Luận án TS: Tạo dòng hoa huệ đột biến bằng tia gamma 60Co trong điều kiện in vitro - ĐH Cần Thơ

Luận án Tiến sĩ Khóa 2013-2017 Trường Đại học Cần Thơ LỜI CẢM ƠN Xin chân thành cảm ơn thầy, PGS. Nguyễn Bảo Toàn, đã tận tình hƣớng dẫn khoa học, tƣ vấn thiết kế các thí nghiệm, hƣớng dẫn cách tiếp cận các kiến thức khoa học trong lĩnh vực nghiên cứu, từ đó giúp tôi hoàn thành luận án nghiên cứu sinh. Xin chân thành cảm ơn Ban Lãnh Đạo Viện Nghiên cứu & Phát triển Công nghệ Sinh học, Trại Nghiên cứu & Thực nghiệm Nông nghiệp thuộc Khoa Nông nghiệp & Sinh học Ứng dụng, Khoa Sau Đại Học đã tạo điều kiện thuận lợi trong thực hiện các thủ tục, hỗ trợ hóa chất và trang thiết bị cho các nghiên cứu của Luận án. Chân thành cảm ơn quý thầy cô, các anh chị, các bạn đồng nghiệp thuộc Viện Nghiên cứu & Phát triển Công nghệ Sinh học và Khoa Nông nghiệp & Sinh học Ứng dụng đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi nhất cho tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu.

Xin chân thành cảm ơn chú Nguyễn Thƣợng Hiền đã hỗ trợ nguồn giống hoa huệ. Đồng thời, tôi cũng chân thành gửi lời cảm ơn đến các em học viên cao học đã cộng tác trong suốt thời gian thực hiện luận án. Xin gửi lòng biết ơn sâu sắc đến Ban Giám đốc Trung Tâm Dạy nghề & Hỗ trợ Nông dân tỉnh Tiền Giang, các anh chị em đồng nghiệp đã hỗ trợ trong công tác để tôi có thời gian hoàn thành đƣợc khóa học. Sau cùng tôi xin đƣợc cảm ơn những ngƣời thân yêu trong gia đình đã luôn động viên, tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu.

Đào Thị Tuyết Thanh Chuyên ngành Công nghệ Sinh học ii Viện NC & PT Công nghệ Sinh học Luận án Tiến sĩ Khóa 2013-2017 Trường Đại học Cần Thơ TÓM TẮT Nghiên cứu “Tạo dòng hoa huệ (Polianthes tuberosa L.) đột biến bằng tia gamma (60Co) trong điều kiện in vitro” đƣợc thực hiện nhằm (1) xác định đƣợc môi trƣờng nuôi cấy để tạo vật liệu cho các thí nghiệm; (2) xác định đƣợc hiệu quả của liều lƣợng tia gamma (60Co) trên mô sẹo và cụm chồi hoa huệ thông qua liều gây chết LD50; (3) xác định sự đa dạng về mặt hình thái của cây giai đoạn thuần dƣỡng; (4) chọn đƣợc một đến hai giống hoa huệ tăng về số lƣợng cánh hoa, kích thƣớc hoa và hoa có mùi thơm theo phƣơng pháp truyền thống. Nghiên cứu bao gồm tạo nguồn vật liệu cho thí nghiệm trên hai giống/dòng hoa huệ đơn và hoa huệ kép; xử lý chiếu xạ bằng tia gamma (60Co) ở các liều khác nhau; xác định giá trị tổn thƣơng LD50; đánh giá sự sinh trƣởng của mô sẹo và cụm chồi in vitro; thuần dƣỡng và đánh giá sự thay đổi về mặt hình thái lá và hoa rồi chọn ra ít nhất hai dòng có kiểu hình trội. Kết quả thí nghiệm cho thấy môi trƣờng cơ bản bổ sung 1,0 mg/l NAA và 4,0 mg/l BA thích hợp cho tạo mô sẹo và cụm chồi cho xử lý chiếu xạ tia gamma (60Co). Liều gây chết LD50 của các giống/dòng hoa huệ đơn khi xử lý tia gamma (60Co) khoảng 10-15 Gy (giá trị tính là 10,96 ± 2,96 Gy) trong khi LD50 của các giống/dòng hoa huệ kép khoảng 20-25 Gy (giá trị tính là 22,91 ± 4,01 Gy).

Theo dõi sự sinh trƣởng chồi in vitro, khi xử lý liều chiếu xạ càng cao thì số chồi, chiều cao chồi và số lá càng giảm ở cả hai giống và các dòng hoa huệ. Giai đoạn này ghi nhận đƣợc các dạng bất thƣờng về hình thái ở lá và chồi. Giai đoạn thuần dƣỡng, các cây còn nhỏ, sự khác biệt về hình thái lá và chồi không nhận thấy rõ ràng. Ở giai đoạn ngoài đồng, các chỉ tiêu sinh trƣởng đều bị ảnh hƣởng bởi các liều chiếu xạ ở các dòng hoa huệ.

Có sự xuất hiện các dạng bất thƣờng về hình thái lá, thân và số cánh hoa. Đặc biệt, trên cùng một phát hoa huệ đơn có sự gia tăng số lƣợng cánh hoa lên 7 và 8 cánh (thay vì hoa có 6 cánh). Hầu hết các dòng hoa huệ đơn đƣợc xử lý tia gamma (60Co) đều có mùi thơm, trừ dòng hoa huệ với liều xử lý 5 Gy với đặc điểm hoa không nở hoàn toàn. Ở hoa huệ kép chọn đƣợc 2 dòng đột biến tiềm năng nhất về đặc điểm hoa to và có mùi thơm với 22 và 36 cánh.

Từ khóa: cánh hoa, chiếu xạ, đột biến, hoa huệ, in vitro, LD50, gamma. Chuyên ngành Công nghệ Sinh học iii Viện NC & PT Công nghệ Sinh học Luận án Tiến sĩ Khóa 2013-2017 Trường Đại học Cần Thơ ABSTRACT The study on "Inducing of mutation tuberose (Polianthes tuberosa L.) lines by irradiating with 60Co gamma rays in vitro" was carried out (1) to determine culture medium to create materials for experiments on two tuberoses, single petals and double petals; (2) to determine the effects of different irradiated doses on calli and shoot clumps of tuberose through LD50; (3) to determine morphological diversities at acclimatization stage; (4) to select two new tuberose lines having bigger flower size, larger number of petals and aromatic odour. The obtained results included producing materials for experiments on two tuberose cultivars; treating irradiation of 60Co gamma rays at different doses and determining LD50values; evaluating the growth of calli and shoot clumps in vitro; acclimatizing and evaluating changes on morphologies and petals, and selecting, at least, two lines with better phenotypes. The implemented experiments showed that the base medium supplemented with 1.0 mg/l NAA and 4.0 mg/l BA was very suitable for inducing calli and shoot clumps as experimental materials.

The LD50 value of single petal tuberose variety was obtained about 10-15 Gy (the counting value was 10.96 Gy), whereas that of double petal oneabout 20-25 Gy (the counting value was 22. At the in vitro stage, the higher radiation doses were, the lower number of shoot got, shoot height and the number of leaves were the same as in all varieties/lines. There were also appearances of the abnormal structures or disappearance of the chlorophyll in leaves. At the acclimatization stage, the lethal rates of plantlets were significantly different from each other for the irradiation doses, and the variations of leaves and shoots were not clearly recognized.

At the field stage, the growth parameters such as the number and diameter of bulbs, the height of inflorescences, the number of flowers and the days to flowering in all varieties/lines were affected by irradiated doses. There were appearances of variability of leaves, trunks and petal number. In single petal tuberose, there was an increase of petal number (up to 7 or 8) in each inflorescence. Almost single petal tuberose cultivars irradiated with 60Co gamma were fragrant lines, except for the tuberose lines irradiated at 5 Gy.

In double petal tuberoses, among the variations of phenotypes were the two fragrant mutant lines with 22 and 36 petals, having the most potential ability for production. Key words: gamma, in vitro, irradiation, LD50, mutation, petal, tuberose. Chuyên ngành Công nghệ Sinh học iv Viện NC & PT Công nghệ Sinh học Luận án Tiến sĩ Khóa 2013-2017 Trường Đại học Cần Thơ CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc CAM KẾT KẾT QUẢ Tôi xin cam kết luận án “Tạo dòng hoa huệ (Polianthes tuberosa L.) đột biến bằng tia gamma (60Co) trong điều kiện in vitro” này đƣợc hoàn thành dựa trên các kết quả nghiên cứu của tôi dƣới sự hƣớng dẫn khoa học của PGS. Nguyễn Bảo Toàn.

Các kết quả của công trình nghiên cứu này chƣa đƣợc dùng cho bất cứ luận án cùng cấp nào khác. Tác giả luận án Đào Thị Tuyết Thanh Chuyên ngành Công nghệ Sinh học v Viện NC & PT Công nghệ Sinh học Luận án Tiến sĩ Khóa 2013-2017 Trường Đại học Cần Thơ MỤC LỤC Trang TRANG XÁC NHẬN CỦA NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC. iv CAM KẾT KẾT QUẢ. vi DANH SÁCH BẢNG.

xii DANH SÁCH HÌNH. xiv DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT. xvi CHƢƠNG 1 GIỚI THIỆU.1 Mục tiêu chính .2 Mục tiêu cụ thể .3 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu .1 Đối tƣợng nghiên cứu .2 Phạm vi nghiên cứu .4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài .1 Ý nghĩa khoa học .2 Ý nghĩa thực tiễn. Điểm mới của luận án.

3 CHƢƠNG 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU.1 Giới thiệu về cây hoa huệ .1 Nguồn gốc và phân loại thực vật cây hoa huệ .2 Đặc điểm thực vật cây hoa huệ .3 Tình hình sản xuất hoa huệ trên thế giới và ở Việt Nam. 7 Chuyên ngành Công nghệ Sinh học vi Viện NC & PT Công nghệ Sinh học Luận án Tiến sĩ Khóa 2013-2017 Trường Đại học Cần Thơ 2.1 Trên thế giới .4 Tầm quan trọng và mục đích sử dụng hoa huệ .5 Đặc điểm sinh trƣởng và phát triển .6 Một số yếu tố môi trƣờng ảnh hƣởng đến sự sinh trƣởng và phát triển của cây .2 Độ sâu khi trồng.3 Các chất dinh dƣỡng .2 Kỹ thuật trồng và chăm sóc cây hoa huệ .1 Chuẩn bị giống .2 Chuẩn bị đất .4 Sâu bệnh trên cây hoa huệ .3 Kỹ thuật nuôi cấy in vitro trong chọn tạo giống cây trồng đột biến .1 Các giai đoạn của nuôi cấy thực vật in vitro .2 Các loại mẫu cấy trong nuôi cấy in vitro ở cây hoa huệ.3 Kỹ thuật nuôi cấy đỉnh sinh trƣởng (meristem culture) .4 Môi trƣờng nuôi cấy thực vật in vitro .1 Dinh dƣỡng khoáng và vitamin trong nuôi cấy thực vật in vitro .2 Các chất điều hòa sinh trƣởng thực vật trong nuôi cấy thực vật in vitro .3 Các chất bổ sung khác trong nuôi cấy thực vật in vitro.5 Sự hình thành mô sẹo và chồi (cụm chồi) trong nuôi cấy thực vật in vitro .1 Sự hình thành mô sẹo trong nuôi cấy in vitro .2 Sự hình thành chồi trong nuôi cấy in vitro .4 Phƣơng pháp xử lý đột biến bằng kỹ thuật chiếu xạ trong chọn tạo giống cây trồng .1 Sơ lƣợc về đột biến bằng kỹ thuật chiếu xạ. 19 Chuyên ngành Công nghệ Sinh học vii Viện NC & PT Công nghệ Sinh học Luận án Tiến sĩ Khóa 2013-2017 Trường Đại học Cần Thơ 2.2 Đặc điểm của tia phóng xạ gamma .1 Cơ chế tạo đột biến của tia gamma (60Co) .2 Hiệu quả của tia gamma trong chọn giống cây trồng .3 Liều chiếu xạ .4 Liều gây chết LD50 .5 Tần số đột biến in vitro .3 Ý nghĩa của phƣơng pháp chọn giống đột biến .4 Tình hình tạo giống ở hoa huệ trên thế giới và ở Việt Nam .1 Trên thế giới .5 Sự kết hợp của chọn giống đột biến bằng nuôi cấy thực vật in vitro và chiếu xạ tia gamma .1 Nguồn vật liệu để tạo đột biến in vitro .2 Ƣu điểm và khuyết điểm của phƣơng pháp chọn giống bằng kỹ thuật nuôi cấy in vitro và xử lý đột biến bằng tia gamma .