BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HỒ CHÍ MINH
___________________
Trần Phạm Duy Quang
LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC
Thành phố Hồ Chí Minh – 2012
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HỒ CHÍ MINH
___________________
Trần Phạm Duy Quang
Chuyên ngành : Sinh học thực nghiệm
Mã số
: 60 42 30
LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
TS. NGUYỄN THỊ MONG
Thành phố Hồ Chí Minh - 2012
1.3.1.1. Chiều cao cây và tính kháng đổ ngã ...............................................7
1.3.1.2. Tính trạng hình thái lá.....................................................................7
1.3.1.3. Tính trạng hình dạng bông lúa ........................................................8
1.3.1.4. Đặc điểm của hạt ............................................................................9
1.3.2. Sự di truyền một số tính trạng sinh lý .................................................10
1.3.2.1. Tính trạng thời gian sinh trưởng ...................................................10
1.3.2.2. Khả năng đẻ nhánh .......................................................................12
1.3.3. Sự di truyền một số tính trạng sinh hóa ..............................................13
1.3.3.1. Hàm lượng amylose ......................................................................13
1.3.3.2. Hàm lượng protein ........................................................................13
1.3.3.3. Độ hóa hồ ......................................................................................14
1.3.3.4. Độ bền thể gel ...............................................................................14
1.4. Tác nhân gây đột biến ................................................................................14
1.4.1. Tác nhân phóng xạ gây đột biến..........................................................14
1.4.1.1. Nhóm phóng xạ không gây ion hóa ..............................................15
1.4.1.2. Nhóm phóng xạ gây ion hóa .........................................................15
1.4.2. Tác dụng của tia gamma nguồn Co60 lên vật chất di truyền ...............16
1.4.2.1. Tác dụng của tia gamma lên vật chất di truyền ở cấp độ phân tử
(tác động lên phân tử ADN) .........................................................16
1.4.2.2. Tác dụng của tia gamma lên vật chất di truyền ở cấp độ tế bào ...17
1.4.2.3. Tác dụng của phóng xạ đối với thực vật .......................................18
1.4.3. Một số nhân tố ảnh hưởng tới hiệu quả gây đột biến của tia gamma .20
1.4.3.1. Kiểu gen ........................................................................................20
1.4.3.2. Độ ẩm của hạt ...............................................................................21
1.4.3.3. Các giai đoạn khác nhau trong quá trình phát triển cá thể ...........21
1.4.3.4. Các pha khác nhau của chu kỳ tế bào ...........................................21
1.4.3.5. Các nhân tố khác ...........................................................................22
1.5. Lược sử nghiên cứu hiệu quả gây đột biến của tia gamma (Co60) trên lúa
3.2.1.2. Đột biến cây cao ...........................................................................40
3.2.1.3. Đột biến về kích thước và màu sắc thân .......................................43
3.2.2. Đột biến về bông, hạt và lá ..................................................................45
3.2.2.1. Đột biến chiều dài bông ................................................................45
3.2.2.2. Đột biến cách sắp xếp hạt trên bông .............................................50
3.2.2.3. Đột biến lá đòng............................................................................53
3.3. Sự phát sinh đột biến về khả năng sinh trưởng ở M2 do xử lý bằng tia
gamma (nguồn Co60) trên các giống lúa nghiên cứu .................................56
3.3.1. Đột biến về khả năng đẻ nhánh ...........................................................56
3.3.1.1. Đột biến đẻ nhánh nhiều ...............................................................57
3.3.1.2. Đột biến đẻ nhánh ít ......................................................................60
3.3.2. Đột biến về thời gian sinh trưởng........................................................61
3.4. Sự phát sinh đột biến về các yếu tố cấu thành năng suất ở M2 do xử lý
bằng tia gamma (nguồn Co60) trên các giống lúa nghiên cứu....................64
3.4.1. Đột biến tăng số nhánh hữu hiệu/khóm ..............................................64
3.4.2. Đột biến về kích thước hạt ..................................................................67
3.4.2.1. Đột biến hạt to ..............................................................................67
3.4.2.2. Đột biến hạt nhỏ............................................................................69
3.5. Sự sai khác về đặc tính sinh hóa của dạng đột biến so với dạng gốc ở M3............70
3.6. Đặc điểm nông sinh học của các dạng đột biến có giá trị ở M3 ................73
3.6.1. Đặc điểm nông sinh học của thể đột biến chín sớm ở M3 ..................73
3.6.1.1. Sinh trưởng và phát triển của giai đoạn mạ ................................74
3.6.1.2. Khả năng đẻ nhánh .....................................................................74
3.6.1.3. Chiều dài và chiều rộng lá đòng .................................................74
3.6.1.4. Chiều cao cây..............................................................................74
3.6.1.5. Độ tàn lá......................................................................................75
3.6.1.6. Độ rụng hạt .................................................................................75
3.6.1.7. Chiều dài bông ............................................................................75
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
ĐC
: Đối chứng
TD 1
: Tám Dự 1
TD 2.2 : Tám Dự 2.2
Nxb
: Nhà xuất bản
Tp
: Thành phố
KHKT : Khoa học kỹ thuật
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 3.1.
Tỷ lệ sống sót qua các thời kì sinh trưởng và phát triển ở thế hệ
M2 khi xử lí bằng tia gamma nguồn Co60 trên các giống lúa
nghiên cứu ......................................................................................... 34
Bảng 3.8.
Sự phát sinh đột biến chín sớm ở M2 do tác dụng của tia gamma
nguồn Co60.. ...................................................................................... 61
Bảng 3.9.
Sự phát sinh đột biến tăng số nhánh hữu hiệu/khóm ở M2 do tác
dụng của tia gamma nguồn Co60 ....................................................... 65
Bảng 3.10. Sự phát sinh đột biến kích thước hạt ở M2 do tác dụng của tia
gamma nguồn Co60 ............................................................................ 67
Bảng 3.11. Một số chỉ tiêu sinh hóa của TD 1 ở M3........................................... 71
Bảng 3.12. Một số chỉ tiêu sinh hóa của TTĐB ở M3 ........................................ 71
Bảng 3.13. Một số chỉ tiêu sinh hóa của TD 2.2 ở M3 ....................................... 71
Bảng 3.14. Đặc điểm nông sinh học của các dạng đột biến chín sớm ở M3 ....... 77
Bảng 3.15. Tần số đột biến đẻ nhánh nhiều phát sinh ở M3 ............................... 78
Bảng 3.16. Đặc điểm nông sinh học của các dạng đẻ nhánh khỏe ở M3 ............ 80
Bảng 3.17. Đặc điểm nông sinh học của các dạng đột biến hạt to ở M3 ............ 82
Bảng 3.18. Đặc điểm nông sinh học của các dạng đột biến hạt xếp xít ở M3 .... 84
Bảng 3.19. Đặc điểm nông sinh học của các dạng đột biến tăng chiều dài
bông ở M3 ........................................................................................ 86
DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 3.1.
Hình 3.9
Đột biến thân thấp, xanh đậm ở TD1 liều xạ 10 kR ......................... 43
Hình 3.10 Đột biến thân nhỏ, màu tím đậm ở TD 2.2 liều xạ 10 kR ................ 44
Hình 3.11 Biểu đồ tần số đột biến bông ngắn ở M2 .......................................... 46
Hình 3.12 Đột biến bông ngắn ở TTĐB ............................................................ 47
Hình 3.13 Biểu đồ tần số đột biến bông dài ở M2 ............................................ 48
Hình 3.14 Đột biến bông dài ở TTĐB ............................................................... 48
Hình 3.15 Biểu đồ tần số đột biến bông có hạt xếp xít ở M2 ............................ 50
Hình 3.16 Đột biến bông có hạt xếp xít ở TD 2.2 .............................................. 50
Hình 3.17 Biến dị vỏ trấu dị dạng ở TD 2.2 ...................................................... 51
Hình 3.18 Biến dị hạt màu tím, dẹt đầu ở TD 2.2 .............................................. 52
Hình 3.19 Biểu đồ tần số đột biến góc lá đòng ở M2 ........................................ 53
Hình 3.20 Đột biến góc lá đòng rộng ở TTĐB liều xạ 10 kR ............................ 54
Hình 3.21 Đột biến góc lá đòng rộng ở TD 1 liều xạ 15 kR .............................. 54
Hình 3.22 Đột biến giảm kích thước lá đòng ở TD 2.2 liều xạ 10 kR ............... 55
Hình 3.23 Biểu đồ tần số đột biến đẻ nhánh nhiều ở M2 .................................. 58
Hình 3.24 Đột biến đẻ nhánh nhiều ở TD 2.2 liều xạ 10 kR ............................. 58
Hình 3.25 Biểu đồ tần số đột biến đẻ nhánh ít ở M2 ......................................... 59
Hình 3.26 Đột biến đẻ nhánh ít ở TD 2.2 liều xạ 10 kR .................................... 60
Hình 3.27 Biểu đồ tần số đột biến chín sớm ở M2 ............................................ 62
Hình 3.28 Đột biến trổ bông sớm ở TD 1 ......................................................... 62
Hình 3.29 Đột biến chín sớm ở TD 1 ................................................................. 63
Hình 3.30 Biểu đồ tần số đột biến tăng số nhánh hữu hiệu/khóm ở M2 ........... 65
Hình 3.31 Đột biến tăng số nhánh hữu hiệu/khóm ở TD 2.2 liều xạ 10 kR ...... 65
Hình 3.32 Biểu đồ tần số đột biến hạt to ở M2 .................................................. 67
khẩu là hết sức cần thiết.
Với mục tiêu chính là phát hiện các thể đột biến thực nghiệm có giá trị
nhằm cải tạo nhược điểm của một số giống lúa đặc sản phục vụ chương trình cải
tiến giống, chúng tôi quyết định chọn đề tài “Nghiên cứu sự di truyền và biểu
hiện của một số biến dị thực nghiệm của hai giống lúa tẻ: Tám thơm đột
biến, Tám-Dự khi chịu tác động của tia Gamma - nguồn Co60”.
2. Mục đích nghiên cứu
Xác định được một số thể đột biến có đặc điểm tốt về hình thái, năng suất
và hiệu quả kinh tế nhằm phục vụ nhu cầu người dân và góp phần tăng giá trị sản
xuất lúa.
3. Nhiệm vụ nghiên cứu
- Phát hiện các dạng biến dị về hình thái, sinh lí ở các giống lúa nghiên cứu.
- Theo dõi và so sánh các chỉ tiêu về hình thái, sinh lí, sinh hóa của các thể
đột biến so với đối chứng.
- Theo dõi sự di truyền các tính trạng tốt từ các thể đột biến qua thế hệ sau.
- Chọn lọc các thể đột biến có giá trị kinh tế.
4. Phạm vi nghiên cứu
- Theo dõi và so sánh các đặc điểm hình thái, tính trạng của dạng biến dị
so với đối chứng ở thế hệ M1, M2.
- Nghiên cứu một số đặc điểm nông sinh học của các thể đột biến chín
sớm và đẻ nhánh nhiều phát sinh ở M2.
- Nghiên cứu và phân tích các chỉ tiêu sinh hóa hoặc di truyền của các thể
đột biến chín sớm và đẻ nhánh nhiều trong phòng thí nghiệm.
5. Ý nghĩa của đề tài
- Ý nghĩa khoa học
• Hiểu được cơ chế tác dụng của tia phóng xạ gamma (nguồn Co60)
lên các giống lúa, từ đó có thể vận dụng cơ chế tác động của tia
phóng xạ lên một số đối tượng Thực vật khác.
Tha vùng Korat với những mảnh gốm trên tầng văn hóa đá mới có dấu vết của vỏ
trấu Oryza sativa. Những di vật này đã có từ 4000 năm trước công nguyên [5].
Ở nước ta theo các tài liệu tin cậy được công bố thì cây lúa đã được trồng
phổ biến và nghề trồng lúa đã khá phồn thịnh ở thời kì đồ đồng (khoảng năm
4000 – 3000 trước công nguyên) [9].
1.1.2. Nguồn gốc thực vật
Lúa là cây hằng niên có tổng số NST 2n = 24. Cây lúa thuộc họ Gramineae
(hòa thảo), tộc Oryzeae, chi Oryza. Oryza có khoảng 20 loài phân bố ở vùng
nhiệt đới ẩm của Châu Phi, Nam và Đông Nam Châu Á, Nam Trung Quốc, Nam
và Trung Mỹ và một phần ở Úc Châu (Chang, 1976 theo De Datta, 1981). Trong
đó chỉ có 2 loài là lúa trồng, cả 2 thuộc loại nhị bội (2n=24) có bộ gen là AA, còn
lại là lúa hoang hằng niên và đa niên. Loài lúa trồng quan trọng nhất, thích nghi
rộng rãi và chiếm đại bộ phận diện tích lúa thế giới là Oryza sativa L. Loài này
hầu như có mặt ở khắp nơi từ đầm lầy đến sườn núi, từ vùng xích đạo nhiệt đới
đến ôn đới, từ khắp vùng phù sa nước ngọt đến vùng đất cát sỏi ven biển nhiễm
mặn phèn,… [6]
Một loài lúa trồng nữa là Oryza glaberrima Steud., chỉ được trồng giới hạn
ở một số quốc gia Tây Phi Châu và hiện đang bị thay thế dần bởi Oryza sativa L.
[6].
Về phương diện thực vật học thì lúa trồng hiện nay là do lúa dại qua chọn
lọc tự nhiên và chọn lọc nhân tạo lâu đời hình thành. Theo H.I.Oka thì sơ đồ diễn
Japonica
biến quá trình hình thành lúa trồng có thể như sau:
Sativa
Indica
Asian
perennis
Spontanea
dương chặt chẽ giữa chiều dài, chiều rộng và diện tích lá tương ứng.
- Có mối tương quan dương ở mức độ khác nhau giữa chiều dài của các
lóng, giữa mặt cắt ngang thân và độ dày của thân ở các lóng khác nhau. Độ dày
của thân tương quan dương với số gié/bông; thân càng dày bông càng nhiều gié.
- Phải có khả năng chống đổ.
Các đặc điểm trên cho thấy: kích cỡ cây giảm mạnh và sản phẩm sinh khối
cây càng cao là 2 yếu tố cực kì quan trọng để đánh giá sự tăng tiềm năng năng
suất của các giống lúa. Tuy nhiên, mức độ phát huy tiềm năng, năng suất của một
giống còn phụ thuộc vào các điều kiện sinh thái thích hợp.
Virk P.S và Khush G.S (2002) [10] đề xuất kiểu cây lúa lý tưởng cho vùng
nhiệt đới, cụ thể như sau: có khả năng đẻ nhánh yếu, ít nhánh vô hiệu, có khoảng
250 hạt/bông, chiều cao cây từ 90-100cm, thân dày và chắc, có lá dày, màu xanh
thẫm và mọc đứng, bộ rễ phát triển mạnh, thời gian sinh trưởng từ 100-130 ngày,
chỉ số thu hoạch cao, có khả năng kháng tốt đối với sâu bệnh và điều kiện bất
thuận, chống đỡ tốt, chất lượng và hình dạng hạt mong muốn; có hàm lượng sắt
và kẽm cao, chất lượng dinh dưỡng ưu việt. Những giống lúa như vậy thường
thuộc loại hình Indica.
1.3.
Đặc điểm nông – sinh học của cây lúa
1.3.1. Sự di truyền một số tính trạng hình thái
1.3.1.1.
Chiều cao cây và tính kháng đổ ngã
Về hệ gen kiểm soát chiều cao cây lúa, theo Chang (1964), chiều cao cây
lúa được kiểm tra bởi một số gen tương tác theo kiểu cân bằng như: D, Sm, md,
dw, T và D. Mức độ chi phối tính trạng chiều cao cây của chúng theo thứ tự:
và chiều rộng lá được kiểm soát bởi hệ thống di truyền khác nhau và mỗi tính
trạng được kiểm soát bởi nhiều gen.
Kramer (1974) sử dụng phép lai diallel giữa 7 giống lúa khác nhau về
chiều dài và chiều rộng phiến lá, kết quả cho thấy: lá đòng thường ngắn hơn lá
công năng, hai lá trên được kiểm soát bời các hệ thống di truyền khác nhau, đối
với cả hai loại lá trên đều thấy hiện tượng siêu trội. Tuy nhiên đối với lá đòng,
hầu hết các gen trội đều tác động theo hướng làm cho phiến lá dài. Còn ở lá công
năng thì số gen trội và số gen lặn với số lượng tương đương thì tác động tương tự
như trên [19].
Chiều rộng của lá ít biến đổi hơn chiều dài, dù vậy sự khác biệt cũng rất rõ
cho cả giống lúa lùn lẫn cao. Lá hẹp thường được cho là góp phần tạo năng suất
cao vì nó phân bố đều hơn lá rộng, ít gây bóng rợp trong tán lá [12].
Từ kết quả thực nghiệm của mình, Kikuchi và cộng sự (1978) đã cho rằng:
phiến lá rộng là trội không hoàn toàn, tính trạng chiều rộng lá đòng được kiểm
soát bởi nhiều gen.
1.3.1.3.
Tính trạng hình dạng bông lúa
* Chiều dài bông lúa:
Khush, 1991 đưa ra kết luận: gen lặn đột biến đánh dấu “sp” trực tiếp xác
định bông dài ở dạng ban đầu. Dưới tác dụng của phóng xạ, locus Sp có thể phát
sinh đột biến lặn theo nhiều hướng khác nhau, có hướng tăng cường chiều dài
bông (ví dụ: Sp 1 >sp 1 ,sp 2 ,sp 3 ) ở các mức độ khác nhau.
Theo nghiên cứu của Vanderstok J.E (1910), Jones (1928) và Ramiah
(1930), kiểu hình bông dài là trội so với bông ngắn và phân ly theo kiểu đa phân,
chứng tỏ có nhiều gen chi phối tính trạng chiều dài bông.
Đến năm 1958, Syakudo đề xuất: tính trạng chiều dài bông do 6 gen đa
trung bình > hạt ngắn > hạt rất ngắn. [19]
Chandraratna và Sakai (1960) phát hiện hiện tượng di truyền theo dòng
mẹ về kích thước hạt ở một số giống lúa Indica.
Shakudo (1951), Takeda (1952) cùng phát hiện được các gen đột biến trội
không hoàn toàn, quy định tính trạng hạt dài và tác động đa hiệu lên chiều cao
cây của một số thể đột biến. [19]. Shakudo (1951), tìm thấy một gen trội không
hoàn toàn tác động đa hiệu lên chiều dài hạt và chiều cao cây.
Chang (1928) nghiên cứu sự di truyền chiều dài hạt qua phép lai giữa hạt
ngắn (4,1mm) và hạt dài (8,8mm) đã phát hiện ở quần thể F 2 có sự phân ly theo
tỷ lệ 1:2:1, tính trạng hạt ngắn là trội không hoàn toàn so với tính trạng hạt dài.
Chandararatna (1960), Chandhary (1984), Trần Duy Quý (1988,1992) đều
cho rằng, tính trạng hạt tròn là trội so với hạt dài, phép lai giữa giống hạt tròn và
hạt dài có tỷ lệ 3 hạt tròn: 1 hạt dài ở F 2 [19].
* Râu trên hạt
Phần lớn các nhà chọn giống chọn hạt không râu vì râu thường cứng, dài
và làm trở ngại việc đập và xay lúa. Các dòng lúa có một ít hạt có râu trên bông,
nhất là các hạt ngoài cùng, không đặt thành vấn đề quan trọng và không nên loại
bỏ chỉ vì hình thái đó [12].
1.3.2. Sự di truyền một số tính trạng sinh lý
1.3.2.1.
Tính trạng thời gian sinh trưởng
Thời gian sinh trưởng của cây lúa tính từ nảy mầm cho đến chín thay đổi
từ 90 đến 180 ngày tuỳ theo giống và điều kiện ngoại cảnh [7]. Thời gian sinh
trưởng của cây còn phụ thuộc vào thời vụ gieo cấy với điều kiện ngoại cảnh khác
nhau [7].
Về bản chất di truyền của tính trạng này, theo Chang (1964) và Grist
Khush và Toenniessen (1991) đã kết luận rằng: có 10 locus kiểm tra thời
gian sinh trưởng của lúa và chia làm 2 nhóm:
- Nhóm gen điều khiển pha sinh trưởng cơ bàn chủ yếu bị chi phối bởi các
locus Ef-1, mEf-1, Ef-2 (hay lf-1), Ef-3(t) (hay lf-2), Ef-4(t) (hay lf-3(t)).
- Nhóm gen điều khiển pha cảm ứng quang chu kì bao gồm các locus E1, E2,
E3 phối hợp với các locus Se-1, I-Se-1, Se-2, Se-3.
Sự phối hợp tác động giữa các locus thuộc hai nhóm gen trên gây nên sự
biến đổi về thời gian sinh trưởng ở các giống lúa khác nhau [19].
1.3.2.2.
Khả năng đẻ nhánh
Khả năng đẻ nhánh của cây lúa được kiểm tra bởi ít nhất 3 gen đa phân
(Polymery). Một số tác giả cho rằng tính trạng này chịu ảnh hưởng của điều kiện
ngoại cảnh và có liên quan trực tiếp tới sự tổ hợp của các alen “Ti 1 ”, “Ti 2 ” và
“Ti 3 ”, đẻ nhánh khoẻ là tính trạng lặn.
Nguyễn Minh Công và cộng sự (2000) cho biết: những cây đồng hợp tử về
các alen trội của các locus “Ti 1 ”, “Ti 2 ” và “Ti 3 ” có khả năng đẻ nhánh rất yếu
hoặc không đẻ nhánh. Tuỳ theo cặp alen lặn có trong kiểu gen nhiều hay ít mà
khả năng đẻ nhánh mạnh hay yếu, các giống đẻ nhánh khoẻ hoặc rất khoẻ có
chứa 3 cặp gen lặn ti 1 ti 1 ti 2 ti 2 ti 3 ti 3 , còn giống đẻ nhánh yếu có chứa một cặp gen
lặn, giống đẻ nhánh trung bình hoặc khá có chứa 2 cặp gen lặn.
Kinosshita, 1984 đã phát hiện một gen đột biến lặn, ký hiệu là rcn, tác
động đa hiệu làm giảm khả năng đẻ nhánh và gây nên tính lùn ở giống lúa đột
biến AC-11 trong điều kiện gieo trồng tự nhiên.
Maekawa và cộng sự (1991) công bố 4 gen lặn đột biến không alen với ký
hiệu là rcn-1, rcn-2, rcn-3, rcn-4, có tác động làm giảm số bông hữu hiệu/khóm,
giảm chiều cao cây ở các mức độ khác nhau, trong đó có cả những gen biểu hiện
HilleRisLamber và cộng sự (1973), Vijayachandra và Mohanty (1977).
Copyright: Tài liệu đại học ©