Nghiên Cứu Tác Động Của Tia Gamma Đến Sinh Học Của Giống Lúa Đặc Sản

Khóa luận nghiên cứu tác động của tia gamma Co60 lên chỉ tiêu sinh học của giống lúa nàng thơm chợ đào, góp phần phát triển nông nghiệp.

• Tác giả: Nguyen Thi Tan Luong
• Người hướng dẫn: Thạc Sĩ Nguyen Thi Mong
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Sinh Học
• Đề tài: Nghiên Cứu Tác Động Của Tia Gamma Đến Sinh Học Của Giống Lúa Đặc Sản
• Loại tài liệu: Luận Văn Tốt Nghiệp
• Năm xuất bản: 2001
• Địa điểm: TP HCM

Mục lục chi tiết

• LỜI CÁM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 2.1. Lịch sử và thành tựu nghiên cứu tác dụng gây đột biến của tia gamma trên lúa nước
• 2.2. Cơ chế tác động của gamma đến quá trình sinh trưởng và phát triển của cây trồng
• 2.3. Vai trò của các gốc tự do được hình thành do chiếu xạ hạt giống
• 2.4. Những thay đổi hóa lý của phân tử Enzim và vai trò của chúng trong hiệu ứng kích thích phóng xạ
• 2.5. Ảnh hưởng của bức xạ ion hóa đến sự tổng hợp các chất kích thích sinh trưởng
• 2.5.1. Auxin
• 2.5.2. Giberelin
• 2.5.3. Xitokinin
• 2.6. Ảnh hưởng của bức xạ ion hóa đến hàm lượng diệp lục và cường độ quang hợp
• 2.7. Phương pháp chiếu xạ hạt giống và các phương pháp xử lý phóng xạ thực vật
• 2.8. Hiệu quả của xử lý phóng xạ trên thực vật
• 3. CHƯƠNG 3: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ
• PHỤ LỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Nghiên Cứu Tác Động Của Tia Gamma

Nghiên cứu về tác động của tia gamma đến sinh học của giống lúa đặc sản đang thu hút sự quan tâm lớn trong lĩnh vực nông nghiệp. Tia gamma, một loại bức xạ ion hóa, đã được chứng minh có khả năng kích thích sự phát triển và năng suất của cây trồng. Việc áp dụng công nghệ này không chỉ giúp cải thiện chất lượng giống lúa mà còn góp phần nâng cao sản lượng lúa gạo, một trong những nguồn thực phẩm chính của thế giới.

1.1. Lịch Sử Nghiên Cứu Tia Gamma Trong Nông Nghiệp

Từ những năm 1960, các nhà khoa học đã bắt đầu nghiên cứu tác động của tia gamma lên cây trồng. Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng chiếu xạ hạt giống bằng tia gamma có thể tạo ra các biến dị có lợi, giúp tăng năng suất và chất lượng sản phẩm.

1.2. Tầm Quan Trọng Của Giống Lúa Đặc Sản

Giống lúa đặc sản không chỉ có giá trị kinh tế cao mà còn mang lại lợi ích dinh dưỡng cho người tiêu dùng. Việc nghiên cứu tác động của tia gamma đến giống lúa này có thể mở ra hướng đi mới cho ngành nông nghiệp Việt Nam.

II. Vấn Đề Và Thách Thức Trong Nghiên Cứu Tia Gamma

Mặc dù có nhiều lợi ích, nhưng việc nghiên cứu tác động của tia gamma cũng gặp phải không ít thách thức. Các nhà nghiên cứu cần phải cân nhắc giữa liều lượng tia gamma và khả năng chịu đựng của giống lúa. Nếu liều lượng quá cao, có thể gây tổn thương cho cây trồng, dẫn đến giảm năng suất.

2.1. Rủi Ro Khi Sử Dụng Tia Gamma

Việc sử dụng tia gamma không đúng cách có thể dẫn đến các biến đổi gen không mong muốn, ảnh hưởng đến sự phát triển của cây trồng. Do đó, cần có các nghiên cứu kỹ lưỡng để xác định liều lượng tối ưu.

2.2. Khó Khăn Trong Việc Đánh Giá Kết Quả

Đánh giá tác động của tia gamma đến sinh học của giống lúa đặc sản là một quá trình phức tạp. Cần có các chỉ tiêu rõ ràng để đo lường hiệu quả của phương pháp này trong thực tiễn.

III. Phương Pháp Nghiên Cứu Tác Động Của Tia Gamma

Để nghiên cứu tác động của tia gamma, các nhà khoa học thường áp dụng nhiều phương pháp khác nhau. Một trong những phương pháp phổ biến là chiếu xạ hạt giống trước khi gieo trồng. Phương pháp này giúp kích thích sự phát triển của cây trồng và tăng cường khả năng chống chịu với sâu bệnh.

3.1. Chiếu Xạ Hạt Giống Trước Khi Gieo

Chiếu xạ hạt giống bằng tia gamma giúp tạo ra các biến dị có lợi, từ đó nâng cao năng suất và chất lượng giống lúa. Nghiên cứu cho thấy, hạt giống được chiếu xạ có khả năng nảy mầm tốt hơn và phát triển mạnh mẽ hơn.

3.2. Theo Dõi Sự Phát Triển Của Cây Trồng

Sau khi chiếu xạ, việc theo dõi sự phát triển của cây trồng là rất quan trọng. Các chỉ tiêu như chiều cao cây, số lượng bông, và năng suất cần được ghi nhận để đánh giá hiệu quả của tác động của tia gamma.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Của Nghiên Cứu Tia Gamma

Nghiên cứu về tác động của tia gamma không chỉ dừng lại ở lý thuyết mà còn có nhiều ứng dụng thực tiễn trong sản xuất nông nghiệp. Việc áp dụng công nghệ này có thể giúp cải thiện năng suất lúa, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thị trường.

4.1. Tăng Năng Suất Lúa Gạo

Việc chiếu xạ hạt giống bằng tia gamma đã chứng minh hiệu quả trong việc tăng năng suất lúa gạo. Nhiều giống lúa sau khi được xử lý đã cho năng suất cao hơn so với giống đối chứng.

4.2. Cải Thiện Chất Lượng Sản Phẩm

Ngoài việc tăng năng suất, tác động của tia gamma còn giúp cải thiện chất lượng sản phẩm. Các giống lúa được chiếu xạ thường có hàm lượng dinh dưỡng cao hơn, đáp ứng tốt hơn nhu cầu của người tiêu dùng.

V. Kết Luận Về Tương Lai Của Nghiên Cứu Tia Gamma

Nghiên cứu về tác động của tia gamma đến sinh học của giống lúa đặc sản mở ra nhiều triển vọng cho ngành nông nghiệp. Với sự phát triển của công nghệ, việc ứng dụng tia gamma trong sản xuất nông nghiệp sẽ ngày càng trở nên phổ biến và hiệu quả hơn.

5.1. Triển Vọng Phát Triển Giống Lúa Mới

Nghiên cứu này có thể dẫn đến việc phát triển các giống lúa mới có năng suất cao và chất lượng tốt hơn. Điều này không chỉ giúp nâng cao đời sống nông dân mà còn góp phần đảm bảo an ninh lương thực.

5.2. Hướng Đi Mới Trong Nông Nghiệp

Việc áp dụng tác động của tia gamma trong nông nghiệp có thể mở ra hướng đi mới cho ngành sản xuất lúa gạo. Các nhà khoa học cần tiếp tục nghiên cứu để tối ưu hóa phương pháp này, từ đó mang lại lợi ích lớn cho nền nông nghiệp Việt Nam.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Lúa gạo là nguồn lương thực thiết yếu nuôi sống hơn 65% dân số thế giới với tổng diện tích gieo trồng toàn cầu đạt khoảng 150 triệu hecta. Tại Việt Nam, canh tác lúa nước giữ vai trò trụ cột trong an ninh lương thực và xuất khẩu với diện tích canh tác trên 6 triệu hecta, đóng góp sản lượng hàng chục triệu tấn mỗi năm. Trong cơ cấu sản xuất, giống lúa Nàng Thơm Chợ Đào tại huyện Cần Đước, tỉnh Long An là giống lúa đặc sản nức tiếng với chất lượng gạo thơm ngon, cơm mềm dẻo và giữ hương vị lâu. Tuy nhiên, giống lúa này bộc lộ những hạn chế sinh học rõ rệt: thân cây quá cao từ 145 đến 160 cm khiến cây rất dễ bị đổ ngã khi gặp gió mưa, thời gian sinh trưởng dài từ 155 đến 165 ngày và tính cảm quang khắt khe khiến năng suất chỉ dao động ở mức khiêm tốn khoảng 3,0 tấn/ha.

Trước thực trạng đó, việc ứng dụng công nghệ hạt nhân thông qua phương pháp chiếu xạ tia phóng xạ gamma từ nguồn Cobalt-60 ($Co^{60}$) mở ra hướng đi đột phá nhằm tạo nguồn biến dị di truyền mới. Mục tiêu trọng tâm của nghiên cứu là khảo sát tác động của tia gamma ở các liều lượng 10 Kr và 15 Kr lên các chỉ tiêu sinh học, khả năng nảy mầm, động thái sinh trưởng và các yếu tố cấu thành năng suất của giống lúa Nàng Thơm Chợ Đào. Phạm vi nghiên cứu được triển khai thực nghiệm tại vườn thực vật trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh kết hợp đối chứng ngoài ruộng thực nghiệm trong niên khóa 1997 - 2001. Kết quả nghiên cứu mang ý nghĩa thực tiễn to lớn khi giúp giảm chiều cao cây hơn 25 cm, tăng tính kháng đổ ngã, tạo tiền đề cải tạo giống lúa cổ truyền thành dòng lúa thuần có năng suất cao và phẩm chất vượt trội.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu xây dựng trên nền tảng sinh học phóng xạ và di truyền học chọn giống thực vật hiện đại:

• Cơ chế tác động của bức xạ ion hóa và gốc tự do: Dưới tác dụng của tia phóng xạ gamma, hiện tượng xạ phân nước diễn ra tạo thành các gốc tự do hoạt động mạnh như $R^\bullet, ROO^\bullet$ trong thời gian cực ngắn dưới $10^{-6}$ giây. Các gốc tự do này tấn công vào liên kết hydro của phân tử sinh học, phá vỡ cấu trúc màng lipoprotein, giải phóng và kích hoạt các hệ enzyme trao đổi chất.
• Cơ chế kích thích sinh trưởng và phytohormone: Chiếu xạ liều thấp và vừa kích thích sự tổng hợp các chất điều hòa sinh trưởng thực vật quan trọng bao gồm Auxin (axit Indolilaxetic - IAA), Gibberellin và Xitokinin (chất zeatin). Sự biến đổi nồng độ enzyme amylase và protease thúc đẩy quá trình thủy phân chất dự trữ trong phôi mầm, hỗ trợ phân chia và kéo dài tế bào non.
• Mô hình tán cây lý tưởng theo Tsunoda: Cây lúa có năng suất tối ưu khi sở hữu bộ lá đứng thẳng, phiến lá dày, hẹp và xanh đậm. Cấu trúc này giúp ánh sáng phân bố đồng đều xuống các tầng lá dưới, giảm thiểu diện tích bóng rợp và hạ thấp cường độ hô hấp vô ích của cây.

Các khái niệm then chốt được áp dụng xuyên suốt gồm: Liều bán chết ($LD_{50}$), thường biến phóng xạ, đột biến di truyền thế hệ M1 và hệ số di truyền tính trạng nông học.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn vật liệu thí nghiệm là hạt giống lúa Nàng Thơm Chợ Đào thuần chủng do Viện Khoa học Kỹ thuật Nông nghiệp Miền Nam cung cấp. Nghiên cứu thực hiện chọn mẫu hạt giống đồng nhất về độ mẩy và sức sống, chia thành các lô thí nghiệm chính:

• Xử lý hạt sau khi ngâm và ủ 66 giờ bằng tia gamma liều lượng 10 Kr.
• Xử lý hạt sau khi ngâm và ủ 70 giờ (hạt vừa nhú mầm) bằng tia gamma liều lượng 10 Kr.
• Xử lý hạt sau khi ngâm và ủ 70 giờ bằng tia gamma liều lượng 15 Kr.
• Lô đối chứng không qua chiếu xạ, canh tác song song trong cùng điều kiện đất, nước và phân bón.

Cỡ mẫu nghiên cứu được thiết kế chuẩn mực với $n = 36$ cây/khóm cho mỗi công thức thí nghiệm trong chậu nhựa và bố trí lặp lại ngoài ruộng thí nghiệm. Phương pháp chọn mẫu ngẫu nhiên phân tầng được áp dụng để theo dõi chặt chẽ các chỉ tiêu: tỷ lệ nảy mầm, tỷ lệ mạ sống sót, chiều cao cây qua 3 giai đoạn sinh trưởng, số nhánh hữu hiệu, chiều dài bông và số hạt chắc. Dữ liệu thực nghiệm được xử lý bằng phương pháp toán thống kê sinh học theo công thức Weber (1864), xác định giá trị trung bình mẫu $\bar{X}$, phương sai $S^2$, sai số chuẩn $S_x$ và ước lượng khoảng tin cậy 95% ($Z = 1,96$). Timeline nghiên cứu thực địa diễn ra liên tục từ vụ mùa gieo cấy tháng 7 năm 2000 đến khi thu hoạch trọn vẹn vào tháng 12 năm 2000.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Nghiên cứu đã ghi nhận những biến đổi sinh học sâu sắc trên giống lúa Nàng Thơm Chợ Đào dưới tác động của các liều chiếu xạ gamma khác nhau:

• Tỷ lệ nảy mầm và sức sống của cây mạ: Liều xạ 10 Kr tác động lên hạt ngâm ủ 66 giờ khiến tỷ lệ nảy mầm giảm sút nghiêm trọng chỉ còn 22,00 ± 2,82% và tỷ lệ mạ sống sót chỉ đạt 2,27 ± 0,727%, giảm hơn 96,46% so với đối chứng (đạt 98,73 ± 0,261%). Ngược lại, khi chiếu xạ vào thời điểm hạt đã nhú mầm sau 70 giờ, tỷ lệ nảy mầm duy trì ở mức rất cao đạt 97,87 ± 0,471% (liều 10 Kr) và 97,13 ± 0,417% (liều 15 Kr), với tỷ lệ mạ sống sót lần lượt là 29,67% và 23,73%.
• Tác động rút ngắn chiều cao cây: Chiều cao cây khi trổ bông ở các lô chiếu xạ giảm rõ rệt. Cây đối chứng đạt chiều cao trung bình 130,69 ± 0,66 cm, trong khi công thức 10 Kr (70 giờ) giảm xuống 105,51 ± 1,37 cm và công thức 15 Kr (70 giờ) giảm còn 103,97 ± 1,38 cm (giảm khoảng 26,72 cm, tương đương mức giảm 20,44%). Tỷ lệ xuất hiện biến dị cây thấp đạt 27,27 ± 4,54% ở liều 10 Kr và 22,20 ± 3,62% ở liều 15 Kr.
• Đặc tính đẻ nhánh và kích thước bông: Xuất hiện biến dị đẻ nhánh nhiều với tần số 16,67 ± 2,70% ở liều 10 Kr sau 70 giờ. Chiều dài bông ở liều xạ 15 Kr (70 giờ) đạt 24,75 ± 2,01 cm, dài hơn đối chứng (24,19 ± 0,28 cm).
• Chỉ số hạt chắc và hiện tượng bất thụ: Ở thế hệ M1, số hạt chắc/bông ở các lô chiếu xạ đều sụt giảm: đối chứng đạt 103,56 ± 2,04 hạt, trong khi liều 10 Kr (70 giờ) đạt 68,81 ± 0,67 hạt (giảm 33,55%) và liều 10 Kr (66 giờ) chỉ còn 37,02 ± 0,68 hạt. Tỷ lệ bông bất thụ ghi nhận ở mức 8,33% (10 Kr) và 11,10% (15 Kr).

Thảo luận kết quả

Sự chênh lệch sâu sắc về tỷ lệ sống giữa mốc 66 giờ và 70 giờ giải thích bằng quy luật phân bào nguyên phân. Ở 66 giờ, tế bào phôi đang ở giai đoạn cuối kỳ trung gian, bộ máy di truyền cực kỳ mẫn cảm với bức xạ. Tia gamma gây tổn thương nặng nề lên các enzyme và màng tế bào, dẫn đến thối rữa mầm hạt. Tại thời điểm 70 giờ, tế bào đã bước qua giai đoạn phân chia, sức chịu đựng cơ học và sinh hóa tăng lên giúp mạ duy trì sức sống ổn định.

Hiện tượng giảm chiều cao cây và xuất hiện dạng thân chụm, cứng cáp là đột biến hình thái quý giá. Dữ liệu này có thể được trình bày rõ nét qua đồ thị đường biểu diễn động thái tăng trưởng chiều cao cây và bảng so sánh các chỉ tiêu hình thái. Cây thấp giúp giảm triệt để nguy cơ ngã đổ, cho phép tăng mật độ gieo cấy để bù đắp năng suất trên mỗi đơn vị diện tích. Kết quả này tương đồng với các phát hiện của Sharma và Kawai trên các giống lúa quốc tế, đồng thời củng cố tính đúng đắn trong việc chọn dòng lùn tương tự như các giống lúa đột biến DT10, DT11 tại Việt Nam. Sự suy giảm số hạt chắc và tỷ lệ nghẹn đòng (11,10%) ở thế hệ M1 là biểu hiện điển hình của tổn thương sinh lý tạm thời hoặc bất thụ phóng xạ, đòi hỏi phải tiếp tục thanh lọc ở thế hệ M2 để cố định các biến dị di truyền có ích.

Đề xuất và khuyến nghị

• Chuẩn hóa quy trình chiếu xạ hạt giống lúa đặc sản: Các viện nghiên cứu di truyền và trung tâm giống cây trồng cần áp dụng chính xác ngưỡng thời gian ngâm ủ 70 giờ (khi hạt vừa nhú mầm) trước khi chiếu xạ nguồn $Co^{60}$, với liều lượng khuyến nghị từ 10 Kr đến 15 Kr. Mục tiêu duy trì tỷ lệ mạ sống sót trên 25% và đạt tỷ lệ biến dị cây thấp trên 20% trong khung thời gian 6 đến 12 tháng.
• Tuyển chọn và thanh lọc dòng thuần ở thế hệ M2 và M3: Đội ngũ chuyên gia chọn giống cần tiếp tục gieo cấy hạt từ bông chính của các cá thể mang biến dị cây thấp và đẻ nhánh nhiều. Đặt mục tiêu loại bỏ 100% các biến dị bất lợi như lúa nghẹn đòng, hạt có râu và bất thụ hạt, nhằm cố định tính trạng thân lùn cứng cáp (chiều cao 85 - 100 cm) trong vòng 2 đến 3 vụ tiếp theo.
• Khảo nghiệm tính cảm quang trong điều kiện ánh sáng ngày dài: Trung tâm khuyến nông và khảo nghiệm giống tại Long An và Tiền Giang cần tiến hành gieo trồng các dòng đột biến triển vọng vào vụ Xuân (thời điểm đầu năm có ngày dài). Mục tiêu xác định dòng lúa mất tính cảm quang, giúp rút ngắn thời gian sinh trưởng xuống dưới 130 ngày và mở rộng khả năng canh tác từ 1 vụ lên 2 vụ/năm.
• Xây dựng mô hình nhân giống và chuyển giao kỹ thuật: Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn phối hợp cùng các hợp tác xã nông nghiệp địa phương xây dựng vùng sản xuất thử nghiệm giống lúa Nàng Thơm Chợ Đào đột biến. Đặt mục tiêu nâng năng suất thực thu từ 3,0 tấn/ha lên mức 4,5 đến 5,0 tấn/ha trong giai đoạn 3 năm, đồng thời bảo tồn nguyên vẹn các chỉ tiêu hương thơm và chất lượng cơm đặc sản.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

• Giảng viên, nghiên cứu sinh và sinh viên ngành Công nghệ Sinh học, Di truyền học: Nguồn tài liệu học thuật giá trị cung cấp phương pháp bố trí thí nghiệm phóng xạ thực vật, kỹ thuật xử lý nguồn Cobalt-60 và ứng dụng toán thống kê sinh học Weber để phân tích biến dị di truyền.
• Chuyên gia chọn tạo giống tại các Viện và Trung tâm nghiên cứu nông nghiệp: Cung cấp thông số thực nghiệm chi tiết về liều chiếu, ngưỡng thời gian ngâm ủ và phổ biến dị hình thái trên giống lúa cảm quang, phục vụ công tác lai tạo giống lúa kháng đổ ngã.
• Cán bộ quản lý nông nghiệp và khuyến nông tại các vùng lúa đặc sản: Căn cứ khoa học phục vụ công tác quy hoạch, phục tráng nguồn gen lúa quý bản địa và xây dựng các chương trình cải tiến giống lúa truyền thống đang bị thoái hóa.
• Doanh nghiệp và hợp tác xã sản xuất lúa gạo chất lượng cao: Định hướng đầu tư phát triển vùng nguyên liệu gạo đặc sản có năng suất ổn định, giảm thiểu rủi ro thiệt hại mùa màng do thời tiết và gãy đổ thân cây.

Câu hỏi thường gặp

Tại sao xử lý tia gamma ở thời điểm 66 giờ ngâm ủ lại khiến tỷ lệ sống sót chỉ đạt 2,27%?

Tại mốc 66 giờ, tế bào phôi hạt lúa đang ở giai đoạn cuối kỳ trung gian chuẩn bị phân bào, cấu trúc nhiễm sắc thể và màng tế bào vô cùng mẫn cảm với bức xạ. Tia gamma liều 10 Kr đã phá hủy cấu trúc lipoprotein và làm đứt gãy vật chất di truyền, khiến phôi mầm chết hàng loạt và tỷ lệ sống sót giảm xuống mức thấp kỷ lục.

Liệu phương pháp chiếu xạ gamma có làm mất đi hương thơm đặc trưng của lúa Nàng Thơm Chợ Đào không?

Chiếu xạ gamma gây đột biến ngẫu nhiên trên các locus gen riêng lẻ. Các nghiên cứu chọn giống thực nghiệm cho thấy tính trạng chiều cao cây và tính trạng mùi thơm di truyền độc lập. Quá trình chọn lọc ở thế hệ sau sẽ tập trung giữ vững hàm lượng hợp chất thơm và phẩm chất cơm dẻo mềm nguyên bản của giống lúa Chợ Đào.

Biến dị cây thấp (giảm hơn 25 cm) mang lại lợi ích gì trong canh tác thực tiễn?

Giống gốc có chiều cao 145 - 160 cm rất dễ gãy đổ khi gặp mưa to gió lớn, gây thất thoát năng suất nghiêm trọng. Dạng đột biến cây thấp (khoảng 103 - 105 cm) giúp thân cây cứng cáp, tăng khả năng chịu gió, hạn chế rơi rụng hạt và cho phép cấy dày hơn để nâng cao sản lượng trên cùng diện tích đất.

Vì sao số hạt chắc trên bông ở thế hệ M1 bị sụt giảm so với đối chứng?

Hiện tượng sụt giảm số hạt chắc (ở liều 10 Kr giảm còn 68,81 hạt/bông so với 103,56 hạt ở đối chứng) là do tác động trực tiếp của bức xạ gây ức chế quá trình thụ phấn, tạo ra các hạt bất thụ đực hoặc cái. Đây là biểu hiện sinh lý thường gặp ở thế hệ M1 và sẽ được phục hồi, chọn lọc ổn định qua các thế hệ M2 và M3.

Làm thế nào để phân biệt giữa thường biến phóng xạ và biến dị di truyền?

Thường biến phóng xạ là những biến đổi sinh lý tạm thời chỉ xuất hiện ở thế hệ M1 và sẽ biến mất ở thế hệ sau. Để xác định biến dị di truyền, hạt thu hoạch từ bông chính của cây M1 phải được gieo cấy ở thế hệ M2; nếu tính trạng mong muốn (như cây thấp, đẻ nhánh nhiều) tiếp tục biểu hiện ổn định thì đó chính là đột biến di truyền.

Kết luận

• Khẳng định hiệu quả rõ rệt của phương pháp sử dụng tia phóng xạ gamma ($Co^{60}$) trong việc tạo nguồn biến dị di truyền phong phú trên giống lúa đặc sản Nàng Thơm Chợ Đào.
• Xác định thời điểm chiếu xạ tối ưu là sau khi ngâm ủ 70 giờ (hạt vừa nảy mầm), giúp duy trì tỷ lệ nảy mầm vượt 97% và tỷ lệ mạ sống sót đạt trên 23%.
• Tạo thành công các biến dị nông học có giá trị cao: giảm chiều cao cây từ 130,69 cm xuống 103,97 cm (giảm hơn 20%) và đạt tỷ lệ biến dị đẻ nhánh nhiều tới 16,67%.
• Làm sáng tỏ cơ chế tác động của gốc tự do và enzyme thủy phân, đồng thời chỉ ra các hạn chế về tỷ lệ bất thụ thế hệ M1 cần tiếp tục khắc phục.
• Cung cấp cơ sở khoa học và vật liệu khởi đầu đắt giá cho công tác phục tráng, lai tạo và cải tiến các giống lúa đặc sản bản địa tại khu vực Đồng bằng sông Cửu Long.

Luận văn đóng góp một quy trình thực nghiệm chuẩn xác về ứng dụng năng lượng nguyên tử trong nông học, mở ra triển vọng nâng cao năng suất lúa đặc sản mà vẫn duy trì trọn vẹn giá trị phẩm chất thương phẩm. Các nhóm nghiên cứu và đơn vị sản xuất giống hãy tiếp tục theo dõi, đánh giá thế hệ M2 và M3 trong các mùa vụ tới để sớm đưa giống lúa đột biến ưu việt vào sản xuất đại trà.

Trích đoạn nội dung tài liệu

LỜI MỞ ĐẦU Lúa là một trong ba cây lương thực chủ yếu trên thế giới (lúa mì, lúa gạo, ngô). Khoảng 40% dân số thế giới coi lúa gạo là nguồn lương thực chính, 25% sử dụng lúa trên 1⁄2 khẩu phần lương thực hàng ngày. Sản lượng lúa trung bình toàn thế giới đầu những năm 80 là 471 triệu tấn, 1993 là 573 triệu tấn. Như vậy lúa gạo có ảnh hưởng tới đời sống ít nhất 65% số dân trên thế giới.

Hiện nay, diện tích trồng lúa trên thế giới khoảng 150 triệu hecta, chiếm 90% tổng diện tích, tổng sản lượng lúa gạo chủ yếu tập trung ở các nước châu Á, với mức tiêu ding hàng năm khoảng 180-200 kg/người. Trong lúa có day đủ các chất dinh dưỡng hơn các cây lương thực khác như: tinh bột, prôtein, lipit, xeluloza, nước. Ngoài ra còn có các vitamin đặt biệt là vitamin loại B. Ngoài việc sử dụng làm lương thực là chủ yếu, lúa còn cho ra các sản phẩm phụ: Tấm, cám, trấu, rơm, rạ.

Mỗi loại đều có ích, nếu tận dụng khai thác các sản phẩm phụ một cách triệt để thì lúa còn có những lợi ích hơn nữa. Việt Nam là một nước nông nghiệp có truyền thống trồng lúa với diện tích trong tổng cả nước hiện nay trên 6 triệu hecta, phần lớn tập trung ở đồng bằng Bắc Bộ, Nam Bộ. Tổng sản lượng lúa cả nước ngày càng tăng: I998_ 16,7 triệu tấn, 1993_trên 19 triệu tấn. Cùng với việc nâng cao sản lượng lúa trong nước, lượng gạo xuất khẩu cũng tăng theo: 1990_ xuất khẩu 1,6 triệu tấn gạo, 1993_lượng gạo xuất khẩu đứng thứ 3 trên thế giới, I999_ lượng gạo xuất khẩu đứng thứ 2 trên thế giới đã góp phần mang lại số ngoại tệ lớn cho đất nước.

Tuy số giống lúa được gieo trồng hiện nay rất phong phú nhưng số lượng gạo đạt năng suất cao, phẩm chất gạo tốt đạt giá trị xuất khẩu không nhiều. Vì vậy, việc nghiên cứu tạo giống có nhiều đặc tính ưu việt là vấn dé đang được quan tâm. SVTH: NGUYEN THỊ TÂN LƯƠNG Trang 1 LUAN VAN IVI IXOrHEr 22 2¬. Trong thế kỷ 20, song song với sự phát triển của ngành vật lý hạt nhân, việc ứng dụng kỹ thuật hạt nhân vào các ngành kinh tế khác nhau ngày càng phong phú và đa dạng.

Một trong những ứng dụng của năng lượng nguyên tử trong lĩnh vực sinh học và nông nghiệp là việc chiếu xạ hạt giống trước khi gieo nhằm tạo ra hiệu ứng kích thích sinh trưởng và phát triển của cây trồng là tăng năng suất mùa màng, cải thiện phẩm chất sản phẩm, rút ngắn thời gian sinh trưởng, tăng cường tính chống chịu sâu bệnh. Việc chiếu xạ hạt giống trước khi gieo đã đem lại hiệu quả kinh tế to lớn. Ở Việt Nam từ năm 1977 phòng thí nghiệm lý sinh, viện sinh học đã bat đầu nghiên cứu ảnh hưởng của tia gamma liều thấp đối với một số giống cây trồng như lúa, ngô, đậu tương.và tìm hiểu khả năng áp dụng tiến bộ khoa học này trong điều kiện sản xuất lúa gạo của nước nhà. Trước tình hình đó, bô môn di truyền Trường ĐHSP xử lý bằng tia phóng xa gamma (Co””) để khảo sát tác dụng của tia phóng xạ đó với giống lúa này.

Chúng tôi có nhiệm vụ trồng và theo dõi một số đặc tính sinh học và yếu tố năng suất của các dạng biến dị sau: Lúa Nàng Thơm Chợ Đào xử lý phóng xạ 10 Kr sau khi ngâm và ủ hạt giống 70 giờ. Lúa Nang Thơm Chợ Đào xử lý phóng xa 15 Kr sau khi ngâm và ủ hạt giống 70 giờ. Lúa Nàng Thơm Chợ Đào xử lý phóng xạ 10 Kr sau khi ngầm và ủ hạt giống 66 giờ. Sau đó so sánh các dạng biến dị này với giống lúa đối chứng Nàng Thơm gốc.

Việc khảo sát, so sánh dòng biến dị này có ý nghĩa rất to lớn trong việc chọn tạo giống mới, vừa làm phong phú thêm bộ sưu tập giống lúa của nước ta và nếu có kết quả tốt có thể nhân giống phổ biến rộng rãi SVTH: NGUYEN THỊ TÂN LƯƠNG Trang 2 LUAIY VAIN 171 IX©2THET &KAV TU, Pew wwe peep trong nông dan. Qua đó ta thấy việc nghiên cứu các dòng biến di có rat nhiều triển vọng, vì vậy chúng tôi đã chọn nghiên cứu đề tài này. SVTH: NGUYEN THỊ TÂN LƯƠNG Trang 3 LUAN VAN IUI NOGPIEEF CAVTIY, TIS XS TIM EE11 iviwinu Phần II: TONG QUAN TAI LIEU ich sử và thành tựu nghiên cứu tac dung gây đột biến của tia gamma trên lúa nước. Trên thế giới.

Yamaguchi và Saiki (1959) đã tiến hành nghiên cứu so sánh độ cảm ứng phến,xạ của thể lưỡng bội và đa bội trên lúa, để khẳng định rằng dạng lưỡng bội có thể cảm ứng phe nxạ mạnh hơn dạng tứ bội về 2 chỉ tiêu chính là chiều cao cây con và số lượng bông/ khóm.Sharma và cộng sự (1971-1982) đã đi tới kết luận chung rằng DLs ở lúa giao động từ 25-40 Kr và trung bình là 32,5 Kr. Bhan và Kaul (1963) nghiên cứu tác dụng của tia gamma lên sự tăng trưởng của rễ mầm ở lúa, đã chỉ ra rằng liều lượng xử lý càng cao thì sự tăng trưởng của rễ càng giảm. Kawai và cộng sự (1965), Gaud (1967) đã nhận xét rằng chiếu xạ bằng tia gamma ở liều lượng cao làm giảm tỷ lệ nay mầm và ức chế sự sinh trưởng của cây non ở MỊ. Cho đến nay trên thế giới đã xuất hiện hàng trăm công trình nghiên cứu hiệu quả gây đột biến của tia gamma và các phương thức xử lý tia này SVTH: NGUYEN THỊ TÂN LƯƠNG Trang 4 LUAN VAN IVI NUniEr 122.

beep veiw trên lúa nước, phương hướng sử dung các thé đột biến trong công tác tao giếng mới, cải tiến giống và phân tích di truyền của các giống ban đầu. Ở Việt Nam: Nguyễn Công Minh và công sự (1975) đã nghiên cứu sai hình thể nhiễm sắc ở gián phân trên giống lúa nước Krasnodarskaia (2n=24) do xử lý bằng tia gamma (CoTM) với một liều lượng 2, 4, 6, 8 Kr đã kết luận rằng tần số tổng cộng của các sai hình thể nhiễm sắc ở gián phân tăng cùng với sự tăng liều lượng xử lý. Trong đó tỉ lệ nẩy mầm và độ tăng trưởng của cây non giảm dần |3]. Ở Việt Nam, theo Trần Minh Nam (1970) những công trình nghiên cứu sử dụng tra gamma trên lúa bắt đầu từ năm 1966 tại trường ĐH Tổng Hợp Hà Nội, sau đó là trường DH Sư Pham Hà Nội I, DH Nông Lâm | [10].

Trịnh Bá Hữu, Lê Duy Thành (1967-1970) đã nghiên cứu ảnh hưởng của tia gamma trên lúa NN8 và đã kết luận rằng tia gamma tuy có hiệu quả gây đột biến thấp hơn so với El và DMS nhưng lại cho nhiều đột biến nhỏ có ích hơn, tần số đột biến cao nhất là khi xử lý với liều lượng 30 Kr [14]. Các tác giả đã thông báo kết quả nghiên cứu tại hội nghị Di Truyền Lúa Quốc Tế tại Phillippin 5-1985 [ 14]. Nguyễn Công Minh - Phạm Quang Lộc - Lê Đình Trung (1977- 1981) đã xử lý hạt khô giống lúa Trân Châu Lin bằng tia gamma (CoTM) với liều lượng 5, 10, 15, 20 Kr đã đi đến kết luận, là tổng tan số các biến di ở M, và đột biến ở M; tăng cùng với sự tăng của liều lượng [3|. Vũ Tuyên Hoàng (1972) nghiền cứu ảnh hưởng của ta gamma trên cây lúa đã kết luận rằng tia gamma có ảnh hưởng sâu sắc đến sự tổng hợp ADN, ARN.

Điều đó chắc chấn sẽ có ảnh hưởng đến sinh trưởng, phát triển của cây lúa, đến cơ quan đặc biệt là cơ quan sinh sản dẫn đến ảnh hưởng đến các chỉ tiều cấu thành năng suất [6]. SVTH: NGUYEN THỊ TÂN LƯƠNG Trang5 LUAIN VAN FUE IXCOFHCE 25“. Trần Duy Quí, Nguyễn Thị Khương (1978) nghiên cứu ảnh hưởng của tia gamma với liều lượng 10, 15, 20, 30, 40 Kr đã chỉ ra rằng tia gamma ở các liều lượng nói trên điều giảm tỉ lệ nẩy mam so với đối chứng. đặc biệt là các liều lượng 30, 40 Kr.

Tia gamma có tan số đột biến cao phổ biến rộng ở M; trên lúa Tám Thái Bình [7]. Phan Phải, Bùi Chỉ Lăng, Nguyễn Quang Xu (1983) đã xử lý riêng rẻ ở giải đoạn hat nay mam của năm giống lúa địa phương bằng tia gamma và tác nhân alkyl đã đi đến kết luận rằng xử lý ở giai đoạn hạt nẩy mầm có thể gây ra 95% số hạt có đột biến, còn ở hạt khô còn có 61%. Các tác giả trên đã nhận được 182 kiểu đột biến về hình thái, sinh lý. Trong đó có 68 thể đột biến lùn, có thân cứng, lá mọc thẳng, năng suất cao, hàm lượng protéin cao, chống sâu phá hoại, 6 thể đột biến về màu sắc hạt và nhiều kiểu đột biến điệp lục [11].

Cơ chế tac động của tia gamma đến quá trình sinh trưởng và phat a triển của cây trồng: Ngay sau khi phát hiện ra tia Ronghen (1985) các nhà sinh vật học đã chú ý đến tác dụng của bức xa này lên các cơ thể sinh vật. Nhìn chung bức xạ ở liều cao có tác dụng gây tổn thương, kiểm hãm quá trình sống nhưng ở liều lượng tương đối thấp ở vài chục rơnghen đến vài nghìn rơnghen thì bức xạ có thể kích thích các quá trình sinh trưởng và phát triển cây trồng. Ngày nay, việc sử dụng các bức xa ion hoá làm tác nhân kích thích nhằm thu được những hiệu ứng có lợi trong sản xuất như tăng năng suất, cải thiện phẩm chất đã trở thành hiện thực. Phương pháp chiếu xạ hạt giống trước khi gieo đã trở thành một biện pháp canh tác phổ biến ở nhiều nước.

Vai trò của các gốc tự do dược hình thành do chiếu xa hạt giống. Khi chiếu xạ hạt giống, trong khoảng thời gian tạo thành các ion có thời gian sống ngắn (dưới 10° giây) thường xuất hiện các gốc tự do. Các SVTH: NGUYEN THỊ TÂN LƯƠNG Trang 6 LUAN VAN IÖI NOnmier CAV T17, FEO INUUTEIW 6661 ives sản phẩm trung gian này có khả năng phẳng ứng rất cao nhờ có các điện tử lẻ không cặp. cũng có thể được phát hiện một cách dễ dàng bằng phương pháp cộng hưởng từ điện tử.

Theo Bacp và cộng sự [15] các gốc tự do được hình thành do chiếu xạ có thể tham gia nhiều phan ứng. Trong điều kiện khuếch tan dé dàng. các gốc tự do nhanh chóng tham gia phẩm ứng bằng cách kết hợp với một gốc tự do khác hoặc một phân tử, thường các bức xạ có mật độ ion hoá cao dễ dàng gây ra sự tái tổ hợp các gốc tự do được tạo thành là rất gần nhau. Khi 2 gốc tự do va chạm nhau, chúng dễ dàng kết hợp với nhau do dùng chung 2 điện tử lẻ không cặp.