Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu ứng dụng chiếu xạ nhằm tạo ra các dòng cà chua đột biến cho năng suất cao từ nguồn vật liệu của Cuba

MỤC LỤC

1


MỞ ĐẦU
1.Tính cấp thiết của đề tài
      Cà chua (Lycopersicon esculentum Mill ) là một loại rau ăn quả có giá 
trị kinh tế và giá trị dinh dưỡng cao, là một trong những  loại rau ưu tiên 
có chiều hướng phát triển mạnh cả về chất và lượng. Chính vì vậy, sản 
lượng cà chua trên thế giới luôn tăng mạnh. Theo thống kê của FAO 
(2006) sản lượng cà chua đứng thứ hai trên thế giới sau khoai tây.
    Cùng với sự phát triển của nền nông nghiệp thế  giới, sản xuất nông  
nghiệp  ở  Việt Nam đang trên đà phát triển dựa trên những tiến bộ  về 
khoa học kỹ  thuật, đưa cây trồng có giá trị  cao vào canh tác nhằm tăng 
thu nhập cho người dân, đặc biệt là loại cây trồng ngắn ngày nhanh cho  
thu hoạch phù hợp với phương thức sản xuất luân canh, có khả  năng 
xuất khẩu và chế  biến công nghiệp nên cây cà chua là đối tượng được 
quan tâm và đặt lên hàng đầu.
    Trong những năm qua, các cơ quan chuyên môn, nhiều nhà khoa học đã  
tập trung nghiên cứu cây cà chua theo nhiều hướng khác nhau, một trong 
các hướng đã được các nước  ứng dụng rộng rãi là phương pháp chọn 
giống đột biến bằng phương pháp chiếu xạ, một ứng dụng của kỹ thuật  
hạt nhân trong nông nghiệp để  cải tạo, nâng cao chất lượng của các 
giống cây trồng đồng thời cũng phát triển các giống mới với đặc điểm 
sinh học được cải tiến. Bằng phương pháp chiếu xạ  giúp rút ngắn thời 
gian chọn tạo giống so với các phương pháp chọn giống truyền thống  
đồng thời có thể tạo ra những tính trạng quý chưa có ở giống gốc. Chọn  

2

giống đột biến đóng góp vai trò quan trọng trong việc cải tiến cây trồng  
nói chung và cà chua nói riêng.
      Trong những năm gần đây, sinh học phân tử đã phát triển mạnh mẽ.  
Việc kết hợp sinh học phân tử và chọn giống đột biến đã chứng tỏ đó là 
phương pháp có hiệu quả. Kỹ  thuật phân tử  được sử  dụng để  lập bản  
đồ và sàng lọc những chỉ thị phân tử liên kết với những gen đột biến để 
xác định bản chất đột biến xảy ra trong khi chúng rất khó biểu hiện ra  
kiểu hình. Đồng thời, điều đó cũng nhằm xây dựng chiến lược trong 
việc sử  dụng những gen đột biến trong cải tiến giống. Việc kết hợp  
giữa kỹ  thuật sinh học phân tử  với nghiên cứu gây tạo đột biến được  
thực   hiện   một   cách   chặt   chẽ,   có   thể   cung   cấp   những   phương   pháp 
nghiên cứu chính xác, hiệu quả, nhanh và kinh tế hơn trong công tác cải 
tiến cây trồng theo hướng chọn giống đột biến. Việc xác định các giống 
cà chua có năng suất cao đáp  ứng nhu cầu con người và giúp tăng thu  
nhập cho người nông dân là vấn đề  cấp thiết được đặt ra. Xuất phát từ 
thực tiễn trên chúng tôi tiến hành nghiên cứu đề  tài: “ Nghiên cứu  ứng 
dụng chiếu xạ nhằm tạo ra các dòng cà chua đột biến cho năng suất  
cao từ nguồn vật liệu của Cuba”.
2. Mục đích nghiên cứu
   Tạo ra các dòng cà chua đột biến có năng suất cao bằng phương pháp  
chiếu xạ gây đột biến.
3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
­

Từ kết quả nghiên cứu chúng tôi đưa ra một số dòng cà chua có triển 

vọng  giúp tăng thu nhập cho người dân.

3

­ Đề  tài bổ sung thêm vào các tài liệu khoa học phục vụ cho công tác 
giảng dạy và nghiên cứu.

Chương1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Nguồn gốc, phân loại, đặc điểm và giá trị của cây cà chua
1.1.1. Nguồn gốc
               Cà chua có nguồn gốc  ở  Pêru, Bolivia và Equado. Trước khi Crixtop  
Côlông phát hiện ra châu Mỹ thì ở Pêru và Mêhicô đã có trồng cà chua. Những 
loài cà chua hoang dại gần gũi với cà chua trồng ngày nay vẫn tìm thấy ở dọc  
theo dãy núi Andes (Pêru), Bolivia và Equado. Các nhà thực vật học De candolle  
(1884), Mulle (1940), Luckuwill (1943), Brezney (1955)… đều thống nhất cho 
rằng cây cà chua có nguồn gốc  ở  bán đảo Galapagos bên bờ  biển Nam Mỹ,  
Pêru, Equado và Chilê. Người trồng trọt đã thuần dưỡng những giống cà chua 
quả nhỏ và dạng hoang dại, những giống và loài hoang dại được mang từ nơi 
xuất xứ đến Trung Mỹ , cuối cùng đến Mêhicô. [6]
   Theo các tài liệu của châu Âu thì chắc chắn cà chua được người Aztec 
và người Toltec mang đến. Đầu tiên người Tây Ban Nha đem cà chua từ 
châu Âu về, rồi sau đó đưa đến vùng Địa Trung Hải.
  Đầu thế kỷ 18, cà chua đã trở lên phong phú, đa dạng nhiều vùng trồng  
làm thực phẩm. Thời kỳ  này cà chua lại từ  châu Âu quay lại Bắc Mỹ.  
Cho đến thế  kỷ  19, cà chua trở  thành loại thực phẩm không thể  thiếu 
trong bữa ăn thường nhật và được trồng rộng rãi.

4


1.1.2.  Phân loại thực vật
    Cà   chua   thuộc   họ  Solanaceae,   chi  Lycopersicon.  Tên   khoa   học   là 

Lycopersicon   esculencum  Mill.   Theo   tác   giả   Breznhev.D   (1964) 
Lycopersicon gồm 3 loài thuộc hai chi phụ
  Subgenus 1­ Eulycopersicon: các dạng cây một năm, quả không có lông, 
màu   đỏ   hoặc   vàng,   hạt   mỏng,   rộng…..chi   này   gồm   một   loài  L. 
Esculentum
Loài này chia làm 3 loài phụ.
+   ssp.   Spontaneum  Brezh:   (cà   chua   dại):   có   hai   biến   chủng   là  var. 
Racemigerum  và  var.Pimpinellifolium: hai biến chủng này thường quả 
nhỏ, hàm lượng chất khô cao, chống bệnh tốt và có giá trị  để  sử  dụng  
làm vật liệu khởi đầu cho chọn giống.
+ ssp. Subspontaneaum ( cà chua bán trồng): có 5 biến chủng là:
           Var. Pruniform: Dạng quả mận
            Var. purifomae: dạng quả lê
           Var. cerasifomae: dạng quả anh đào
           Var. Elongatum: dạng quả dài hay gọi là dạng quả nhót.
           Var. Succenturiatum: dạng quả nhiều ngăn hạt.
Năm biến chủng này thân mập, quả  rất nhỏ, dùng làm vật liệu chọn  
giống.
+ ssp. Cultum (cà chua trồng): gồm 3 biến chủng
          Var. Vulgare: cà chua thường
          Var. Validum: dạng thân bụi.
          Var. Grandiflium: dạng kiểu lá khoai tây.
Subgenus 2­  Eriopersicon: chi phụ  này gồm các loài dại, cây dạng một 
năm hoặc nhiều năm, gồm các dạng quả có lông, màu trắng, xanh lá cây 

5


hay vàng nhạt, có các vệt màu antoxian hay xanh thẫm. Hạt dày không có  
lông màu nâu…chi phụ này gồm hai loài và các loài phụ.

           + Loài L. Peruvianum. Mill: loài này có nhiều biến dạng trong đó 
có.

 Var.   Cheesmanii   Riloey;

 var.   Chessmaniifminor.C.H.Mull; 

var.Dentatum Dum.
         + Loài L. Hirsutum Humb.et.Bonpl: loài này gồm hai loài phụ  Var. 
glabratum C.H. Mull và var. glandulosum C.H.Mull. có một vài tính trạng 
có ý nghĩa trong chọn giống, các cơ  quan sinh trưởng phủ  một lớp lông 
tơ.

1.1.3.  Đặc tính thực vật
    Cà chua là cây một năm. Tuy nhiên trong điều kiện tối ưu nhất định cà 
chua có thể là cây nhiều năm.
   1.1.3.1. Hệ rễ
     Cà chua có hệ  rễ  chùm, ăn sâu và phân nhánh mạnh, khả  năng phát  
triển rễ  phụ  rất lớn. Trong điều kiện tối  ưu những giống tăng trưởng 
mạnh có hệ rễ ăn sâu 1­ 1,5m và rộng 1,5­2,5m. Vì vậy cà chua chịu hạn 
rất tốt. Khi cây rễ chính bị đứt, bộ rễ phụ phát triển và phân bố rộng nên  
cây cũng chịu đựng được điều kiện khô hạn.Trong quá trình sinh trưởng,  
hệ  rễ  chịu  ảnh hưởng lớn của điều kiện môi trường như  nhiệt độ  đất, 
độ   ẩm…ở  nhiệt độ  đất thấp (14­160C) sự  phát triển rễ  chậm lại 15­20 
ngày. Nhiệt độ đất cao (>350C) rễ cà chua phát triển bị trở ngại và có thể 
bị chết.
1.1.3.2. Thân

6

     Thân tròn thẳng đứng, mọng nước, phủ nhiều lông, khi cây lớn gốc  
thân dần dần hoá gỗ. Thân mang lá và phát hoa.  Ở nách lá là chồi nách, 
chồi nách ở các vị trí  khác nhau có tốc độ sinh trưởng và phát dục khác 
nhau, thường chồi nách ở ngay dưới chùm hoa thứ nhất có khả năng sinh 
trưởng mạnh và phát dục lớn so với các chồi nách gần gốc. Tuỳ  khả 
năng sinh trưởng và phân nhánh các giống cà chua được chia làm 4 dạng 
hình:
  Dạng sinh trưởng hữu hạn: chiều cao từ 65­120cm
   Dạng sinh trưởng vô hạn: Chiều cao cây từ  120­>200cm, thân sinh  
trưởng mạnh
 Dạng sinh trưởng bán hữu hạn: Chiều cao cây 65­95cm
 Dạng lùn: cây thấp, chiều cao cây dưới 65cm, cây lùn mập, khoảng cách  
giữa các lóng ngắn.

1.1.3.3. Lá
      Lá cà chua là đặc trưng hình thái để  phân biệt giống này với giống 
khác. Lá thuộc loại lá kép lông chim lẻ, mỗi lá có 3­4 đôi lá chét, ngọn lá  
có một lá riêng gọi là lá đỉnh. Rìa lá chét đều có răng cưa nông hay sâu 
tuỳ  giống, phiến lá thường phủ  lông tơ. Đặc tính lá của giống thường  
thể hiện đầy đủ sau khi cây có chùm hoa đầu tiên.
     Số lá là đặc điểm di truyền của giống, nhưng cũng bị ảnh hưởng của  
nhiệt độ  trong quá trình hình thành. Khi hình thành 10 lá đầu tiên cần 
nhiệt độ  trung bình hơn 130C, hình thành 20 lá cần nhiệt độ  trung bình 
ngày đêm là 240C, nếu nhiệt độ thấp hơn 130C thì quá trình xuất hiện lá 
mới sẽ chậm lại.

7

1.1.3.4. Hoa
    Hoa mọc thành chùm, lưỡng tính, tự  thụ  phấn là chính. Sự  thụ  phấn 
chéo  ở cà chua khó xảy ra vì hoa cà chua tiết nhiều tiết tố chứa alkaloid  
độc nên không hấp dẫn côn trùng và hạt phấn nặng không bay xa được. 
Số lượng hoa trên chùm hoa thay đổi tuỳ giống và thời tiết, thường từ 5­
20 hoa.
Màu sắc của cánh hoa thay đổi theo quá trình phát triển từ vàng xanh đến 
vàng tươi rồi vàng úa. Hoa cà chua nhỏ, hoa đính vào chùm bằng một  
cuống ngắn. Một lớp tế  bào riêng rẽ  hình thành  ở  cuống hoa, khi gặp  
điều kiện không thuận lợi sẽ thúc đẩy quá trình hình thành tầng rời, lớp 
tế bào sẽ khô héo và chết.
  Cà chua có 3 loại chùm hoa: Đơn giản, trung gian và phức tạp. 
   Cà chua là loại cây có khả năng ra hoa nhiều nhưng tỉ lệ đậu quả thấp, 
đặc biệt khi gieo trồng trong những điều kiện bất lợi. Nguyên nhân rụng 
nụ, hoa rất phức tạp song chủ yếu do hình thành tầng rời, lớp tế bào bị 
chết làm cho hoa rụng khỏi chùm. Số hoa trên cây là đặc điểm di truyền 
của giống nhưng cũng chịu  ảnh hưởng của điều kiện ngoại cảnh, chất 
lượng dinh dưỡng không đầy đủ, kỹ thuật chăm sóc…..
1.1.3.5. Qủa
   Qủa thuộc loại mọng nước gồm: vỏ, thịt quả, vách ngăn và giá noãn.  
Qủa cà chua được cấu tạo từ 2 đến nhiều ngăn. Số lượng quả trên cây là 
đặc tính di truyền của giống và cũng chịu  ảnh hưởng của  điều kiện  
ngoại cảnh, chất lượng dinh dưỡng không đầy đủ, kỹ thuật chăm sóc…
   Số  lượng quả  thay đổi lớn từ  4­5 quả đến vài chục quả. Khối lượng 
quả  có sự  chênh lệch đáng kể  giữa loài và trong loài từ  2­3g đến 200­
300g. Trên cùng một giống cà chua, số  lượng quả và khối lượng quả có 

8

sự  tương quan nghịch: số  lượng quả  nhiều thì khối lượng quả  nhỏ  và 
ngược lại. Số  lượng quả  trên cây cũng tương quan rất chặt đến năng 
suất. Đây cũng là một trong những tính trạng quan tâm của các nhà chọn 
tạo giống.
    Hình dạng quả cà chua thay đổi từ  tròn, bầu dục đến dài. Vỏ  quả có  
thể nhẵn hoặc có khía. Màu sắc của quả thay đổi tuỳ giống và điều kiện 
thời tiết, thường màu sắc quả là màu phối hợp giữa màu vỏ  quả  và thịt 
quả.
   Chất lượng quả cà chua được thể hiện qua các chỉ tiêu: cấu trúc quả, 
độ  rắn, tỉ  lệ  thịt/quả, tỉ  lệ  đường/ axit và sắc tố  quả. Sự  cân bằng về 
đường và axit thể hiện hương vị thích hợp.
1.1.3.6. Hạt
     Hạt cà chua nhỏ, nhiều lông, màu vàng sáng hoặc hơi tối. Hạt nằm 
trong buồng chứa nhiều dịch bào kìm hãm sự  nảy mầm của hạt. Trung 
bình có 50­350 hạt trong quả, trọng lượng 1000 hạt là 2,5­3g.
1.1.4. Gía trị dinh dưỡng và ý nghĩa kinh tế
  Cà chua là loại rau quả quý được sử dụng rộng rãi trên thế giới hơn 150 
năm   qua.   Trong   quả   chín   có   nhiều   chất   dinh   dưỡng   như   đường, 
vitaminA, vitamin C và các chất khoáng quan trọng như  Ca, Fe, P, K,  
Mg…[6]
  Theo ED War, D.C Tigche LAAR (1989) thành phần hoá học trong quả 
cà chua chín như sau:
­ Nước: 94 – 95%
­

 Chất khô: 5 – 6% trong đó:     55% đường; 21% chất khô hoà 
tan trong rượu, protein, xenlulozơ, pectin, polysaccarit; 7% chất 
vô cơ; 5% các chất khác.

9

    Theo   PGS.TS.   Hồ   Hữu   An   (2003­2006)   cho   thấy   thành   phần   dinh 
dưỡng trong quả  cà chua phụ  thuộc rất nhiều yếu tố  như  thời vụ  gieo  
trồng, giống và các biện pháp kĩ thuật gieo trồng.
        Cà chua còn được sử dụng về mặt thẩm mỹ và y học: Cà chua có  
thể  dùng để  chống tiêu chảy, chữa bỏng nắng, giảm đau, làm lành vết 
thương. Cà chua còn làm thuốc tăng lực, bổ  gan và chống xơ  gan, sử 
dụng cà chua hàng ngày giúp chúng ta tiêu hoá khi ăn nhiều mỡ động vật, 
trứng, phomat…phòng được bệnh xơ  cứng thành mạch. Phụ  nữ  dùng 
quả  cà chua đắp mặt hàng ngày làm cho da căng sáng, không nếp nhăn,  
chống lão hoá.Trong cà chua còn chứa các amino axit (trừ triptophan), giá 
trị dinh dưỡng của cà chua rất phong phú vì vậy hàng ngày mỗi người sử 
dụng từ 100 – 200g cà chua sẽ thoả mãn nhu cầu vitamin cần thiết và các  
chất khoáng chủ yếu. Lycopen có trong cà chua là chất chống oxi hoá tự 
nhiên liên quan tới vitamin A đã được chứng minh có khả  năng ngăn 
ngừa bệnh ung thư  tuyến tiền liệt, vì lycopen là chất có khả  năng ngăn 
ngừa các gốc tự do gây ung thư.
     Cà chua còn dùng để  làm tăng hương vị  của các món ăn và tạo cho  
món ăn thêm hấp dẫn, cà chua có thể  chế  biến thành nhiều loại khác 
nhau như cà chua cô đặc, nước cà chua, cà chua nguyên quả đóng hộp, cà 
chua muối, dầm dấm, làm salat, mứt…[7]
    Cà chua không chỉ là cây rau có giá trị kinh tế cao, nó còn là mặt hàng  
xuất khẩu của nhiều nước trên thế  giới. Tuỳ  theo đặc điểm của từng  
vùng sinh thái, tuỳ  mùa vụ, một sào bắc bộ  có thể  cho thu nhập từ  1­3 
triệu đồng. Theo trung tâm khuyến nông quốc gia (31/03/2006) cà chua 

10

trái   vụ   ở   Thực   Đạt   (Hải   Dương)   thu   được   3­5   triệu/sào   (80   triệu 
đồng/ha). Có thể  nói cà chua đã trở  thành cây xoá đói, giảm nghèo cho  
người dân nơi đây.
1.2. Tình hình sản xuất cà chua trên thế giới và ở Việt Nam
1.2.1. Tình hình sản xuất cà chua trên thế giới
    Cà chua đã trở  thành một trong những cây trồng thông dụng và được  
trồng phổ biến, rộng rãi trên khắp thế giới. Nghiên cứu lịch sử trồng trọt  
cho biết đến tận thế kỉ thứ 19, cà chua vẫn chỉ được trồng như một cây 
cảnh nhờ  màu sắc đẹp của quả. Ngày nay, người ta đã biết ankaloid 
trong quả cà chua là tomatin, một chất ít độc kể cả khi nó có hàm lượng 
rất cao. Bởi vậy, sản xuất và sử dụng cà chua trên thế giới không ngừng  
tăng lên. Từ  năm 1990 – 2001 diện tích trồng cà chua trên thế  giới từ 
2.868,443 ha tăng lên 3.745,299 ha và sản lượng từ  76.022,112 tấn tăng 
lên 100.259,346 tấn nhưng năng suất gần như không tăng. Phải chăng do 
những  ứng dụng tiến bộ  kỹ  thuật mới vào trồng trọt, chăm sóc cà chua 
chưa nhiều.
   Trong những năm gần đây diện tích, năng suất và sản lượng cà chua  
tăng lên thể hiện qua bảng sau
   

Bảng 2.1. Tình hình sản xuất cà chua trên thế giới

11


Năm

Diện tích 

Năng suất 

Sản lượng 

(nghìn ha)

(tấn/ha)

(nghìn tấn)

2000

3.750,176

27.192

101.975,637

2001

3.745,229

26.770

100.259,346

2002

3.998,219

27.005

107.972,098

2003

4.188,389

27.921

116.943,619

2005

4.570,869

27.222

124426,995

   Nguồn:theo thông kê của FAO (2000­2006)
Thống kê của FAO cho thấy, diện tích cà chua trên thế  giới năm 2005  
đạt 4.570,869 ha tăng gấp 1,4 lần so với năm 1995.
Bảng 2.2: Sản lượng cà chua của thế giới và các nước dẫn đầu
TT

Quốc gia

1

Thế giới

2

1995

2000

2003

2005

87.592,093 108.339,598 116.943,619

124.426,995

Trung Quốc

13.172,494

22.324,767

28.842,743

31.644,040

3

Mỹ

11.784,000

11.558,800

10.522,000

11.043,300

4

Thổ Nhĩ Kỳ

7.250,000

8.890,000

9.820,000

9.700,000

5

Ấn Độ

5.260,000

7.430,000

7.600,000

7.600,000

6

Italy

5.182,000

7.538,100

6.651,505

7.087,016

7

Ai Cập

5.034,179

6.785,640

7.140,198

7.600,000

8

Tây Ban Nha

2.841,100

3.766,328

3.947,327

4.651,000

9

Braxin

2.715,016

2.982,840

3.708,600

3.396,767

10

Iran

2.403,367

3.190,999

4.200,000

4.200,000

11

Mêhico

2.309,968

2.086,030

2.148,130

2.800,115

12

Hy Lạp

2.064,160

2.085,000

1.830,000

1.713,580

12


Nguồn:Thống kê của FAO (200­2006)
  Qua bảng tổng kết cho thấy: Đến năm 2005 thì Trung Quốc vẫn luôn là 

nước đứng đầu trên thế giới về diện tích và sản lượng cà chua, tiếp theo 
là Mỹ và Thổ Nhĩ Kỳ.
 Có thể thấy rằng cà chua đang là mặt hàng nông sản được sản xuất chủ 
lực ở các nước ôn đới và á nhiệt đới.
1.2.2. Tình hình sản xuất cà chua ở Việt Nam
      Ở  nước ta, cà chua được trồng trên 100 năm nay, diện tích trồng cà 
chua hàng năm biến động 12.000  ­13.000 ha. Theo thống kê sơ  bộ  năm 
2005 thì diện tích trồng cà chua cả nước là 23.354 ha tăng 3,34 lần so với 
năm 2000 (6967 ha), với năng suất trung bình đạt 198 tạ/ha. Sản lượng  
đạt 462,435 tấn. Năng suất cà chua  ở  nước ta nói chung còn thấp, chỉ 
khoảng 60­65% so với năng suất bình quân của thế giới. Các vùng trồng  
cà chua lớn nhất  ở nước ta là : Hải Dương, Nam Định, Bắc Giang, Lâm 
Đồng… đây là những vùng trồng cà chua đạt năng suất cao nhất cả nước  
( năng suất ≥ 200 tạ/ha).

Bảng 2.3. Diện tích, năng suất và sản lượng cà chua giai đoạn 2000­2005
Năm

Diện tích

Năng Suất

Sản lượng

(1000 ha)

(tạ/ha)

(1000 tấn)

13


2000

6,967

196,3

136,734

2001

11,492

156,4

179,755

2002

18,868

165,5

312,178

2003

21,628

164,1

354,846

2004

24,644

172,1

424,126

2005

23,354

198,0

462,435

               Nguồn: Trích số liệu của tổng cục thống kê 2006
     Ở nước ta, cây cà chua sinh trưởng và phát triển tốt nhất vào vụ đông,  
mặc dù trong những năm gần đây có nhiều cố  gắng trong công tác chọn 
giống và công nghệ  nhưng vụ  đông vẫn là vụ  chính cho sản lượng và 
chất lượng cao nhất.
   Trong cả  nước có khoảng 22 giống cà chua chủ  lực trong đó có 10 
giống được sử dụng nhiều nhất với tổng diện tích 6253 ha tương đương 
với 55% diện tích cả  nước đứng đầu là giống M383 sau đó đến giống 
VL200, Tn002, Cà chua Mỹ, cà chua balan, Red crow, T42, VI2910 và 

giống Trang Nông.
1.3. Khái quát về  các nghiên cứu sử  dụng đột biến trong chọn tạo  
giống cây trồng
1.3.1. Ý nghĩa của đột biến trong công tác chọn tạo giống cây trồng 
   Chọn tạo giống cây trồng là một ngành khoa học cải tiến di truyền của 
thực vật vì lợi ích của loài người [32]. Để  tạo ra nguồn biến dị mới với 
các tính trạng mong muốn các nhà chọn tạo giống  phải áp dụng nhiều 
biện pháp khác nhau như chọn lọc, lai giống, tạo đột biến, gây đa bội thể 

14


và gần đây nhất là áp dụng công nghệ sinh học trong chọn giống. Chọn 
lọc là phương pháp cơ bản của chọn giống. Tuy nhiên, phương pháp chọn 
lọc chỉ đưa lại kết quả khi quần thể ban đầu đa dạng về kiểu gen. Kết 
quả  của các phương pháp chọn lọc chỉ  là thừa hưởng những kho tàng 
biến dị có sẵn trong tự nhiên chứ không phải là tạo ra được những biến dị 
mới.
   Bằng các biện pháp lai tạo và gây đa bội thể thực nghiệm người ta đã 
làm phong phú thêm nguồn biến dị trong tự nhiên. Một hiệu ứng đặc biệt 
nhận được trong lai giống là ưu thế lai biểu hiện ở thế hệ F1. Tuy nhiên 
ở cây trồng do đặc điểm cấu trúc hoa và hệ thống sinh sản của chúng gây 
cản trở cho việc áp dụng tạo giống ưu thế lai (bất hợp lai, F1 không có 
khả năng sống, F1 bất dục, sự suy nhược của con lai). Bằng các phương 
pháp này ta cũng chỉ mới sử dụng một số ít gen trong hệ thống gen của 
một cơ thể thực vật quá trình chọn lọc và lai tạo cũng phải trải qua một 
khoảng thời gian khá dài. 
    Đột biến là cơ sở của tiến hoá hình thành nên các giống cây trồng, vật 
nuôi mới. Đột biến là một con đường quan trọng dẫn đến việc làm tăng 
sự biến dị trong cơ thể sinh vật, nó là sự biến đổi bất thường về vật chất 

di truyền dẫn đến sự biến đổi một hoặc nhiều tính trạng và có thể được 
di truyền cho thế hệ sau.  Đột biến gồm hai loại đột biến tự phát và đột 
biến nhân tạo. 
    Đột biến tự phát là dạng đột biến xảy ra một cách ngẫu nhiên trong 
 

tự

nhiên do những biến đổi thời tiết, khí hậu do những thay đổi về yếu tố địa 
lý

 

15


v.v…  Trong tự nhiên những biến đổi đột ngột do những biến động thời 
tiết

 

khí

 

hậu, địa lý làm cho sinh vật mới thích nghi hơn với điều kiện sống qua quá 
trình

 

tiến hoá hàng trăm, thậm trí hàng nghìn năm những giống cây trồng, vật 
nuôi

 

mới này hình thành những đặc tính khác biệt so với giống cũ. Đột biến tự 
phát

 

xảy ra trong tự nhiện có tần số rất thấp thường 10­9 nghĩa là khoảng 10 
triệu

 

cá

 

thể mới xuất hiện một cá thể bị đột biến và không phải đột biến nào cũng 
có

 

ý

 

nghĩa cho con người. 
      Đột biến nhân tạo: là đột biến xảy ra do các tác nhân (vật lý hoặc hoá 

học)

 

gây đột biến được thực hiện bởi con người vì mục đích chọn giống. Nhờ 
việc sử  dụng của các tác nhân gây đột biến người ta có thể tạo được các 
giống mới trong  một khoảng thời gian ngắn và trong một phạm vi thí 
nghiệm hẹp. Gây  đột biến là một phương pháp  để  bổ  sung nguồn gen 
trong

 

chọn

 

giống

 

cây

 

trồng.

 

        Sau những năm 1995, cùng với sự bùng nổ thông tin của công nghệ 
thông tin đã có sự tăng cường trao đổi thông tin giữa các nhà khoa học về 

việc không  chỉ  gây  đột biến  để  cải tiến giống cây trồng mà còn  ứng 
dụng gây  đột biến  để  khám phá gen kiểm soát những tính trạng quan 
trọng và tăng sự hiểu biết chức năng và cơ chế hoạt động của chúng, 

16


mà  còn   giải   mã  bản   chất  sinh  học   của  những biến  đổi  trong  chuỗi 
ADN, sự tự sửa chữa các đột biến. Những nghiên cứu về đột biến đã có 
những thay  đổi về  lượng và cả  về  chất, nghiên cứu tìm  hiểu tận gốc 
những thay  đổi trong chuỗi ADN do những tác nhân  đột biến gây nên. 
Thậm trí người ta có thể nghĩ đến gây bất hoạt gen nhờ đột biến nhằm 
ức chế hoặc tạo ra một loại sản phẩm protein mới dẫn đến thay đổi chất 
lượng của cây trồng. 
1.3.2. Cơ sở di truyền của đột biến 
   Đột biến có thể xảy ra ở bất kỳ lúc nào và ở bất kỳ tế bào nào. Các tác 
động lên kiểu hình có thể là những biến đổi nhỏ nhất mà chỉ có thể phát 
hiện bằng các  phương pháp phân tích phân tử  đến những biến  đổi lớn 
dẫn đến thay đổi những quá trình cơ bản của tế bào dẫn đến có thể làm 
chết tế bào hoặc cả cơ thể. 
     Đột biến có thể phân chia theo nhiều cách khác nhau. Ở các sinh vật đa 
bào, sự phân biệt quan trọng dựa trên các dạng tế bào đầu tiên xảy ra đột 
biến. Những đột biến xuất hiện ở các tế bào hình thành giao tử được gọi 
là đột biến gen nhân (germ­ line mutations). Những đột biến xảy ra ở tế 
bào   sinh   dưỡng  được   gọi   là  đột   biến   tế  bào   sinh   dưỡng   (somatic 
mutations) hay còn gọi là  đột biến soma.  Đột biến soma có thể  tạo ra 
một sinh vật vừa có các mô tế bào đột biến vừa có các mô bình  thường. 
Hiện tượng này còn  được gọi là  đột biến khảm.  Đột biến tế  bào sinh 
dưỡng có thể  không  được di truyền cho thế  hệ  sau.  Đối với cây nhân 
giống vô tính thì tuỳ vào vị trí và phần trăm của mô sinh dưỡng người ta 

có thể  phân lập  được hai hoặc ba loại  đột biến khác nhau.  Ở  các loài 
thực vật bậc cao các đột biến soma có thể được nhân giống vô tính do đó 

17


vẫn có thể giữ lại được các đột biến này [34]. 
     Dựa vào sự thay đổi cấu trúc di truyền đột biến được phân thành hai 
loại đó là đột biến nhiễm sắc thể và đột biến gen. Đột biến nhiễm sắc 
thể (NST) là sự  biến đổi về cấu trúc hoặc số lượng nhiễm sắc thể. Đột 
biến có thể xảy ra ở một cặp NST nào đó hoặc ở toàn bộ các cặp NST. 
Loại đột biến này phát sinh có thể  là do các tác nhân của ngoại cảnh (do 
chất phóng xạ, hoá chất, sự biến đổi đột ngột của nhiệt độ) hoặc những 
rối loạn của quá trình trao  đổi chất của nội bào  dẫn  đến sự  phân ly 
không bình thường của các cặp NST.  Trường hợp NST trong tế bào sinh 
dưỡng tăng lên thành bội số của n (nhiều hơn 2n) được gọi chung là thể 
đa bội. Tế bào đa bội có lượng ADN tăng gấp bội, quá trình tổng hợp 
các chất hữu cơ diễn ra mạnh mẽ do đó kích thước tế bào lớn hơn. Cơ 
thể đa bội thường có cơ quan sinh dưỡng to, phát triển khoẻ, chống chịu 
tốt. Hiện tượng  đa  bội khá phổ  biến  ở  thực vật và  đã  được  ứng dụng 
hiệu quả  trong chọn giống cây trồng.  Đột biến NST có các dạng mất 
đoạn, đảo đoạn, lặp đoạn, chuyển đoạn. 
      Đột biến gen là những biến đổi về số lượng, thành phần, trật tự các 
cặp nucleotide xảy ra tại một điểm nào đó trên phân tử ADN. Sự biến đổi 
về cấu trúc phân tử  của gen có thể  dẫn tới biến  đổi cấu trúc của một 
loại protein do gen  đó  mã hoá và cuối cùng dẫn  đến biến  đổi  ở  kiểu 
hình. Ngoài những đột biến gen xảy ra trên ADN của NST còn xảy ra đột 
biến ADN của các bào quan như ty thể, lạp thể có thể gây ra những biến 
dị di truyền theo dòng mẹ. 
1.3.3. Các tác nhân gây đột biến 

18


     Bằng chứng về các tác nhân ngoại cảnh có thể làm tăng tỉ lệ đột biến 
được

 

công bố vào năm 1927 bởi Hermann Muller, ông đã chứng minh tia X 
là tác nhân gây đột biến ở ruồi giấm. Kể từ đó một số lượng lớn các tác 
nhân gây đột biến được khám phá và được phân thành hai loại đó là tác 
nhân vật lý và tác nhân hoá học [35]. 
      Ngay từ những năm 1940 Auerbach và Robson dã khẳng định một số 
hoá chất có khả năng gây đột biến. Trước những năm 60 của thế kỉ XX 
trên thế  giới  người ta mới sử  dụng các tác nhân gây  đột biến hoá học. 
Ngày nay có đến hàng chục nhóm chất hoá học hoặc hàng ngàn dẫn xuất 
của chúng có khả năng gây đột biến nhưng nếu xét về phương thức tác 
dụng chúng có thể được chia thành năm nhóm như sau: 
­ Các chất kìm hãm sự  tổng hợp của các bazơ  nitơ, tham gia vào thành 
phần axit nucleic dẫn đến việc hình thành các gốc không bình thường gây 
ra sự đột biến. Các chất này gồm có: coephin, ethyluretan, theobromin… 
­ Các chất  đồng  đẳng của bazơ  nitơ  như  5­ bromuracil (đồng  đẳng của 
thymin),  2­aminopurin (đồng  đẳng của adenin) tham gia vào thành phần 
DNA cũng có thể gây đột biến. 
­Các   hợp   chất   alkyl   hoá   như  EI   (ethyleneimin),   EMS 
(ethylmethanesulfonate). Các hợp chất này có khả  năng alkyl hoá các 
nhóm  phosphate   trong   phân   tử  ADN   cũng   như  các   bazơ  purin   hay 
pyrimidine dẫn đến sự đột biến. 
­ Các chất ôxi hoá khử và các gốc tự do như peroxyt, HNO2, aldehyt…

gây  đột  biến   liên   quan  đến   sự  dezamin   hoá   các   gốc   purin   và 
pyrimidine của ADN và ARN. 

19


­ Các chất nhuộm màu thuộc nhóm acridin, các chất này khi phản  ứng 
với ADN thì tạo thành một phức hệ làm rối loạn sự tái sinh bình thường 
của ADN.  Tác nhân gây  đột biến vật lý là những dạng tia phóng 
xạ. Muller và  Xapeghin là những người  đầu tiên  đưa ra khả  năng sử 
dụng tia phóng xạ  để  nâng  cao tần số  đột biến  ở  cây trồng. Sau  đó 
phương pháp chọn giống mới này đã thu hút được sự chú ý của nhiều 
người đặc biệt là các nhà di truyền chọn giống của Liên Xô, Đức, Nhật, 
Thuỵ Điển…Có rất nhiều dạng tia phóng xạ và nguồn phóng xạ cho 
các nhà chọn gống lựa chọn. Bên cạnh tia cực tím một số các tia phóng 
xạ ion hoá như tia X, tia gamma, hạt alpha, beta, hạt proton, neutron, ion 
beam có thể  giải phóng nguồn năng lượng dưới dạng hạt hoặc sóng 
điện từ có thể gây ra tổn thương sinh học cho tế bào. Những tổn thương 
sinh học do phóng xạ gây ra được hình thành qua hai con đường: 
 ­ Phóng xạ tác động trực tiếp xảy ra ở phân tử ADN và gây ra đột biến 
gen. 
  ­ Phóng xạ tác động gián tiếp, nó được các các phân tử khác trong tế bào 
hấp thụ,  sau  đó các năng lượng này hoặc các sản phẩm của nó  được 
truyền vào ADN dẫn đến biến đổi về cấu trúc ADN. 
   Tia phóng xạ có tác dụng khác nhau đến thực vật tuỳ thuộc vào kiểu 
phóng xạ, liều lượng phóng xạ, đặc tính di truyền của giống, trạng thái 
sinh lý sinh hoá của bộ phận được xử lý và một yếu tố của môi trường 
bên ngoài [35]. 
1.4. Ứng dụng của phương pháp gây đột biến trong nghiên cứu  
chọn giống

1.4.1. Những nghiên cứu trên thế giới

20


    Vào năm 1964 ở Roma, một hội nghị do FAO và IAEA tổ chức đã đưa  
ra những đánh giá về  kết quả  và triển vọng của phương pháp chọn 
giống đột biến đối với cải tiến giống cây trồng và 5 năm sau người ta 
công bố đã có 77 giống đột biến ra đời.     
     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 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...
       Năm 1990, hội nghị  do FAO/IAEA tổ  chức thông báo có 1363 giống  

cây trồng được tạo ra từ phương pháp đột biến  ở  48 quốc gia, trong đó 
có 559 giống hoà thảo và 415 giống cây trồng. Đến năm 1996 cũng theo  
FAO/ IAEA công bố đã có tới gần 1800 giống cây trồng.
             Cho tới năm 2003 (FAO/IAEA Mutant Varieties Database), 2317  
giống cây trồng đã được tạo ra bằng gây đột biến thực nghiệm trên phạm  
vi 60 nước, trong số đó có 1585 giống cây trồng được trực tiếp sử dụng 
sau khi gây đột biến và 667 giống được sử  dụng một cách gián tiếp như 
là vật liệu trong các phép lai. Việc  ứng dụng kỹ  thuật hạt nhân để  cải  
tiến cây trồng đã mang lại hiệu quả  cực kỳ to lớn về mặt kinh tế,  ước  
tính các nước đã thu được hàng tỷ  đô la từ  hàng triệu hecta gieo trồng  
những giống cây được tạo ra từ đột biến.[33]
        Hiện nay theo thống kê mới nhất của FAO/IAEA đã có trên 3000  
giống cây trồng được tạo ra bằng phương pháp đột biến, trong đó riêng 
lúa có hơn 600 giống và Trung Quốc là nước dẫn đầu thế  giới về trồng 

lúa đột biến có những tính trạng đặc sắc.

21


     Hơn 90% các giống đột biến nói trên đựơc tạo ra nhờ việc sử  dụng 
tia x và tia Gamma. Phần lớn các giống được đưa vào sản xuất là những  
dạng có thay đổi về  kiểu hình thời gian ra hoa, màu và dạng hoa, kích 
thước và màu quả, chống sâu bệnh. Một số đột biến có giá trị khác như:  
thay đổi hàm lượng Protein, axit amin, chất lượng tinh bột  ở  nội nhũ 
hạt…
      Năn 1967, Swaminathan (Ấn Độ) đã dùng tia gamma và tia tử  ngoại  
chiếu lên hạt giống lúa mỳ  Mehico Suorra 64 đã tạo ra giống đột biến  
Sảbati có hàm lượng protein cao hơn giống gốc 2,3%.
     Ở  viện nghiên cứu Crasnoda của Nga năm 1976 đã xử  lý tia Laze lên 
hạt lúa mỳ tạo được giống đột biến Ljubov có hàm lượng protein tăng và 
năng suất tăng 15% so với giống gốc.
   Kutefa ( Trung Quốc) năm 1989 xử lý tia Rơnghen liều 9,3 Krad lên hạt 
nảy mầm giống lúa Wuxian 20 và chọn tạo được giống mới tăng năng 
suất   so   với   giống   gốc   30%.   Cũng     xử   lý   lên   hạt   nảy   mầm   giống 
Lungjing  ở  2 liều 1 Kr và 2Kr tác giả  thu được dạng đột biến thấp cây 
hơn giống gốc 30cm và năng suất vượt giống gốc 2,3 tấn/ha.
    Năm 1965, Tedoradze XG đã sử dụng tia gamma liều 17Kr xử lý hạt  
đậu tương, chọn lọc qua nhiều thế hệ và thu được giống đậu tương chín  
sớm, chống chịu bệnh và năng suất vượt giống gốc 6,7 tạ/ha.
     Ở Ấn Độ tác giả Kerketta V., Haque M.F bằng xử lý phóng xạ lên hạt 
giống đậu tương Birsa1 có vỏ hạt màu đen đã thu được những dòng đột 
biến có vỏ màu nâu, trắng hoặc vàng sẫm, cho năng suất cao hơn giống  
gốc. [36]
   Tạo được giống đậu  chống bệnh cũng là một thành công của phương 

pháp chiếu xạ. Tác gỉa Laseejan S. xử  lý tia gamma liều 15 – 30 Kr lên 

22


hạt 11 giống và chọn lọc qua nhiều thế  hệ  thu được 16 dòng cho sản  
lượng hạt cao và chống bệnh gỉ sắt.
Sonnino A, khi xử lý phóng xạ  lên chồi cây khoai tây đã thu nhận được  
các đột biến cây lùn, thay đổi màu sắc vỏ củ.
           Trên đối tượng hoa cây cảnh cũng thu được nhiều thành công từ 
chọn giống chiếu xạ. Trong những năm từ  1987 – 1989, các nhà chọn 
giống Ấn Độ đã tạo được 37 dạng đột biến ở hoa cúc, 14 dạng đột biến  
ở hoa hồng khác nhau về kích thước, màu sắc hoa.
      Năm 2000, các tác giả của Thái Lan đã tiến hành chiếu xạ cụm chồi  
hoa cúc bằng tia gamma  ở  các liều chiếu là 10, 30, 50, 70, 90,110 Gy. 
Kết quả thu được cho thấy liều chiếu xạ 10Gy cho tỉ lệ sống cao nhất.  
Sau chiếu xạ đã tạo ra các cây cúc cho hoa có màu sắc kích thước và số 
lượng cánh hoa khác nhau trên cùng một bông hoa.
        Tác giả Xiao­Shan Shen, Jue­Zhen Wan, Wei­ YiLuo và CS (2004)  
người Trung Quốc đã nghiên cứu  ảnh hưởng của liều lượng chiếu xạ 
đến chồi đồng tiền trong các môi trường nuôi cấy M1,M2,M3 ( là các 
môi trường tái sinh callus, môi trường tái sinh chồi, môi trường tạo rễ) 
trong in vitro. Vật liệu sử dụng để chiếu xạ là callus đồng tiền, kết quả 
tìm ra liều chiếu xạ  gây chết callus đồng tiền là từ  8 – 9Kr và liều có  
hiệu quả đột biến là 5 – 6Kr.
1.4.2. Những nghiên cứu ở Việt Nam
    Ở Việt Nam, lĩnh vực này đã được cố  giáo sư  Lương Đình Của khởi 
xướng từ những năm 1960. Nhưng mãi đến năm 1980, hướng nghiên cứu  
này mới được phát triển một cách tương đối có hệ thống và định hướng 
do cố  tiến sĩ Phan Phải và cộng sự  tiến hành. Sau đó, một loạt nghiên 

cứu của các tác giả khác trên nhiều đối tượng cây trồng khác nhau như:  

23


lúa, ngô, đậu, lạc, táo, cà chua, hoa cúc... đã tạo ra nhiều dòng đột biến 
có giá trị, được chọn lọc và phát triển trực tiếp thành các giống quốc gia 
hoặc các dòng có triển vọng phục vụ cho công tác lai tạo giống mới.
   Từ  năm 1989 – 2000 Viện di truyền Nông nghiệp đã công bố  6 giống 
lúa quốc gia, trong đó giống DT10 được tạo ra nhờ xử lý tia gamma liều 
20Kr lên hạt khô của giống C4­63. Cũng từ  xử  lý tia gamma liều 20Kr  
lên hạt khô của con lai F1 giữa giống TB1 và IR22, Viện kỹ thuật Nông 
nghiệp tỉnh Thái Bình đã chọn lọc được M174 có P1000 hạt là 40g .[15]
     Năm 1992, Phạm Văn Ro bằng phương pháp phóng xạ đối với một số 
giống lúa như Tài nguyên đục, Tép hành đã chọn tạo được các giống có 
thời giam sinh trưởng ngắn hơn rất nhiều so với giống gốc.
       Năm 1994, Nguyễn Minh Công và Đào Xuân Tân tạo được 2 dòng  
đột biến từ nếp Quýt Bắc Ninh có hàm lượng protein cao hơn hẳn giống 
gốc bằng xử lý tia gamma lên hạt nảy mầm.[18]
       Nghiên cứu mới đây của Hoàng Quang Minh, Nguyễn Như  Toản” 
Hiệu  ứng chiếu xạ  tia gamma ( nguồn Co 60) lên hạt lúa và những biến 
đổi di truyền trong M1 và M2” đã rút ra kết luận: Xử  lý chiếu xạ  tia  
gamma lên hạt lúa ướt ( ngâm sau 20h) với 3 liều lượng 15K, 20K, 25K  
đã tạo ra hiệu  ứng đột biến cao. Từ đó tạo nguồn vật liệu khởi đầu rất  
đa dạng và phong phú cho công tác chọn tạo giống lúa. [10]
    Chiếu xạ tia gamma liều 18Kr lên hạt giống đậu tương AK­04 có hạt  
màu xanh, tác giả  Mai Quang Vinh, Trần Văn Lài và CS đã chọn được 
dòng   DT95   có   khả   năng   sinh   trưởng   khỏe   và   cho   năng   suất   cao,   có  
trường hợp tới 200% so với giống đối chứng.[9]

24


      Trên cây lạc, tác giả Lê Song Dự khi chiếu liều 5Kr lên giống Bạch  
sa đã tạo ra giống mới B5000 có năng suất cao hơn giống gốc 20 – 30%,  
hàm lượng protein đạt 21,48%, dầu 52,5%. [11]
     Năm 2003, Đỗ  Quang Minh, Nguyễn Xuân Linh đã bước đầu tạo ra 
nguồn vật liệu khởi đầu cho chọn tạo giống cúc bằng việc gây đột biến  
thực nghiệm từ việc chiếu xạ tia gamma (nguồn Co60) trên chồi in vitro.
    Năm 2005, Đào Thanh Bằng và cộng sự  thuộc Viện Di Truyền Nông  
nghiệp đã chiếu xạ vào mô sẹo cây hoa cúc bằng tia gamma ở các liều 1,  
3, 5, 7 và 15Kr nhằm tăng phổ  đột biến màu sắc hoa từ  màu trắng ban 
đầu. Kết quả thu được cho thấy liều gây chết 50% về khả năng tái sinh 
chồi là 5Kr và thu được 3 thể  đột biến về  màu sắc: hoa màu hồng, hoa  
vàng và hoa có chóp cánh màu xanh.[40]
      Năm 2007, Viện Di Truyền Nông nghiệp đã nghiên cứu  ảnh hưởng  
của liều chiếu xạ  lên callus đồng tiền, kết quả  tìm ra liều gây chết là  
12Kr và liều chiếu xạ có hiệu quả cho tỉ lệ sống và tỷ lệ đột biến cao là  
16Kr

1.5.   Ứng   dụng   các   chỉ   thị   phân   tử   trong   chọn   giống   cây 
trồng
1.5.1. Khái quát về  các loại chỉ  thị  phân tử  trong chọn giống cây  
trồng 
    Chỉ thị phân tử được coi là những đoạn ADN đã được tìm thấy ở các 
vùng đặc hiệu trên bộ gen và được di truyền theo các quy luật từ thế hệ 
này sang thế hệ khác. Sự phát triển và sử dụng các loại chỉ thị phân tử để 
phát hiện và khám  phá sự  đa hình của ADN, lập bản  đồ  di truyền và 
nghiên cứu sự liên kết của các tính trạng là một trong những tiến bộ nhất 

25