Quy trình các bước tạo giống bằng phương pháp gây đột biến

1. Tạo giống bằng phương pháp gây đột biến là gì?

Đột biến là sự thay đổi bất thường trong cấu trúc hoặc số lượng của gen hoặc nhiễm sắc thể. Tạo giống bằng phương pháp gây đột biến là một trong những phương pháp hiện đại và hiệu quả để tạo ra các giống mới có năng suất và chất lượng cao hơn. Phương pháp này dựa trên việc sử dụng các tác nhân vật lý hoặc hóa học để gây ra những biến đổi bất thường trong vật liệu di truyền của các giống vật nuôi cây trồng, tạo ra các tổ hợp gen mới có thể di truyền cho các thế hệ sau. Các tác nhân gây đột biến thường được sử dụng là các tia bức xạ, các chất hoá học như 5-BU, EMS, NMS, Consixin, hoặc nhiệt độ cao hoặc thấp. Các mẫu vật được xử lý bằng các tác nhân này sau đó được sàng lọc để chọn ra các thể đột biến có kiểu hình mong muốn, rồi được tạo thành dòng thuần chủng bằng cách cho tự thụ hoặc giao phối gần. Phương pháp này có hiệu quả cao đối với vi sinh vật và thực vật, nhưng khó áp dụng đối với động vật bậc cao. Một số thành tựu của phương pháp này ở Việt Nam là các giống lúa Khang Dân 18, Khang Dân 20, lúa nếp Vàng Điện Biên, cà chua Đà Lạt 1, cải ngọt Đà Lạt 2, vi khuẩn Bacillus thuringiensis…

2. Quy trình các bước tạo giống bằng phương pháp gây đột biến:

Tạo giống bằng phương pháp gây đột biến là một trong những phương pháp ứng dụng di truyền học để cải tiến các loài sinh vật. Quy trình tạo giống bằng phương pháp gây đột biến gồm các bước sau:

2.1. Xử lí mẫu vật bằng tác nhân gây đột biến:

Tác nhân gây đột biến có thể là các tia bức xạ, các hóa chất hoặc các yếu tố sinh học. Mục đích của bước này là tạo ra các biến thể di truyền có khả năng sinh sản và sức sống.

Đột biến là sự thay đổi bất thường trong cấu trúc hoặc số lượng của gen hoặc nhiễm sắc thể. Tác nhân gây đột biến là những yếu tố có khả năng gây ra những thay đổi này, chẳng hạn như bức xạ, hóa chất, nhiệt độ cao, virus, hoặc áp lực sinh học. Để xử lí mẫu vật bằng tác nhân gây đột biến, ta cần tuân theo các bước sau:

– Chọn mẫu vật phù hợp cho mục đích nghiên cứu, ví dụ như vi khuẩn, nấm, thực vật, hoặc động vật.

– Chọn tác nhân gây đột biến phù hợp cho loại mẫu vật và mức độ đột biến mong muốn. Ví dụ, có thể sử dụng bức xạ gamma, tia X, tia cực tím, hoặc các hóa chất như ethyl methanesulfonate (EMS), nitrosoguanidine (NTG), colchicine, hoặc acridine orange.

– Tiến hành xử lí mẫu vật bằng tác nhân gây đột biến theo thời gian và liều lượng thích hợp. Thời gian và liều lượng phụ thuộc vào loại tác nhân và loại mẫu vật. Ví dụ, có thể xử lí vi khuẩn bằng EMS trong 30 phút ở nồng độ 0.5%, hoặc xử lí hạt giống cây lúa bằng bức xạ gamma trong 10 giây ở liều lượng 100 Gy.

– Sau khi xử lí, cần phục hồi và lựa chọn mẫu vật có đột biến mong muốn. Có thể sử dụng các phương pháp sinh học phân tử như PCR, sequencing, hybridization, hoặc các phương pháp sinh học phổ thông như quan sát hình thái, sinh trưởng, hoặc tính chất sinh lý của mẫu vật.

– Đánh giá và so sánh kết quả của mẫu vật có đột biến với mẫu vật ban đầu để xác định hiệu quả và ảnh hưởng của tác nhân gây đột biến.

2.2. Chọn lọc các thể đột biến có kiểu hình mong muốn:

Sau khi xử lí mẫu vật, ta sàng lọc các cá thể có những đặc điểm mới, khác biệt và có ích cho con người  . Ví dụ, chọn lọc các cây lúa có năng suất cao, kháng sâu bệnh, chịu hạn, chịu mặn…

Có nhiều phương pháp khác nhau để thực hiện việc này, tùy thuộc vào mục tiêu và nguồn gốc của các thể đột biến. Một số phương pháp phổ biến là:

– Chọn lọc tự nhiên: Đây là quá trình mà các thể đột biến có kiểu hình thích nghi với môi trường sẽ được sinh sản nhiều hơn và truyền gen đột biến cho thế hệ sau. Đây là phương pháp chọn lọc tự nhiên nhất, nhưng cũng có thể mất nhiều thời gian và không kiểm soát được các yếu tố khác ảnh hưởng đến sự sống còn của các thể đột biến.

– Chọn lọc nhân tạo: Đây là quá trình mà con người can thiệp vào quá trình sinh sản của các thể đột biến bằng cách chọn ra những cá thể có kiểu hình mong muốn và ghép đôi chúng với nhau. Đây là phương pháp chọn lọc nhanh chóng và hiệu quả, nhưng cũng có thể gây ra các vấn đề về đa dạng gen và sức khỏe của các thể đột biến.

– Chọn lọc ngẫu nhiên: Đây là quá trình mà các thể đột biến có kiểu hình mong muốn được chọn ra một cách ngẫu nhiên từ quần thể ban đầu. Đây là phương pháp chọn lọc đơn giản và dễ dàng, nhưng cũng có thể bỏ qua những cá thể có kiểu hình tiềm năng khác hoặc gây ra sự biến động lớn trong quần thể.

2.3. Tạo dòng thuần chủng:

Để đảm bảo tính ổn định và truyền lại của các tính trạng mới, ta phải tạo ra các dòng thuần chủng từ các thể đột biến. Điều này có thể thực hiện bằng cách lai chéo, lai tự hoặc lai giao.

Tạo dòng thuần chủng là quá trình lai tạo các cá thể có cùng một đặc tính di truyền để tạo ra các con cái có đặc tính đó. Tạo dòng thuần chủng gồm các bước như sau:

– Chọn các cá thể có đặc tính di truyền mong muốn, ví dụ như màu sắc, kích thước, hình dạng, khả năng sinh sản, kháng bệnh, v.v.

– Lai tạo các cá thể được chọn với nhau để tạo ra thế hệ F1. Kiểm tra xem các con cái có thừa hưởng đặc tính mong muốn hay không.

– Lai tạo các cá thể trong thế hệ F1 với nhau hoặc với bố mẹ để tạo ra thế hệ F2. Kiểm tra xem các con cái có ổn định đặc tính mong muốn hay không.

– Lặp lại quá trình lai tạo và kiểm tra cho đến khi thu được một dòng thuần chủng, tức là cá thể trong dòng đều có cùng một đặc tính di truyền và truyền lại cho con cái một cách ổn định.

3. Bài tập về tạo giống bằng phương pháp gây đột biến lời giải:

– Bài tập 1: Cho biết cách thực hiện gây đột biến ở cây lúa bằng phương pháp xạ trị hạt giống. 

Lời giải: Cách thực hiện gây đột biến ở cây lúa bằng phương pháp xạ trị hạt giống là như sau: 

+ Chọn hạt giống cây lúa có năng suất cao, khỏe mạnh, không bị nhiễm bệnh. 

+ Đặt hạt giống vào một hộp chứa có lỗ thông khí và đóng kín. 

+ Đưa hộp chứa hạt giống vào máy xạ trị và tiến hành xạ trị với liều xạ thích hợp. 

+ Sau khi xạ trị, lấy hạt giống ra và gieo trồng theo cách thông thường. 

+ Quan sát và chọn lọc các cây có biểu hiện đột biến mong muốn.

– Bài tập 2: Nêu ưu và nhược điểm của phương pháp gây đột biến bằng hoá chất. 

Lời giải: 

Ưu điểm của phương pháp gây đột biến bằng hoá chất là: 

+ Dễ dàng thực hiện, không cần thiết bị đặc biệt. 

+ Có thể gây đột biến ở nhiều loại tế bào, mô, cơ quan hay cá thể. 

+ Có thể gây ra nhiều loại đột biến khác nhau, từ đơn bội gen đến đa bội nhiễm sắc thể. Nhược điểm của phương pháp gây đột biến bằng hoá chất là: 

+ Không thể kiểm soát được liều lượng và thời gian tác dụng của hoá chất. 

+ Có nguy cơ gây ra các đột biến không mong muốn, có hại cho sức khỏe và môi trường. 

+ Cần có quá trình rửa sạch hoá chất sau khi gây đột biến để tránh ảnh hưởng đến các quá trình sinh lý của cây.

Bài tập 3: Giải thích nguyên nhân và cơ chế của hiện tượng tự lai hoá ở cây hoa sen. 

Lời giải: Nguyên nhân của hiện tượng tự lai hoá ở cây hoa sen là do cây hoa sen có khả năng tự thụ phấn, tức là hoa sen có thể tự thụ phấn từ nhị hoa của chính mình hoặc từ nhị hoa của các hoa sen khác cùng loại trên cùng một cây. Cơ chế của hiện tượng tự lai hoá ở cây hoa sen là do cây hoa sen có cấu tạo hoa đặc biệt, gồm có hai loại nhị hoa: nhị hoa cái và nhị hoa đực. Nhị hoa cái nằm ở vòng trong cùng của hoa, có bầu nhụy dài và mảnh, chứa noãn nữ. Nhị hoa đực nằm ở vòng ngoài của hoa, có nhụy ngắn và rộng, chứa phấn hoa. Khi hoa sen nở, nhị hoa cái sẽ chín trước nhị hoa đực, do đó có thể nhận phấn từ nhị hoa đực của các hoa sen khác cùng loại trên cùng một cây hoặc từ các cây hoa sen khác gần đó. Sau đó, nhị hoa đực sẽ chín và phóng phấn, có thể thụ phấn cho nhị hoa cái của chính mình hoặc của các hoa sen khác cùng loại trên cùng một cây. Như vậy, cây hoa sen có thể tự lai hoá bằng cách tự thụ phấn từ nhị hoa của chính mình hoặc từ nhị hoa của các hoa sen khác cùng loại trên cùng một cây.