ỨNG DỤNG KĨ THUẬT HẠT NHÂN
TRONG CHỌN TẠO GIỐNG LÚA
CHẤT LƯỢNG CAO
2
2
NỘI DUNG CHÍNH BÁO CÁO
• 1. Lịch sử ngành di truyền và chọn giống đột biến.
• 2. Các tác nhân gây đột biến và cơ chế tác động của chúng đến vật
liệu di truyền.
• 3. Mục tiêu, định hướng của ngành di truyền và chọn giống đột
biến.
• 4. Những kết qủa nổi bật của ngành di truyền và chọn giống lúa
đột biến ở Việt Nam
• 5. Chiến lược phát triển lĩnh vực di truyền và chọn giống lúa ở Việt
Nam
3
3
Lịch sử ngành di truyền
và chọn giống đột biến
4
•
Từ năm 1900 - 1905, nhà bác học người Áo Huygodveri đã phát hiện
ra cây đột biến tự nhiên ở cây Oenothera lamarkiana. Ông đã nghiên
cứu quy luật phát sinh các đột biến tự nhiên và hình thành nên thuyết
đột biến.
•
Các nghiên của các nhà sinh học từ thế kỉ 19, 20 như Lamark,
Darwin, Menden , đã khẳng định các đột biến trong tự nhiên là
nguồn biến di phong phú cho quá trình chọn lọc tự nhiên và nhân tạo
để hình thành nên các loài mới và giống mới, thích ứng tốt với điều
kiện tự nhiên và đáp ứng tốt nhu cầu của con người.

•
Tuy nhiên đột biến tự nhiên xảy ra với tần số rất thấp từ 1/vạn đến
1/triệu, vì thế làm thế nào để tìm ra các tác nhân nâng cao đột biến tự
nhiên nên.
•
Phương pháp gây đột biến nhân tạo đã được biết đến từ năm 1925 khi
Natxon và Philippôp phát hiện rằng tia Roentgen có khả năng gây ra
biến dị di truyền ở Nấm Hạ Đẳng.
A. Trên thế giới
5
• Nhưng phải sau, các công trình của Muller, Xapegin, Stadle
ở trên ruồi dấm và ngô (1926-1935), Xakharop, Rapoport,
Gustafson và cs… trên lúa mì, lúa mạch, mạch ba góc (1938-
1940) đã thu được rất nhiều đột biến có giá trị trong nghiên
cứu di truyền và chọn giống. Chính những công trình này là
cơ sở cho sự ra đời ngành di truyền học phóng xạ làm nền
tảng cho sự ra đời ngành chọn biến đột giống phóng xạ.
• Ngay từ những năm 1970, Cơ quan năng lượng nguyên tử
quốc tế (IAEA) và Tổ chức nông lương thế giới (FAO) đã tài
trợ mở rộng hướng nghiên cứu gây đột biến cải tạo những
giống cây nông nghiệp và cây công nghiệp nhiều nước trên
thế giới nhằm tạo ra hàng loạt giống mới như: lúa, lúa mỳ,
lúa mạch, táo, chanh, mía, chuối và những loại cây trồng
khác.
A. Trên thế giới
6
•
Cho tới tháng 7/2010 (FAO/IAEA Mutant Varieties Database), trên
2970 giống cây trồng đã được tạo ra bằng gây đột biến thực nghiệm
trên phạm vi 62 nước. Việc ứng dụng kỹ thuật hạt nhân để cải tiến

cây trồng đã mang lại hiệu quả cực kỳ to lớn về kinh tế nông
nghiệp. Ước tính hàng trăm tỷ đô la và hàng trăm triệu hecta gieo
trồng bằng những giống cây trồng được tạo ra từ đột biến.
•
Những thành tựu to lớn mà gây đột biến thực nghiệm đem lại trên
thế giới đó là một số giống cây trồng như: cỏ Bermuda, lê Nhật bản,
giống lúa nửa lùn Remei Nhật bản, khoai lang, khoai tây, hoa cúc,
hoa hồng với màu sắc khác nhau và hình dạng cánh hoa đa dạng
cam không hạt của Ỉran,Vải không hạt A4 của Trung Quốc…. Đặc
biệt ở Trung quốc giống lúa đột biến Zhefu 802 được trồng với diện
tích lớn nhất thế giới (trên 10,5 triệu hecta) và được sử dụng rộng
rãi trong sản xuất trong thời gian khá dài trên 10 năm.
•
Một số thành tựu chọn giống đột biến trên thế giới qua các năm
được trình bày ở biểu đồ dưới đây:
A. Trên thế giới
7
Số
lượng
giống
Năm
Hơn 2970 giống cây trồng
FAO/IAEA Mutant Varieties Database
FAO/IAEA Mutant Varieties Database
Số lượng giống cây trồng đã được tạo ra nhờ gây
đột biến trên thế giới (Tính đến 7/2010)
8
•
Các nghiên cứu di truyền và chọn tạo giống ở việt nam được tiến
hành chậm hơn nhiều so với thế giới.

• Năm 1966, các nghiên cứu về ảnh hưởng của ria Gamma, nguồn
coban 60, DES, DMS đến các biến dị di truyền ở lúa, dâu tằm tại
bộ môn Di truyền khoa Sinh Đại Học Tổng Hợp Hà nội (Trịnh Bá
Hữu, Phan Phải, Lê Duy Thành). Từ năm 1968 trên đậu Hà Lan
của Trần Minh Nam, trên Nigenladamastica của Phan Phải
(1969-1972), trên lúa Chân Châu lùn và Trung Quốc 2 của Lê
Duy Thành, Trần Duy Quý (1969-1970), tiếp theo là các nghiên
cứu trên cây cà chua, táo, lúa ở Viện cây lương thực và thực phẩm
(Vũ Tuyên Hoàng và cs 1975-1980).
• Các nghiên cứu ảnh hưởng của tia gama của Thái Công Tụng,
Nguyễn Văn Mừng (1971-1974)… trên một số cây trồng.
B. Ở Việt Nam
9
B. Ở Việt Nam
• Sau giải phóng Miền Nam các nghiên cứu chọn tạo giống đột biến phát triển mạnh ở
nhiều viện nghiên cứu và các trường Đại học: Đại học Tổng Hợp Hà Nội, Đại học
sư phạm Hà nội I,II,Nông nghiệp I, Viện Di truyền Nông Nghiệp, Viện lúa ĐB sông
Cửu Long, Viện Khoa Học kĩ thuật Nông Nghiệp Miền Nam, Viện Cây Lương thực
và cây thực phẩm, Viện Nghiên cứu hạt nhân Đà Lạt…
• Đặc biệt trong những năm gần đây các Viện đi tiên phong và có những thành tựu
suất sắc trong nghiên cứu di truyền và chọn giống đột biến ở các cây trồng khác
nhau như lúa, ngô, đậu tương, rau hoa: Viện di truyền Nông Nghiệp (Phan Phải,
Trần Duy Quý, Nguyễn Hữu Đống, Mai Quang Vinh và các cs., 1984- 2009), Viện
Khoa học Nông nghiệp Miền Nam (Đỗ Khăc Thịnh và các cs., 1995-2009), Viện
nghiên cứu lúa ĐB sông Cửu Long (Đoàn Văn Ro, Bùi Chí Bửu và các cs., 1990-
2009), Viện Cây Lương thực và thực phẩm (Vũ Tuyên Hoàng và cs., 1990-2009),
Trường đại hoc sư pham Hà nội I (Nguyễn Minh Công và cs 1990-2009),Viện
Nghiên cứu hạt nhân Đà Lạt (Lê Xuân Thám và cs, 1998-2009).
• Cho đến nay các nhà khoa học Việt nam chọn tạo được hơn 57 các giống đột biến
trên các đối tượng lúa, ngô, đậu tương, cà chua, dâu tằm, táo, hoa cúc, hoa hồng….

trở thành nước thứ 4 về chọn giống đột biến của châu Á sau Trung Quốc, Nhật Bản,
Ấn Độ và đứng thứ 8 thế giới sau Trung Quốc,Ấn Độ,Nhật,Liên Xô cũ,Hà Lan, Đức,
Mỹ.
10
Các tác nhân gây đột biến và cơ chế
tác động của chúng đến vật liệu di
truyền
11
Các phương pháp gây tạo đột biến
•
Tác nhân vật lý: tia gamma, tia X, các chùm neutron
nhanh, neutron chậm…
•
Tác nhân hoá học: EMS, EI, DES, DMS, NMU,
NEU…
•
Kết hợp xử lý tác nhân vật lý và tác nhân hoá học
- Sử dụng phương pháp nào tuỳ thuộc: đối tượng,
kiểu sinh sản của cây trồng, tính đặc hiệu của loại
tính trạng mong đợi tạo ra…
12
TÁC NHÂN VẬT LÍ
• Chiếu xạ tia Cực tím (UV)
•
Chiếu xạ tia điện từ trường (electromagnetic radiation)
+ Tia X từ máy gia tốc tia X.
+ Tia Gamma từ nguồn Co-60, nguồn Cs-137.
• Chiếu hạt điện tử
+ Chiếu tia nhiệt hoặc chiếu chùm tia nơtron chậm từ
lò phản ứng hạt nhân

+ Chiếu chùm tia nơtron nhanh từ lò phản ứng hạt
nhân.
+ Các tiểu phần Beta: Phosphorus 32 hoặc Sulfur- 35.
• Chùm tia ion.
13
TÁC NHÂN HÓA HỌC
• Dimethyl Sulfate (DMS)
• Diethyl Sulfate (DES)
•
Ethyl Methane Sulfonate (EMS)
• Ethylenimine (EI)
• N- Nitroso Methyl Urea (NMU)
• N-Nitroso Ethyl Urea (NEU)
•
Sodium Azide (NaM3)
•
Colchichine
14
14
CƠ CHẾ TÁC ĐỘNG
• Nhiều thế hệ các nhà khoa học trên thế giới và Việt nam khi nghiên
cứu cơ chế tác động của các tác nhân vật lí và hóa học đến phân tử
ADN, NST, tế bào, cơ thể, chúng gây nên các phản ứng hóa học với
phân tử ADN tạo nên các dimertimin… tạo nên sự thay thế các gốc
bazơ nitơ của nhóm purin bằng pyrimidin, hoặc tạo nên các đứt
đoạn, sai hình các NST… Nói tóm lại là tạo nên những thay đổi về
cấu trúc của gene, những cấu trúc này được di truyền cho các thế
hệ sau thông qua các quá trình phân bào, nguyên nhiễm và giảm
nhiễm. Cuối cùng tạo nên các cá thể mới mang những đặc điểm di
truyền khác với bố mẹ.

•
Chúng ta tiến hành chọn lọc các đột biến được tao ra theo những
đặc tính mong muốn như năng suất cao, khả năng chống chịu sâu
bệnh, hạn, úng… để tạo thành các giống mới.
15
CÁC PHƯƠNG PHÁP CẢI TIẾN GIỐNG
CÂY TRỒNG
• Chọn lọc và bảo tồn những vật liệu cây trồng sẵn có trong tự
nhiên đã được cải tiến một cách tự phát đáp ứng những tiêu
chí của nhà chọn giống.
•
Lai tạo kết hợp chọn lọc.
• Gây tạo đột biến kết hợp chọn lọc.
• Kỹ thuật sinh học: chuyển gen tạo ra các cơ thể có tính trạng
mới GMO (Genetics Modified Organism).
16
Mục tiêu, định hướng của ngành
di truyền và chọn giống đột biến
17
Mục tiêu cải tiến giống cây trồng
•
Tạo ra nguồn gene khởi đầu đa dạng để phục vụ các
nghiên cứu lí thuyết về di truyền học và chọn tạo giống
cây trồng:
• - Nghiên cứu bản chất của gene quy định các tính trạng
•
- Lập bản đồ các gene quy định các tính trạng: năng
suất, chất lượng, tính chống chịu sâu bệnh, khả năng
chịu đựng đối với strees của môi trường (hạn, úng, chua
mặn, nóng, lạnh… gen bất dục đực TGMS )

•
Tạo được các giống mới theo yêu cầu của người tiêu
dùng.
Ưu điểm của chọn giống đột biến
•
- Tạo ra sự da dạng về mặt di truyền của vật liệu khởi
đầu nhanh và hiệu quả.
•
- Tạo được giống mới trong một thời gian ngắn, đặc
biệt đối với loại cây sinh sản vô tính.
•
- Thay đổi một hoặc một vài tính trạng mà không làm
ảnh hưởng tới những tính trạng còn lại của cây trồng.
•
- Nâng cao hiệu quả công tác chọn tạo giống so với
các phương pháp chọn giống cổ điển và hiện đại.
19
Những kết qủa nổi bật của ngành di
truyền và chọn giống lúa đột biến
• Trong báo cáo này, chúng tôi tập chung trình bày
những kết quả chủ yếu thu được khi xử lý các giống lúa
địa phương, nhập nội hay các dòng mới lai tạo được
như các giống: Tám Thơm Thái Bình, Tám Xuân Đài,
Dự Hương, Chiêm bầu, Cườm, Nếp cái Hoa vàng, Nếp
Hải Hậu, Mộc Tuyền, IR8, C4-63, TB1, các dòng mới
lai tạo như: ST3, ST5, ST13, ST16, ST19, ST20… bằng
các tác nhân vật lý và hóa học như tia Gama, nguồn
Coban60 với liều lượng 15, 20 và 25 Krad. Các chất hóa
học như NMU, NEU, EI, DES, DMS với các nồng độ
0,01; 0,015; 0,025; 0,030% trong thời gian từ 18 -24h ở

hạt khô hoặc hạt nảy mầm.
21
• Từ năm 1980 đến nay, chúng tôi thu được rất nhiều các
đột biến mang những đặc điểm nông sinh học quý như
kiểu cây cây cải tiến, các yếu tố cấu thành năng suất cao
như cấu trúc bông, khối lượng 1000 hạt tăng cao, chất
lượng gạo cao, dẻo thơm. Đặc biệt nhiều đột biến chín
sớm cấy được hai vụ/năm, kháng được nhiều sâu bệnh
như đạo ôn, bạc lá, khô vằn, rầy nâu
•
Nhiều trong các số đột biến nêu trên đã được trực tiếp
chọn lọc qua một số thế hệ để trở thành giống hoặc
được lai tích lũy với bố mẹ hoặc lai giữa các dòng đột
biến với nhau và thông qua chọn lọc trở thành giống
phục vụ sản xuất.
•
Từ năm 1985 đến nay, chúng tôi đã đưa ra được hàng chục giống lúa
đột biến được chọn lọc bằng phương pháp thực nghiệm như DT10;
DT11; DT13; DT14; DT17; DT33, DT21; DT22; DT37; DT38; A20;
DT122; D271; ĐCM1, Tám thơm đột biến, ST3; MT4; MT2… Nhiều
giống đến nay vẫn tồn tại trong sản xuất. Ngoài các đột biến có lợi
cho công tác chọn tạo giống còn có các đột biến phục vụ cho các
nghiên cứu lập bản đồ di truyền về gen như gen bất dục đực TGMS,
gen kháng đạo ôn, bạc lá, rầy nâu, gen mùi thơm, gen không mẫn
cảm với quang chu kỳ
Một ví dụ điển hình đó là giống lúa đột biến DT10 của Viện Di truyền
Nông Nghiệp nhận được từ việc chiếu xạ hạt khô của giống C4-63 ở
liều 20Kr. Giống này đã được công nhận đủ tiêu chuẩn giống quốc
gia năm 1990. Khác với giống bố mẹ, giống DT10 có khả năng chịu
lạnh, chịu úng, chống chịu bệnh tốt hơn bố mẹ và cho năng suất khá

cao và ổn định (năng suất đạt 5,5 - 7,0 tấn /ha). Giống lúa này được
trồng ở nhiều vùng ở miền bắc Việt Nam với diện tích khoảng 1 triệu
hecta, chiếm 33% diện tích trồng lúa thập kỷ 90. Một số dòng đột
biến có triển vọng được sử dụng như nguồn vật liệu ban đầu cho các
phép lai như trường hợp của giống lúa A20, DT22.
22
22
• Phần lớn các giống đột biến được tạo ra bằng chọn lọc
trực tiếp từ các dòng đột biến triển vọng từ các thế hệ
M3 trở đi, chọn ra những dòng có những tính trạng
tốt hơn giống gốc về một số đặc tính nông học như
năng suất, chất lượng (Hình 2, Hình 3, 4).
24
24
Mo AABBCC…
M1 Tế bào khởi sinh thứ 1 AABBCc
Tế bào khởi sinh thứ 2 AABBCC
Tế bào khởi sinh thứ 3 AaBbCc
M2 (Các thế hệ con M1)
Các biến đổi di truyền
trong loci
Plants from:
1
st
sector
1/3
AABBC.3/4
AABBcc.1/4
2
nd

sector
1/3
AABBCC
(Không phân ly)
3
rd
sector
1/3
A.B.C. 9/16
A.bbC 3/16
aaB.CC 3/16
aabbC 1/16
aa- Thân lùn; bb- mầm bạch tạng; cc: lớp phấn trên lá
Chọn lọc các cây thân lùn đột biến
Tần số của các cây thân lùn ở M2
Kiểu hình: aaB.CC 1/3 x 3/16=3/48 (1/16)
Kiểu gen: aaBBCC 1/3 x 1/16=1/48
Tất cả những cá thể có kiểu hình aaB.CC được trồng riêng biệt ở M3 để tiếp tục
chọn lọc
Hình 2: Sơ đồ kĩ thuật chọn đột biến truyền thống ở cây trồng sinh sản hữu tính
(lúa, ngô, đậu tương)
25
25
Hình 3: Bộ NST lúa
Hình 3: Bộ NST lúa
O.sativa. L
O.sativa. L