Bài học

Gây đột biến trong chọn giống

Mục tiêu bài học

Sau bài này, em giải thích được nguyên lí gây đột biến nhân tạo trong chọn giống, trình bày được quy trình từ xử lí tác nhân gây đột biến đến chọn lọc thể đột biến có lợi, và phân biệt được gây đột biến với lai giống.

Kiến thức nền cần nhớ

Ở bài Đột biến trước đây trong chương trình lớp 9, em đã biết đột biến có thể phát sinh tự nhiên hoặc do tác nhân gây đột biến như tia phóng xạ và một số hoá chất, và đa số đột biến gây hại hoặc trung tính (same-grade bridge). Hai bài trước, em cũng thấy lai giống chỉ tổ hợp lại những allele đã có sẵn ở hai dòng bố mẹ. Bài này giới thiệu một hướng khác hẳn: chủ động dùng chính tác nhân gây đột biến đó để tạo ra allele hoàn toàn mới, chưa từng có trong quần thể ban đầu.

Khởi động

Đột biến tự nhiên xảy ra rất hiếm và ngẫu nhiên. Nếu một nhà chọn giống muốn tìm một giống lúa chín sớm hơn hẳn giống hiện có, chờ đột biến tự nhiên xuất hiện có thể mất hàng chục năm. Làm cách nào để "đẩy nhanh" xác suất gặp được một đột biến có lợi?

Kiến thức trọng tâm

Gây đột biến trong chọn giống là dùng chủ động các tác nhân vật lí (tia phóng xạ như tia X, tia gamma, tia cực tím) hoặc tác nhân hoá học (một số hoá chất gây đột biến) tác động lên hạt giống, mô hoặc cơ thể sinh vật, làm tăng tần số đột biến lên cao hơn hẳn mức tự nhiên. Đây là điểm khác biệt cốt lõi so với lai giống: lai giống chỉ tổ hợp lại biến dị đã có sẵn ở hai dòng bố mẹ, còn gây đột biến tạo ra biến dị HOÀN TOÀN MỚI, chưa từng tồn tại trong quần thể ban đầu.

Tăng tần số đột biến không có nghĩa là tăng tần số đột biến CÓ LỢI. Đúng như em đã học ở bài Đột biến, phần lớn đột biến gây hại hoặc trung tính; chỉ một tỉ lệ rất nhỏ mang lại đặc điểm có ích cho mục tiêu chọn giống. Vì vậy quy trình gây đột biến luôn đi kèm một bước bắt buộc: xử lí trên số lượng lớn hạt giống hoặc cá thể, rồi sàng lọc kỹ qua nhiều thế hệ để tìm ra số ít thể đột biến thật sự có lợi, loại bỏ toàn bộ phần còn lại.

Ví dụ

Tính tỉ lệ thể đột biến có lợi tìm được trong một đợt xử lí

1
Một cơ sở nghiên cứu xử lí 10.000 hạt giống đậu tương bằng tia gamma. Theo dõi qua các thế hệ M1 và M2, họ chỉ tìm được 3 cá thể mang đột biến có lợi (kháng bệnh gỉ sắt tốt hơn giống gốc). Tính tỉ lệ phần trăm thể đột biến có lợi tìm được trên tổng số hạt xử lí.
2
Tỉ lệ thể đột biến có lợi trên tổng số hạt xử lí là $\dfrac{3}{10\,000}$ . (1)
Tỉ lệ thể đột biến có lợi trên tổng số hạt xử lí là $\dfrac{3}{10\,000}$. (1)
3
Từ (1), $\dfrac{3}{10\,000}\times 100\% = 0{,}03\%$ .
Từ (1), $\dfrac{3}{10\,000}\times 100\% = 0{,}03\%$.
4
0,03% là một tỉ lệ cực nhỏ — trong 10.000 hạt xử lí, chưa tới 1 phần vạn mang đúng đột biến có lợi mong muốn; tuyệt đại đa số hạt hoặc không đột biến, hoặc mang đột biến có hại/trung tính, bị loại bỏ trong quá trình chọn lọc.
5
Vậy tỉ lệ tìm được thể đột biến có lợi chỉ khoảng 0,03% — đây chính là lí do gây đột biến trong chọn giống luôn phải xử lí trên số lượng RẤT LỚN cá thể, chứ không thể chỉ thử vài chục hạt rồi kỳ vọng tìm ngay được kết quả mong muốn.

Ví dụ

Xác định nguyên nhân giống đậu tương mới cần nhiều thế hệ mới ổn định (dạng đề kiểm tra)

1
Một viện nghiên cứu xử lí hạt giống đậu tương bằng tia phóng xạ, sau đó chọn được một dòng M2 chín sớm hơn giống gốc 10 ngày và kháng bệnh gỉ sắt tốt hơn. Vì sao các nhà chọn giống phải theo dõi tới thế hệ M2 mới xác nhận đặc điểm này, thay vì kết luận ngay từ thế hệ M1?
2
Một đột biến vừa phát sinh do tác nhân xử lí thường chỉ ảnh hưởng tới một số tế bào hoặc chỉ biểu hiện ở trạng thái dị hợp trong cây M1, chưa chắc đã truyền ổn định cho toàn bộ cơ thể hoặc cho đời sau. (1)
3
Từ (1), nếu đột biến là lặn và cây M1 đang ở trạng thái dị hợp, đặc điểm mới sẽ không biểu hiện ra kiểu hình ở M1 — chỉ khi cây M1 tự thụ phấn, một phần đời M2 mới xuất hiện kiểu gene đồng hợp lặn và biểu hiện rõ đặc điểm chín sớm.
4
Theo dõi tới M2 còn giúp xác nhận đặc điểm mới không phải do điều kiện môi trường ngẫu nhiên của vụ M1 (đất, thời tiết) gây ra, mà thật sự do thay đổi vật chất di truyền, di truyền ổn định cho đời sau.
5
Vậy cần theo dõi tới M2 vì đột biến mới có thể ở trạng thái lặn chưa biểu hiện ở M1, đồng thời để kiểm chứng đặc điểm mới thật sự di truyền được chứ không phải hiệu ứng môi trường tạm thời.

Sai lầm thường gặp

Một nhầm lẫn thường gặp là nghĩ MỌI hạt giống được xử lí tác nhân gây đột biến đều mang đột biến có lợi — thực tế tuyệt đại đa số không đột biến gì hoặc mang đột biến có hại/trung tính, và bị loại bỏ ngay trong quá trình chọn lọc. Một nhầm lẫn khác là gộp chung gây đột biến với lai giống — gây đột biến tạo ra allele MỚI chưa từng có, còn lai giống chỉ tổ hợp lại các allele đã có sẵn ở hai dòng bố mẹ.

Luyện tập có hướng dẫn

Luyện tập độc lập

Kiểm tra nhanh

Ghi nhớ

Gây đột biến dùng tác nhân vật lí hoặc hoá học để tạo allele hoàn toàn mới, khác hẳn lai giống (chỉ tổ hợp allele sẵn có). Vì đa số đột biến có hại hoặc trung tính, quy trình luôn xử lí số lượng lớn rồi sàng lọc qua ít nhất hai thế hệ (M1, M2) mới chọn được thể đột biến có lợi và ổn định.

Đột biến gây ra thay đổi ở mức gene hoặc một đoạn nhiễm sắc thể. Bài tiếp theo xét một dạng đột biến đặc biệt — thay đổi cả BỘ nhiễm sắc thể — cũng được chủ động tạo ra để phục vụ chọn giống.