhiễm sắc thể tương đồng tạo điều kiện cho tiếp hợp đôi Muốn vậy, phải tạo thể tự đa bội có nguồn gốc lai dạng có kiểu nhân gần lồi Ví dụ, lai dạng tự tứ bội thứ lúa thuộc hai loài phụ Japonica Indica lồi Oryza sativa Lương Đình Của (1952) làm Tóm lại, nguyên nhân gây khả sinh sản hữu tính dạng tự đa bội khống chế nhân tố di truyền rối loạn trình giảm phân Những biến đổi mặt sinh lý có ảnh hưởng đến tính hữu thụ thể tự đa bội Song phần lớn chúng kết tác động hai loại nhân tố Khả giao phối thể tự tứ bội tạo thành thể tam bội Các dạng tự tứ bội thường đặc trưng khả giao phối chúng với dạng lưỡng bội ban đầu Song cần ý rằng, lấy dạng lưỡng bội làm mẹ lai với dạng tứ bội khơng cho kết tốt, lai ngược lại lại có hiệu quả; hạt phấn tứ bộicó sức sống Từ hình thành nên dạng tam bội (3n) Tam bội thể nói chung khơng có khả sinh sản hữu tính; q trình giảm phân bị rối loạn Chẳng hạn, dưa hấu tam bội (3n = 33) hình thành nên giao tử có số nhiễm sắc thể từ đến 33 Trong số giao tử có số nhiễm sắc thể 11 22 có khả hữu thụ Vì thế, có khoảng 95% số giao tử sinh bất thụ Rõ ràng tính bất thụ của tam bội thể nhược điểm lớn lấy hạt Song lại có giá trị lấy mà không cần hạt dưa hấu, nho, chuối lấy củ, củ cải, củ cải đường dùng cho chăn nuôi cảnh 143 Lần Nhật bản, Kihara Yamashita, Kondo, Nishiyama sau Kiss Arpad (Hungari) tạo dạng dưa hấu tam bội mà bán phổ biến nhiều thị trường giới Loại dưa hấu to, hương vị ngon, thịt dày, hàm lượng đường cao không hạt Dưa hấu tam bội tạo từ trình lai dưa hấu tứ bội (dạng mẹ) lưỡng bội Vì dưa hấu tam bội khơng cho hạt nên phải có hệ thống sản xuất hạt tam riêng Để có dạng tam bội có sản lượng cao phải chọn mhững dạng lưỡng bội từ thứ khác nhau, có khả kết hợp cao Khi giao hạt tam bội phải gieo thêm số hàng hạt lưỡng bội, hạt phấn tam bội thường sức sống, Để phân biệt cá tam, tứ lưỡng bội, ta sử dụng đặc điểm mặt hình thái kiểm sốt cách di truyền Nếu dạng tự tứ bội có vỏ màu sáng (gS gSgSgS) ta dùng lưỡng bội cho phần thuộc thứ có vỏ màu xanh (GG) tam bội sinh cho có vỏ sọc xanh (GgSgS) Phương pháp gây đa bội chọn lọc đa bội thể 4.1 Các phương pháp gây đa bội thể Năm 1895 lần Hugo De Vries tìm dạng đa bội tự nhiên Oenothera lamarckiana Cây có kích thước khổng lồ sinh trưởng nhanh Nhưng đến 1907, sau cơng trình nghiên cứu tế bào học Lute người ta biết tứ bội Bằng phương pháp gây mô tái sinh, Winkler (1916) người thu dạng đa bội số loài cà Solanum nigrum S lycopersicum Phương pháp đơn giản: 6; thật khía 1/2 ghép trở lại chổ cũ, cắt cành bên Sau 10-14 ngày, từ vết ghép chổ bị thương tổn hình thành nên cành Trong số cành vậy, có số đa bội Nguyên nhân gây tượng đa bội phương pháp hình thành cành đa bội từ mơ bị phân hố sau xử lý kết hợp nhân tế bào mô sát thương Với phương pháp dùng tia Rơnghen để xử lý, lần vào năm 1930 Goodspeed Demol thu dạng đa bội thuốc số khác Bằng phương pháp lai có khả thu dạng đa bội Có ý nghĩa lớn cơng trình Carpesenco (1927) lai củ cải Raphanus sativus với bắp cải Brassica oleracea, lai thu bất thụ, dạng dị tứ bội lại hữu thụ cao Song, việc tạo dạng đa bội tác nhân hoá học phương pháp nhiều người ý có hiệu Ngay từ 1896 Gheraximop dùng clorofooc, ete, cloralhydrat tác động đến tảo Spyrogyra Tuy nhiên, sau công trình thực nghiệm 144 Blakeslee Avery (1937) việc sử dụng chất colchicine vấn đề đa bội thể thực nghiệm có bước tiến khổng lồ Cùng với Blakeslee Avery, cơng trình có giá trị Levan, Dustin, Kostov, Navasin, Gheraximop, Lương Đình Của v.v mở kỷ nguyên phương pháp gây đa bội thể thực nghiệm Khi sử dụng colchicine người ta rút kết luận sau: (i) Colchicine dạng dung dịch có khả khuếch tán mạnh vào mô thực vật; (ii) Hiện tượng đa bội hoá xảy tác dụng colchicine đến mô phân chia mạnh; (iii) Khả cho đa bội tăng lên điều kiện gieo trồng tốt; (iv) Thời gian xử lý thích hợp tuỳ thuộc vào thời gian phân bào khác loài cây; (v) Nồng độ colchicine sử dụng tuỳ loài Phương pháp xử lý thời gian xử lý Colchicine alkaloid có nhiều lồi thực vật, chủ yếu loài Colchicum autumnale (tập trung vùng Địa trung hải) Bộ phận đối tượng xử lý hạt, mầm cây, chồi, nách, rễ, hoa Colchicine dễ tan nước, dạng dung dịch khuếch tán mạnh vào mơ Trong phạm vi nồng độ từ 0,01% - 1% colchicine gây hiệu Nhưng nồng độ thông dụng cho trồng 0,2% Khi xử lý colchicine nồng độ cao, thời gian ngắn cho hiệu xử lý nồng độ thấp, thời gian dài Thời gian xử lý thay đổi từ vài vài ngày Tuy nhiên, thời gian xử lý ngắn hiệu thấp Theo Dermen, thêm vào dung dịch colchicine vài giọt glycerin hiệu tăng • Kỹ thuật xử lý Xử lý hạt hay mầm: Phương pháp xử lý hạt áp dụng cho nhiều loại có hạt nhỏ dễ nảy mầm Nồng độ thích hợp 0,1% 0,2%, xử lý từ đến vài ngày Trong giới hạn định nhiệt độ tăng hiệu tác dụng colchicine tăng Đơn giản ngâm hạt khô vào dung dịch colchicine hay đặt lớp giấy thấm có tẩm colchicine Đối với hạt to khó nảy mầm, xử lý trực tiếp hạt khô vào colchicine hiệu kém, mà trước phải ngâm hạt nước Phương pháp xử lý mầm cho hiệu cao Phương pháp chung la ngâm hạt nảy mầm vào dung dịch vào dung dịch xử lý Với loại thời gian nồng độ xử lý mầm thích hợp có khác Ở hạt nảy mầm có rễ hay xử lý mầm cách đặt ngược mầm vào dung dịch colchicine chứa đĩa Petri qua lớp vaỉ thấm colchicine lên mầm bàn chải mềm Ví dụ: 145 - Lúa (Lương Đình Của, 1951): Đặt hạt đĩa Petri cho nảy mầm Khi mầm dài -5 cm dùng dao khía xiên nhát gốc mầm Kẹp sợi bơng thấm nước có tẩm dung dịch colchicine 0,05 - 0,1% rỏ dung dịch colchicine vào vết cắt Xử lý lần /1 ngày Sau lần xử lý thứ hai rửa mầm trồng nhà kính - Củ cải (Taraxevich, 1965): Ngâm hạt nảy mầm dung dịch colchicine 0,05%-0,1% 6-12 ngâm mầm non dung dịch colchicine 0,1% giìơ - Ngơ (Sumnui, 1961)" Hạt sau nảy mầm ngâm vào dung dịch colchicine 0,2% 18-24 Cũng xử lý sau: Khi chồi mầm dài 2-3cm khía nhát gốc mầm nhét vào lát bơng có tẩm dung dịch colchicine 0,2% ngày đêm; tẩm ướt lát colchicine 2-3 lần Xử ký phận khác - Ở thuộc họ Hoà thảo (Poaceae) phương pháp xử lý cho hiệu cao: ngâm toàn rễ vào dung dịch xử lý Ngâm luân phiên 12 dung dịch xử lý lại 12 nước - Với mầm nách, người ta đặt lên hỗn hợp dạng sền sệt colchicine với lanonin hay tiêm trực tiếp dung dịch colchicine vào mầm - Với hoa, ngâm trực tiếp vào dung dịch colchicine 0,02-0,05% Ngoài colchicine, để gây tạo đa bội người ta hay dùng chất acenaphthen Vì chất tan nước, nên thường dùng nồng độ thấp Ví dụ, với hạt lúa mì dùng dung dịch acenaphthen 0,002% 4.2 Phương pháp chọn lọc đa bội thể Tuỳ theo đối tượng mục đích nghiên cứu mà có phương pháp chọn lọc đa bội thể khác Nếu mục đích cuối tạo dạng tứ bội có phẩm chất cao phải tiến hành dạng lưỡng bội lai tốt với số lượng cá thể nhiều phạm vi Nếu mục đích tạo dạng tứ bội dùng để lai với dạng lưỡng bội dạng lưỡng bội ban đầu phải có kết hợp cao Nói chung, phương pháp gây đa bội thể giao phấn có hiệu cao rõ rệt tự thụ phấn Nguyên nhân do, chúng mang tính dị hợp tử cao nên có khả sinh sản biến dị nhiều Về nguyên tắc mà nói, dùng colchicine gây tạo tế bào đa bội vào giai đoạn phát triển Song thực tiễn phức tạp nhiều Thường sau lúc xử lý hạt, mầm, chồi sản sinh thuộc dạng khảm, tức thể có xen lẫn mơ có mức bội thể khác nhau, thường 2n 4n Về mặt lý thuyết, có lợi 146 tác động vào lần phân chia hợp tử Cây sinh từ đa bội hoàn toàn Các đa bội thu dạng khởi đầu cho công tác chọn giống sau Khơng thể đem so sánh trực tiếp với dạng lưỡng bội kinh qua chọn lọc Khi tiến hành nghiên cứu phải tiến hành quần thể lớn Nói chung, chọn đối tượng phải tìm lồi có số lượng nhiễm sắc thể Việc kiểm tra chọn lọc phải tiến hành từ sau xử lý gây đa bội Ngay từ hệ C0 phải kiểm tra tính khảm xử lý Ở đỉnh sinh trưởng chiều cao bị kỳm hãm mạnh đơi có biến đổi sâu sắc Phải thường xuyên loại bỏ cành lưỡng bội hình thành trở lại, tạo điều kiện cho tạo thành cành tứ bội Sau kiểm tra sơ hình thái giải phẩu tách riêng nghi là đa bội kiểm tra lại cách xác định kích thước hạt phấn số lượng nhiễm sắc thể Đối với khảm, nên phân thành số nhóm theo đặc điểm hình thái: (1) Nhóm có sai khác so với dạng lưỡng bội ban đầu; (2) Nhóm phát triển bình thường, khác với dạng ban đầu màu sắc, kích thước, ; (3) Nhóm gồm dị dạng đặc biệt Để xác định tính đa bội, người ta cịn dùng tiêu kích thước tế bào khí khổng số lượng lục lạp Người ta thấy rằng, kích thước tế bào khí khổng lồ dạng tứ bội thường lớn dạng lưỡng bội 25-35% số lượng lục lạp dạng tứ bội cao dạng lưỡng bội 30-50% Ngoài phương pháp tế bào học (đếm số lượng nhiễm sắc thể), tiêu kích thước hạt phấn chứng để xác định tính đa bội Trong hệ C1 việc chọn lọc có nhiều khó khăn Vì bên cạnh những tứ bội va lưỡng bội, thường xuất tam bội giao phấn hai loại Mà tam bội chúng có nhiều đặc điểm hình thái giải phẩu mang tính chất trung gian lưỡng bội tứ bội Việc chọn lọc C1 dựa vào tiêu chuẩn giải phẩu, hình thái xác định số lượng nhiễm sắc thể Trong hệ sau, đồng thời với việc chọn lọc theo tiêu chuẩn hình thái, giải phẩu tế bào trên, cần ý đến đặc điểm sinh lý, sinh hố, di truyền (đặc biệt tính hữu thụ), kinh tế Sau hệ C1 tách riêng dịng có nhiều đặc điểm mong muốn Đối với dịng phải có chế độ gieo trồng với điều kiện sống thuận lợi để cố đặc điểm tốt Đối với dịng đặc biệt có nhiều triển vọng, phải tiến hành nghiên cứu so sánh yêu cầu đề khắc phục nhược điểm khác phương pháp chọn giống 147 khác lai tạo, gây đột biến Tóm lại, việc tạo thể đa bội bước đầu công tác chọn giống đa bội thể thực nghiệm Để có kết tốt, khơng phải có phương pháp xử lý thích hợp mà cịn phải áp dụng cách có hiệu bước kiểm tra, chọn lọc kết hợp với phương pháp chọn giống khác lai tạo, gây đột biến III Phát sinh đột biến thực nghiệm chọn giống thực vật Lược sử nghiên cứu ứng dụng PSĐB thực nghiệm chọn giống thực vật Lịch sử nghiên cứu phát sinh đột biến (PSĐB), theo Auerbach (1978) chia làm giai đoạn sau: Giai đoạn I (từ 1890 đến 1927): Ở giai đoạn nhà khoa học bắt đầu nghiên cứu đột biến, đưa khái niệm đột biến tìm phương pháp hữu hiệu để nghiên cứu chúng Đáng ý cơng trình nghiên cứu đột biến Hugo De Vries (1895) Oenothera lamarckiana với "thuyết đột biến " tiếng công bố vào năm 1901, ơng đưa thuật ngữ "đột biến" Đến năm 1904, De Vries lại đề nghị sử dụng tia X để tạo đột biến Tuy nhiên, đến năm 1927 Muller đưa chứng xác thực chiếu xạ ion hoá gây đột biến ruồi giấm Drosophila Từ năm 1925 Natxon Philipop phát tia X có khả gây biến dị di truyền vi nấm Giai đoạn II (từ năm 1927 đến đầu chiến tranh giới II): Giai đoạn đánh dấu cơng trình xuất sắc Hermann Muller với chứng xác thực chiếu xạ ion hoá gây đột biến ruồi giấm Drosophila Trong Stadler (1928) tiến hành gây đột biến lúa đại mạch ngô tia X tia gamma rõ tần số đột biến cảm ứng phụ thuộc vào liều xạ tổng số tác nhân gây đột biến Thực ra, loạt thí nghiệm Stadler 1924 làm cho tên tuổi ông vang dội (IAEA, 1995) v.v Giai đoạn III tính từ đầu chiến tranh giới II đến năm 1953 Giai đoạn đánh dấu hàng loạt cơng trình phát chất đột biến Sakharov (1938-1939), Rapoport (1940-1948), Gustafson (1940-1948) Đó chất Ethylenimine (EI), Diethylsulfate (DES), dimethylsulfate (DMS), Nitrosomethylurea (NMU), Nitrosoethylurea (NEU) động vật, vi sinh vật thực vật Giai đoạn IV (từ 1953 đến 1965): Ở giai đoạn này, kể từ Watson Crick khám phá mơ hình cấu trúc phân tử DNA, nhà di truyền 148 học hoá sinh tập trung chủ yếu vào nghiên cứu thành phần, cấu trúc hoá học nucleic acid, chế phân tử trình phát sinh đột biến, tiêu biểu cơng trình Brenner (1961), Henning (1962), Lovless (1963-1965), Xoifer, Dubinin Các tác giả đến kết luận trình biến đổi phân tử DNA liên quan đến trình chép, tự phục hồi xuất đột biến Giai đoạn V (từ 1965 đến nay) xuất hàng loạt cơng trình nghiên cứu đột biến động vật, thực vật vi sinh vật với tác nhân vật lý hoá học khác tia X, tia gamma, chùm neutron, tia laser hợp chất alkyl hoá, hợp chất nitroso Nét bật giai đoạn làm sáng tỏ chất di truyền đột biến sử dụng tập đoàn phong phú nguồn gen đột biến để tạo giống trồng Chẳng hạn, theo thống kê FAO (1996) giới tạo 1870 thứ trồng hàng chục vạn chủng, nòi vi sinh vật áp dụng rộng rãi y học, chăn nuôi, nông nghiệp, bảo quản chế biến nông sản, thuốc trừ sâu sinh học đem lại hiệu kinh tế vô to lớn cho nhân loại Phân loại tác nhân gây đột biến Nhìn chung, lịch sử nghiên cứu PSĐB thực nghiệm trồng có hai hướng nghiên cứu chính, dựa hai loại tác nhân gây đột biến vật lý hố học sử dụng, là: PSĐB chiếu xạ ion hoá PSĐB xử lý hoá học Trong đó, nghiên cứu theo hướng sau bắt đầu muộn hướng đầu chừng 10 năm, kể từ sau cơng trình tiếng Rapoport (1939 - 1943) Auerbach (1943; 1947) phát loạt hố chất có khả gây đột biến mạnh, người ta kể đến đời hướng nghiên cứu (Lê Duy Thành, 2000) Đặc biệt, nhờ sử dụng tác nhân gây đột biến cực mạnh (supermutagenes) thuộc nhóm alkyl hố, nhà khoa học nâng cao tần số đột biến lên hàng trăm, chí hàng ngàn lần Hướng nghiên cứu loại ngũ cốc đặc biệt phát triển mạnh từ thập niên 1960 đến nửa đầu thập niên 1980 Ngoài ra, cịn có nhiều cơng trình nghiên cứu phối hợp sử dụng hai loại tác nhân vật lý hoá học Một số kết thu lúa cho thấy hiệu gây đột biến số hoá chất (như EI, DES, DMS, NEU, NMU), số trường hợp cao so với chiếu xạ ion hố tia X, tia γ 2.2 Tác nhân phóng xạ gây đột biến Đây dạng phóng xạ có khả ion hố mạnh Theo phương thức truyền lượng, người ta phân làm hai loại: phóng xạ hạt phóng xạ điện từ Phóng xạ hạt gồm ba nhóm: Nhóm hạt sơ cấp nhẹ, dịng điện tử, pozitron; nhóm hạt nặng mang điện tích (proton, detron, hạt 149 α); nhóm hạt neutron Cịn phóng xạ điện từ bao gồm chủ yếu tia Rontgen (cịn gọi tia X) tia γ Các sóng điện từ (phát không gian dạng dao động điện từ từ trường) đặc trưng bước sóng λ qua cơng thức: C = √.λ C tốc độ, √ tần số dao động Các kiểu phóng xạ nguồn phóng xạ Briggs Constantin mô tả đầy đủ IAEA (1977) Các dạng phóng xạ dùng chọn giống trồng Trong chọn giống, dạng phóng xạ sử dụng phổ biến gồm có: tia X, neutron, chất đồng vị phóng xạ tia γ Trong số tia γ từ nguồn phóng xạ Co60 Cs137 dùng để chiếu xạ hạt giống trở thành phương pháp dùng để gây đột biến cải tiến giống trồng Liều tới hạn giống lúa Để thu nhiều đột biến có giá trị chọn giống cao mà không gây phương hại đến sức sống, độ hữu thụ gây chết cây, người ta tìm liều lượng tới hạn cho nhiều loài khác Theo đó, M1 cịn 30 - 40% sống sót hoa kết (LD30 - 40) lúa, liều lượng 30 - 50 kR Trong nghiên cứu chọn giống phóng xạ, người ta thường dùng liều LD50 Theo Sharma (1986), liều LD50 trung bình tia γ dối với lúa 32,5 kR, biến thiên từ 25 đến 40 kR Trong giới hạn đó, nói chung, liều lượng tổng số tác nhân gây đột biến tần số đột biến cảm ứng có mối tương quan tỷ lệ thuận (Gustafsson Gadd, 1966) Ngồi ra, người ta tìm liều lượng thích hợp (thường thấp liều tới hạn 1,5-2 lần) cho công tác chọn giống số trồng Ở lúa, xử lý hạt khô, liều 15 - 20 kR; hạt hút nuớc bão hồ, liều thích hợp 10-15 kR Phương thức tác dụng tia phóng xạ tổ chức sống Theo hiểu biết nay, mô bị chiếu xạ sau nhận lượng xạ ion hoá chịu biến đổi qua hai giai đoạn hoá - lý sinh học giai đoạn hoá lý (10-10 - 10-6s), photon tia γ tác động vào điện tử quỹ đạo nguyên tử vật chất sống Sau bị kích hoạt, điện tử tách nguyên tử mang điện tích dương Điện tử tách (quang điện tử) có lượng cao gây ion hoá đường vận động Hậu gây nên tổn thương hố - sinh giai đoạn sinh học (có thể kéo dài từ vài ngày đến hàng chục năm): tổn thương hố - sinh khơng hồi phục kéo theo rối loạn chuyển hoá dẫn đến tổn thương hình thái chức 150 Tóm lại, hiệu sinh học quan sát sau q trình xạ ion hố kết tích luỹ tác dụng trực tiếp tia phóng xạ lên phân tử ADN gián tiếp thơng qua phân tử khác tế bào trước truyền vào ADN Ảnh hưởng đặc tính di truyền sinh vật lên PSĐB Những sai khác độ nhạy cảm phóng xạ (radiosensitivity) kiểu gen bên lồi thơng báo số trường hợp sai khác tương đối lớn (Conger Konzak 1977) Tuy nhiên, sai khác độ nhạy cảm phóng xạ kiểu gen lồi thường nhiều so với lồi Vì vậy, nhà chọn giống thực vật muốn gây tạo đột biến giống cụ thể chưa hiểu rõ mức nhạy cảm phóng xạ, thường phải tiến hành thí nghiệm xác định phản ứng liều sơ Năm 1962, Fujii thông báo rằng, giống lúa từ miền nhiệt đới Burma (Myamar) ấn Độ nhạy cảm giống Nhật Đài Loan Năm 1967, Ukai tiến hành nghiên cứu quy mô gồm 70 giống phát rằng, khác biệt tối đa độ nhạy cảm phóng xạ số 70 giống gấp 3,5 lần hạt khô đem chiếu xạ gamma sinh trưởng rễ đo ngày sau nẩy mầm Ngoài ra, kết Ukai (1970) cho thấy mức nhạy cảm phóng xạ giống lúa di truyền với hệ số di truyền cao (Dẫn theo Ukai, 1997) Siddiq Swaminathan (1968) cho hay, giống Indica có khả chống lại phóng xạ cao giống Japonica Javanica Các kết nghiên cứu khác cho thấy độ nhạy cảm phóng xạ giống Indica thay đổi phạm vi rộng khác với giống Japonica Điều rằng, di truyền vật liệu nghiên cứu đóng vai trị quan trọng việc xác định tính hiệu hiệu suất tác nhân gây đột biến (Mikaelsen cs, 1971; Sharma, 1986) Từ đây, ta dễ dàng nhận mối quan hệ phụ thuộc kiểu gen nhóm giống đặc trưng trình phát sinh đột biến (như tần số phổ đột biến) tuân theo quy luật dãy biến dị tương đồng Vavilov đưa năm 1920 Cần nói thêm rằng, mức nhạy cảm phóng xạ tia γ 28 giống Japonica 19 giống Indica kiểm tra cho thấy phạm vi liều hữu ích chọn giống đột biến, tương ứng 12-25 krad 15-30krad (IAEA, 1977) Hiệu chiếu xạ tia γ vào hạt khô hạt ướt Bên cạnh số cơng trình đề cập, nay, giới cịn có nhiều thông báo theo hướng nghiên cứu (Donini cs, 1984; 151 Kawai, 1966, Siddiq Swaminathan, 1968) nước ta, kết nghiên cứu lĩnh vực công bố sớm (Trần Minh Nam, 1968 - 1970; Trịnh Bá Hữu, Lê Duy Thành Trần Duy Q, 1970; Nguyễn Minh Cơng, Lê Đình Trung Phạm Quang Lộc, 1978; Trần Duy Quý cs, 1978 v v Nhìn chung, tác giả đến nhận định rằng, xử lý hạt ướt cho tần số phổ đột biến cấu trúc NST đột biến hình thái sinh trưởng - phát triển cao so với xử lý hạt khô Hiệu chiếu xạ tia γ vào hạt nảy mầm thời điểm khác Kết nghiên cứu xác định pha chu kỳ nguyên phân hạt nảy mầm giống lúa Japonica cho thấy: 250C, thời gian hạt hút nước bão hoà chuẩn bị nảy mầm 36h, quãng thời gian tương ứng với pha sau : 36h - 57h30: pha G1; 57h30 - 60h: pha S; 60h - 71h30: pha G2; 71h30-77h : pha M (Yamaguchi Matsubayashi, 1971) Hơn nữa, kết chiếu xạ loài thực vật khác cho thấy phụ thuộc độ cảm ứng phóng xạ vào pha chu kỳ tế bào, theo thứ tự sau: G2 > M > S > G1 Từ kết nói trên, nước ta xuất số công trình nghiên cứu hiệu gây đột biến tác nhân vật lý hoá học lên hạt nảy mầm thời điểm khác số giống lúa Đầu tiên nghiên cứu so sánh hiệu xử lý riêng rẽ phối hợp tia γ NMU, NEU (Nguyễn Minh Công, Lê Đình Trung Phạm Quang Lộc, 1978 - 1982; Phạm Quang Lộc, 1987) Sau đó, hướng nghiên cứu triển khai chiếu xạ tia gamma số giống lúa nếp (Đào Xuân Tân, 1995) số giống lúa tẻ đặc sản (Đỗ Hữu ất, 1997) Nói chung, cơng trình cho thấy: (1) Liều 5kR thời điểm 50h cho hiệu không đáng kể; (2) Xử lý thời điểm 69-72h với hai liều 10 15kR cho tần số cao đột biến có ý nghĩa chọn giống Các nghiên cứu chế phát sinh di truyền thể đột biến Theo Hajra cs (1980), việc gây đột biến lúa lần thông báo Yamada năm 1917 Kế tục công trình ơng chiếu xạ tia X lên hạt lúa hàng loạt cơng trình tiến hành thập niên 1930 Từ thập niên 1950, việc chiếu xạ hạt lúa tia γ trở thành phương pháp chọn giống đột biến Trong năm 1960, nghiên cứu sử dụng neutron chọn giống thực vật bắt đầu Từ cuối thập niên 1950 đến nửa đầu thập niên 1960, nhiều nghiên cứu tiến hành nhằm thu thập thông tin sở tổn thương chiếu xạ M1 tần số tạo đột biến quan sát M2 Hiệu phương pháp chiếu xạ quan tâm chủ yếu giai đoạn đầu 152 nghiên cứu tần số ĐBDL M2 Tuy nhiên, sau người ta chuyển sang xem xét tổng tỷ lệ đột biến có lợi chín sớm bán lùn mà vốn dễ dàng phát đồng ruộng Mặc dù chiếu xạ lần hạt khô nhà nghiên cứu sử dụng phương pháp chính, song nhiều phương pháp chiếu xạ gamma cải tiến, chiếu ngắt quãng (Yamaguchi, 1958a) chiếu lặp lại nhiều lần (Yamaguchi, 1962b) thử nghiệm Các nghiên cứu so sánh hiệu gây đột biến tác nhân đột biến khác bắt đầu Các nghiên cứu chiếu xạ gamma tia X giai đoạn sinh trưởng khác lúa nhằm xác định tỷ lệ sống sót (TLSS) độ hữu thụ bơng M1, tỷ lệ ĐBDL M2 tần số đột biến M3 tiến hành từ đầu thập niên 1960 (Kawai, 1962; Yamagata Shakudo, 1963; Osone Oono, 1970) Trong lịch sử nghiên cứu, theo Ukai (1997) [239] nhiều cơng trình lý thuyết tiến hành nhằm tìm phương pháp chọn lọc hiệu Yamaguchi (1959) đề nghị dùng phương pháp sib Fisher để ước tính tần số phân ly thể đột biến đời Yamagata Shakudo (1963a) đề nghị nên chọn lọc thể đột biến M3 hệ sau đó, họ khơng phủ nhận ích lợi việc chọn lọc M2 Cũng năm này, Osone tiến hành chương trình nghiên cứu quy mơ nhằm kiểm tra mối quan hệ tần số phổ ĐBDL ỏ M2 vị trí hạt bị đột biến M1 trường hợp chiếu xạ hạt tia γ Từ kết thu được, ông kết luận rằng, mô khởi sinh M1 gồm nhiều nhóm, nhóm bắt nguồn từ tế bào khởi đầu thuộc mô phân sinh chồi hạt chiếu xạ (Ukai, 1997) Các phương pháp phát hiện, thu thập thể đột biến sử dụng chúng Cho đến nay, quy trình phương pháp phát chọn lọc thể đột biến đúc kết phân tích thấu đáo Ví dụ, lúa, thân quan quan trọng gắn chặt với khả chống đổ, ảnh hưởng tới suất hạt Vì vậy, thân ln ln kể đến đặc điểm quan trọng công tác chọn giống lúa gần Bằng phương pháp đột biến, hàng loạt giống lúa thấp cứng với khả cho suất cao, chống chịu sâu bệnh chất lượng tốt tạo suốt bốn thập kỷ qua Chính điều góp phần tạo nên "Cách mạng xanh" từ thập niên 1960 Tính lùn (dwarfism, dwarfness) định nghĩa đặc trưng xác định mặt di truyền, chiều cao thời điểm chín thấp kiểu bình thường Dựa theo giảm chiều cao cây, mơ tả phân loại tính lùn theo nghĩa rộng thành ba nhóm: bán lùn (semidwarf), lùn (dwarf, theo nghĩa hẹp) cực 153 lùn hay siêu lùn (extra dwarf) Trong đó, thể đột biến bán lùn thường gắn chặt với khả chống đổ kiểu thích nghi với chế độ phân đạm cao, nên chúng có tiềm năng suất cao Vì vậy, việc gây tạo thể đột biến bán lùn mục tiêu quan trọng chương trình chọn giống đột biến lúa Nhiều nghiên cứu cho thấy hầu hết giống hay dịng bán lùn có chứa gen bán lùn bắt nguồn chủ yếu từ giống bán lùn địa phương Đài Loan có tên Dee - geo - woo - gen (DGWG) Điều đáng nói là, việc chấp nhận sử dụng rộng rãi gen bán lùn đưa lại hậu xói mịn di truyền, làm giảm tính đa dạng di truyền vốn có lúa Từ quan điểm này, nhu cầu khai thác sử dụng nguồn đa dạng tính bán lùn nhấn mạnh (IAEA, 1982; Maluszynski cs, 1986) Cơng tìm kiếm gen bán lùn không alen với gen sd-1 tiếp diễn theo hai hướng: (1) thu thập bảo tồn đánh giá quỹ gen; (2) phát gen bán lùn phương pháp đột biến Một số thành tựu phương pháp chọn giống đột biến giới Việt Nam Thành tựu chọn giống đột biến lúa giới Gần đây, theo số liệu FAO/IAEA, tính đến 12/1997, tồn giới có 1847 giống đột biến, có 1357 giống trồng 490 giống cảnh Trong số 1357 giống trồng loại riêng lúa có 333 giống, 67,6% phát triển trực tiếp từ thể đột biến 32,4% qua lai tạo Trong tốp nước đứng đầu số giống lúa đột biến, Việt Nam xếp thứ bảy (Maluszynski cs, 1998) Thành tựu chọn giống đột biến lúa số quốc gia tiêu biểu Trung Quốc Đài Loan, hai giống lúa lùn tạo Đài Loan năm 1957, giống thông qua sử dụng trực tiếp thể đột biến Shuang Chiang 30 - 21 giống LH1 qua chọn giống lai thể đột biến với Taichung Native (Hu, 1986) Trường hợp thành công số giống đột biến với tính chín sớm nhờ cải tiến Yuangfen Zao, phóng thích năm 1971 Từ năm 1985 đến nay, xếp vào số ba giống lớn Trung Quốc, trồng triệu hecta dọc theo Dương Tử Giang (Ukai, 1997) Một giống chín sớm tiếng khác Zhefu 802 trồng 1.400.000 năm 1989 Trung Quốc nước đứng đầu số lượng giống lúa trồng đột biến Ở Nhật Bản, dòng đột biến Sakai 64 Fukei 53 tạo đầu 154 tiên năm 1958 1959, sau Sakai 65 Fukei 54 Từ năm 1966, Futsuhara cs cho phóng thích giống lúa đột biến Nhật giống bán lùn Reimei bắt nguồn từ Fujiminori chiếu xạ gamma Giống tiếng trồng miền Bắc, diện tích 1.410.000ha năm 1969 Hơn nữa, sử dụng làm bố mẹ thành cơng chương trình chọn giống lai Theo Sato (1982, 1983), số giống tạo cách này, đáng kể giống Akihikari (=Reimei x Toyonisiki) trồng tới 136.375 năm 1970, xếp hàng thứ tư diện tích trồng trọt Nhật Ấn Độ quốc gia đứng hàng thứ nhì top nước dẫn đầu số lượng giống trồng đột biến, hàng thứ ba số lượng giống lúa đột biến Mặc dù chưa có giống lúa đột biến đạt mức kỷ lục Reimei, Zhefu 802 thành công chọn giống lúa đột biến lai tạo giống suất cao nước đạt năm 1970 đến to lớn Gần đây, nhờ giúp đỡ tích cực chương trình chọn giống đột biến từ IAEA, nghiên cứu cải tiến giống lúa nhiều quốc gia châu Á Mỹ La tinh đạt tiến đáng kể Ơ nước ta, nỗ lực nghiên cứu theo hướng này, theo tác giả Lê Duy Thành Trịnh Bá Hữu (1986), 1966 Bộ môn Di truyền, Trường Đại học Tổng hợp Hà Nội (nay Đại học Khoa học Tự nhiên thuộc Đại học Quốc Gia Hà Nội) sau mở rộng sang đơn vị khác như: Trung tâm Di truyền Nông nghiệp (nay Viện Di truyền Nông nghiệp), Trường Đại học Sư phạm Hà Nội I, Viện Cây Lương thực Thực phẩm, Trường Đại học Nông nghiệp I Hà Nội Viện Khoa học Kỹ thuật Nông nghiệp Việt Nam Một số cơng trình khoa học có giá trị lĩnh vực góp phần xác định tính quy luật PSĐB giai đoạn tiền phôi, chế phân tử trình đột biến, hiệu tác nhân gây đột biến lên tần sốvà phổ đột biến lúa nghên cứu sử dụng PSĐB thực nghiệm chọn giống lúa Kết là, có hàng chục giống trồng tạo phương pháp đột biến Chẳng hạn, ngơ có DT6 DT8; đậu tương có M103, V48, DT84, DT90, DT95 ; lạc có V79, 4329, DT322, DT329 Đối với lúa, phương pháp gây đột biến, nhiều giống tạo thập kỷ qua Chẳng hạn, cách xử lý DMS thể tái tổ hợp thu từ tổ hợp lai (Xuân số x 2765) (NN8 x Xuân số 2), GS.VS.Vũ Tuyên Hoàng cs tạo giống Xuân số Xn số Các giống phóng thích năm 1991 (Trần Đình Long, 155 chủ biên - 1997) Ở Viện Di truyền Nông nghiệp (DTNN), nhiều giống lúa chọn trực tiếp từ thể đột biến qua lai tạo Chẳng hạn, chiếu xạ tia γ vào hạt giống lúa địa phương C4-63 tạo giống DT10 DT11 có chiều cao 90-100cm, suất cao, chống đổ tốt, chịu rét Các giống phóng thích năm 1990 1995 (Trần Duy Quý cs, 2000) Sau đó, DT10 dùng làm mẹ để lai với CR203 kết chọn tạo giống DT13 (Bùi Huy Thuỷ Trần Duy Quý, 1999) Bằng phương pháp chiếu xạ tia γ 20 krad, giống DT33 CM1 tạo phóng thích năm 1994 1999 Giống A20 phóng thích năm 1993 kết xử lý NMU 0,015% chọn giống lai thể đột biến thu (H20 x H30) Giống có đặc tính thấp cây, kháng rầy, chịu khơ hạn đất phèn Nhờ sử dụng A20 làm mẹ chọn giống lai, Bùi Huy Thuỷ Trần Duy Quý chọn giống có triển vọng DT16 DT17 Kết hợp chiếu xạ tia γ lai hữu tính, sau nhiều hệ chọn lọc, Nguyễn Văn Bích Trần Duy Quý tạo giống nếp DT21 DT22 cho suất cao, chất lượng tốt Bằng chứng sinh động hiệu việc chiếu xạ tia γ 15 krad vào hạt nảy mầm thời điểm 69 biến tính cảm quang giống lúa Tám thơm Hải Hậu, Tài nguyên đục Tép Hành Nhờ vậy, thể đột biến tạo trồng hai vụ năm Cụ thể "Tám thơm đột biến" (giống quốc gia năm 2000) hồn tồn cảm quang, có TGST ngắn giữ mùi thơm, chịu rét cho suất tương đương giống gốc Hơn nữa, giống có khả thích ứng rộng (Nguyễn Minh Cơng cs, 1999; Đỗ Hữu Ât cs, 2000), "Tép hành đột biến" (giống quốc gia năm 1999) có nhiều ưu điểm cảm quang, TGST chiều cao rút ngắn gần 50% giống gốc suất cao gấp đôi "Tài nguyên đột biến" (giống quốc gia năm 1997) có nhiều ưu điểm bật so với Tài nguyên đục tạo cách Tóm lại, tình hình nghiên cứu chọn giống đột biến lúa nước ta 10 năm qua đạt thành tựu to lớn Việt Nam IAEA/FAO xếp vào bảy quốc gia đứng đầu giới số lượng giống lúa đột biến đứng thứ tư khu vực Châu - Thái Bình Dương (sau Trung Quốc, Nhật Bản ấn Độ), với 40 giống bao gồm: lúa27, ngô-2, lạc-2 đậu tương-5, cà chua-2 táo-2 (Trần Duy Quý, 1997) Trong tiến vượt bậc ấy, Viện DTNN đóng góp thật đáng kể, với 17 giống lúa giống trồng khác tạo phương pháp đột biến Với kết đó, từ 1995 đến nay, nước ta trở thành thành viên thức Hiệp hội Chọn giống Đột biến Khu vực Châu Á mà Viện 156 DTNN quan đầu mối Điều khẳng định hướng đắn có hiệu lĩnh vực khoa học Tài liệu Tham khảo Tiếng Việt Nguyễn Văn Hiển (chủ biên, 2000): Chọn giống trồng NXB Giáo Dục, Hà Nội Trần Đình Long (chủ biên, 1997): Chọn giống trồng (Giáo trình cao học nơng nghiệp) NXB Nơng Nghiệp, Hà Nội Trần Duy Quý (1997): Các phương pháp chọn tạo giống trồng NXB Nông Nghiệp Lê Duy Thành (2000): Cơ sở di truyền chọn giống thực vật NXB KH & KT, Hà Nội Tiếng Anh Chopra, V.L (Ed., 1989): Plant Breeding: Theory and Practice Oxford & IBH Publishing Co PVT, Ltd Falconer D.S and Mackay T.F.C (1996): Introduction to Quantitative Genetics 4th edn Longman Group, Harlow Hayward MD, N.O Bosemark, I Ramagosa, Coordinating ed M.C Cerezo (1994): Plant Breeding: Principles and Prospects 2nd ed Chapman & Hall, Inc., London Matsuo Y., Futsuhara F., Kikuchi F., Yamaguchi H (Eds., 1997): Science of The Rice Plant, Volume Three: Genetics FAPRC, Tokyo, Japan Murray, D.R (1991): Advanced Methods in Plant Breeding and Biotechnology C-A-B International Publisher, London ... tra, chọn lọc kết hợp với phương pháp chọn giống khác lai tạo, gây đột biến III Phát sinh đột biến thực nghiệm chọn giống thực vật Lược sử nghiên cứu ứng dụng PSĐB thực nghiệm chọn giống thực vật. .. thành thể đa bội tự nhiên 2.1 Sự phân bố thể đa bội tự nhiên Hiện tượng đa bội hoá phổ biến giới thực vật từ hạ đẳng đến thượng đẳng, đặc biệt thực vật có hoa Hơn số lồi thực vật có hoa dạng đa bội. .. thể loài phục hồi Như vậy, giao tử thể đa bội rõ ràng đơn bội thể lưỡng bội Thông thường, người ta phân biệt hai kiểu thể đa bội: (1) thể đa 134 bội nguồn hay thể tự đa bội (autopolyploids) thể