GIỚI THIỆU

Cây hoa Dạ yến thảo (tên tiếng anh là Petunia), còn có tên gọi khác là hoa Dạ yến thảo rủ, hoa Dã yến thảo, có khoảng 20 loại 1. Tên khoa học của Dạ yến thảo là Petunia hybrida, họ Cà Chua (Solanaceae)2. Nguồn gốc xuất xứ của loài hoa này từ Nam Mỹ, hiện nay được trồng rất nhiều nơi trên thế giới.

Dạ yến thảo là loài hoa có khoảng 150 màu, có nhiều màu sắc rực rỡ. Lá cây có dạng hình xoan nhỏ, rất mềm. Cây Dạ yến thảo thuộc loại cây thân thảo, thân nhỏ, kích thước đường kính cây khoảng 5 mm, chiều dài thân 50‒60 cm. Tuy thân mềm nhưng không thích hợp trồng dưới đất và cần giá đỡ như nhiều loài thân leo khác, nên Dạ yến thảo thường được trồng trong những chiếc chậu và cây buông rủ xuống. Cây phân nhiều cành nhiều nhánh. Các cành rất nhỏ, mọc rậm và xen kẽ khắp thân. Figure 1 là cây hoa Dạ yến thảo trồng nhà tại vườn Đà Lạt, Lâm Đồng.

Ở Việt Nam, hoa Dạ yến thảo được trồng nhiều tại các nhà hàng, khách sạn, khu du lịch, các điểm nghỉ dưỡng của thành phố trong cả nước. Việc trồng và nhân giống Dạ yến thảo ở Việt Nam chủ yếu bằng nhập khẩu hạt giống từ nước ngoài. Tuy vậy cũng đã có một số cơ sở sản xuất trong nước tìm cách tạo ra hạt giống tại chỗ, đặc biệt là phương pháp xử lý hoá để tăng khả năng nẩy mầm. Trong tự nhiên, tỷ lệ nẩy mầm của hạt giống Dạ yến thảo rất thấp (khoảng 20% tỉ lệ nẩy mầm). Do đó, nâng cao tỉ lệ nảy mầm của hạt giống Dạ yến thảo là việc làm nhằm tăng cao giá trị kinh tế, chủ động nguồn hạt giống tại Việt Nam.

Có những phương pháp truyền thống tăng khả năng nảy mầm như chọn lựa tối ưu điều kiện độ ẩm, nhiệt độ, ánh sáng; kích thích nảy mầm bằng hoá chất. Tuy nhiên, ngày nay các nước trên thế giới đang chọn lựa phương pháp tăng khả năng nảy mầm là sử dụng các dạng bức xạ khác nhau, trong đó sử dụng photon (chủ yếu dùng ánh sáng khả kiến, tia X và tia gamma) được nghiên cứu và triển khá mạnh. Việc ứng dụng tia gamma trong kích thích và ức chế nảy mầm được công bố từ những năm 19703. Kết quả nghiên cứu cho thấy ảnh hưởng của bức xạ ion hóa phần lớn gây hại cho thực vật và ở mức chiếu xạ liều cao lượng thì hiệu quả là bất lợi 4. Tuy nhiên, một số nghiên cứu cho thấy tác dụng kích thích sinh trưởng khi hạt hoặc cây con được tiếp xúc với quá trình bức xạ ion hóa với liều bức xạ thấp5, 6, 7.

Nghiên cứu về tương tác cơ bản của bức xạ ion hóa với các hệ sinh học đã đóng góp các ứng dụng trong y học, nông nghiệp, dược phẩm. Chùm hạt photon có năng lượng thấp được ghi nhận trong việc ứng dụng kích thích nảy mầm là sử dụng các diode phát quang (LED) dùng dạng các khay LED để kích thích sinh trưởng của cây trên các khay nhỏ8, 9. Graper và Healy 10 trồng cây Dạ yến thảo trong nhà kính theo các cách thay đổi chiếu sáng với cường độ chiếu và màu sắc ánh sáng khác nhau. Kết quả cho thấy, ánh sáng khả kiến từ mặt trời cho khả năng tăng trưởng và phân vùng carbohydrate cao. Các hợp chất diệp lục a và b hấp thụ cực đại bức xạ tương ứng như sau: màu đỏ bước sóng 663 nm và 642 nm, xanh lam bước sóng 430 nm và 453 nm. Từ đó, nhiều ứng dụng dùng các LED phát ánh sáng đỏ và màu xanh để tăng sự hấp thụ chất diệp lục và tăng năng suất cây trồng11, 12.

Tia gamma đã được ứng dụng rộng rãi trong nhân giống và ứng dụng đột biến cây trồng. Quá trình tia gamma đi vào môi trường sinh vật sống sẽ làm thay đổi (ion hoá) một lượng nước trong sinh vật sống. Nước hiện diện khắp nơi trong cơ thể sống, khi bị ion hoá bởi bức xạ, nước có thể tạo ra các gốc H và OH. Trong các mô sinh học, các ion hóa của nước được tạo ra dọc chiều bức xạ đi qua, có thể làm hỏng hoặc thay đổi các thành phần quan trọng của tế bào thực vật và ảnh hưởng đến sinh lý nhất định. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng hạt giống tiếp xúc với liều tia gamma cao làm rối loạn protein tổng hợp, rối loạn trao đổi khí ở lá và hoạt động của enzyme, có thể tăng hoặc ức chế nảy mầm của hạt13, 14. Ảnh hưởng của bức xạ gamma đối với cây trồng đã được nghiên cứu trên khắp thế giới15, 16, 17. Liều bức xạ gamma thấp có thể nâng cao tỷ lệ nảy mầm và sự phát triển của cây con, tăng khả năng phát triển chiều dài và số lượng của rễ, trọng lượng tươi của cây con, tỷ lệ nảy mầm và thời gian nảy mầm18, 19, 20.

Tia X là bức xạ điện từ, có tính chất tương tự như tia gamma, nhưng thường có năng lượng thấp nên khả năng đâm xuyên trong môi trường vật chất kém hơn tia gamma. Những photon phát ra từ máy phát tia X có khả năng gây ra các hiệu ứng sinh học. Các nghiên cứu trước đây đã khảo sát ảnh hưởng của bức xạ tia X đối với một số quá trình sinh lý và sinh hóa ở các loài thực vật khác nhau trên một số loại cây nông nghiệp thông dụng như cây bông21, lúa mạch 22, đậu23, lúa mì 24, đậu bắp 25, ngô26, hoa sen 27, quýt28, quế, gừng29. Đồng thời, các nghiên cứu cũng đã tìm ra những ứng dụng tia X với liều chiếu cao để làm chậm quá trình phân huỷ nông sản, ứng dụng trong bảo quản thực phẩm30, 31.

Ưu điểm của chùm tia X năng lượng thấp và liều chiếu thấp phát ra từ nguồn phát tia X so với tia gamma là ít bị tác động gây đột biến, do đó khó làm thay đổi cấu trúc DNA của cây trồng và sản phẩm nông nghiệp, nhưng có khả năng kích thích nảy mầm hơn những photon ở vùng ánh sáng khả kiếm; một ưu điểm nữa của máy phát tia X là chỉ che chắn khi hoạt động, và không phải tính đến vấn đề chôn cất chất thải phóng xạ khi không còn sử dụng.

Trong nghiên cứu, tia X với năng lượng 160 keV với liều chiếu 1‒7 Gy được áp dụng để khảo sát quá trình kích thích nảy mầm của hạt Dạ yến thảo, cũng như với liều chiếu 100‒500 Gy để xác định giá trị liều chiếu LD (Lethal Dose 50).

VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP

Hạt Dạ yên thảo được lấy trực tiếp từ cây bông Dạ yến thảo, được trồng tại khách sạn Đà Lạt Palace Heritage (Dalat Palace Heritage Hotel), số 02 đường Trần Phú, Thành phố Đà Lạt. Hạt sau khi thu hái, được phơi khô và chọn lựa kỹ để loại bỏ những hạt bị hỏng, có kích thước bất thường. Hạt được đóng gói, mỗi 100 hạt được chứa trong một túi nhựa PP mỏng. Mỗi 03 gói được sử dụng để chiếu xạ trong từng điều kiện chiếu xạ. Khi đóng gói lưu ý sao cho toàn bộ hạt được đặt nằm cùng trên một mặt phẳng để đảm bảo độ đồng đều liều chiếu cho tất cả các hạt.

Để khảo sát sự ảnh hưởng của liều chiếu xạ lên sự nảy mầm của hạt giống với mục đích tăng khả năng nảy mầm, chiếu xạ với hệ thiết bị phát tia X hiệu MBR-1618R-BE của hãng Hitachi (Nhật Bản), với 7 loại liều chiếu từ 1, 2, 3, 4, 5, 6 và 7 Gy, với suất liều 0.5 Gy/phút (Figure 2).

Vùng không gian chiếu xạ nằm bên trong máy phát tia X (Figure 2b). Đường kính của vùng chiếu xạ được giới hạn bởi góc chiếu xạ và chiều cao từ mâm chiếu xạ đến nguồn phát tia X theo tính toán. Để đảm bảo vùng không gian chiếu xạ lớn hơn phần diện tích của tất cả các túi đựng hạt Dạ yến thảo khi đặt vào buồng chiếu, khoảng cách từ nguồn chiếu đến mâm chiếu xạ là 250 mm được chọn cố định.

Một vấn đề quan trọng trong nghiên cứu ảnh hưởng của bức xạ lên khả năng xảy ra đột biến của các thế hệ giống sau này là liều chiếu LD. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng, tác dụng của các tác nhân gây đột biến phụ thuộc vào liều chiếu. Tuy nhiên, ảnh hưởng của liều chiếu xạ lên quá trình nảy mầm không phải là hàm tuyến tính. Liều thấp có thể tác dụng kích thích tăng tỷ lệ nảy mầm của hạt, chiều cao cây con và chiều dài rễ. Trước khi bắt đầu bất kỳ phương pháp gây đột biến nào, bước quan trọng nhất là xác định liều chiếu hiệu quả. Trong trường hợp không có dữ liệu chi tiết, đôi khi cần phải ước tính liều tối ưu trong quần thể M1 bằng cách ước tính LD. Tỉ lệ cây sống sót sau khi bị chiếu xạ so với mẫu đối chứng được tính như phương trình (1).

trong đó: S là phần trăm tỉ lệ cây sống sót sau khi chiếu xạ so với mẫu đối chứng (%); N là số cây sống sau khi chiếu xạ; N là số cây nảy mầm của mẫu đối chứng.

Các gói hạt giống sau khi chiếu xạ và hạt giống không chiếu xạ (nhóm đối chứng) được gieo trồng trên các đĩa có giấy thấm giữ ẩm và tưới phun sương giữ ẩm hàng ngày với cùng điều kiện nhiệt độ, áp suất, ánh sáng tại phòng thí nghiệm. Theo dõi và đánh giá tỷ lệ nảy mầm vào các ngày thứ 7, 14, 21 và 28 sau khi gieo để đánh giá khả năng nảy mầm.

Chiếu xạ mẫu hạt giống Dạ yến thảo

Với khoảng cách từ bàn xoay đến nguồn phát là 250 mm (khoảng cách tối thiểu theo thiết kế của máy) và góc chiếu của chùm tia là 400 thì bán kính hiệu dụng được xác định là: . Đường kính hiệu dụng này hoàn toàn đủ để bố trí các gói hạt để chiếu xạ và đảm bảo độ đồng đều liều chiếu cho toàn bộ mẫu.

Cố định suất liều chiếu, tính toán các giá trị liều chiếu mong muốn theo công thức (2).

với: T là thời gian chiếu xạ (phút); D là liều chiếu xạ; và D là suất liều chiếu xạ.

Tính toán thời gian chiếu xạ cần thiết cho mỗi điều kiện rồi đặt các gói hạt giống cùng điều kiện chiếu xạ vào vị trí trung tâm của bàn xoay sao cho ở trong vùng chiếu xạ hiệu dụng của thiết bị. Kết thúc quá trình chiếu xạ, hạt Dạ yến thảo được gieo trồng trên các đĩa có giấy thấm ẩm với cùng một điều kiện môi trường.

Để xác định LD phục vụ cho chọn tạo giống, khảo sát đột biến, thực nghiệm cũng tiến hành chiếu xạ với các liều chiếu cao, chiếu xạ với 5 nghiệm thức tương ứng với các liều 100, 200, 300, 400 và 500 Gy với suất liều 5 Gy/phút trên cùng hệ thiết bị nói trên.

LD được xác định bằng việc khớp hàm trên tỉ số cây sống sót so với mẫu đối chứng ở các liều chiếu xạ khác nhau32, với mô hình khớp rational được trình bày ở công thức (3).

trong đó y là tỉ số cây sống sót so với mẫu đối chứng (%); x là liều chiếu xạ (Gy); a, b, c, d là các hệ số khớp hàm.

Liều chiếu LD càng cao thì độ nhạy phi tuyến của cây đối với tia bức xạ càng thấp33. Độ nhạy phi tuyến khác nhau giữa các loài và cũng như giữa kiểu gen này với kiểu gene khác và tùy thuộc vào hàm lượng nước bên trong hạt. Hạt chứa nhiều nước và oxy sẽ nhạy cảm hơn với bức xạ34. Khi chiếu xạ ở liều thấp có thể quan sát được một số hiện tượng tăng trưởng bất thường so với mẫu đối chứng35, 36.

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

Ảnh hưởng của liều chiếu thấp lên khả năng tăng nảy mầm của hạt Dạ yến thảo

Chiếu xạ lặp lại ba lần với cùng một liều cố định, số hạt hoa Dạ yến thảo là 100 hạt/lần cho mỗi lần chiếu. Sau đó gieo hạt với cùng điều kiện môi trường. Khảo sát kiểm đếm theo các mốc thời gian 7, 14, 21 và 28 ngày. Kết quả trình bày ở Table 1 và Figure 3.

Liều chiếu xạ (Gy)	Số hạt nảy mầm/(số ngày quan sát)
	(7)	(14)	(21)	(28)
0 (đối chứng)	18	21	25	25
1	59	63	72	72
2	60	78	81	81
3	43	55	66	66
4	42	47	50	50
5	25	27	29	29
6	16	18	21	21
7	12	14	16	16

Table 1 cho thấy tỷ lệ nảy mầm của hạt giống Dạ yến thảo ở tất cả các trường hợp chiếu xạ cũng như các hạt đối chứng đều đạt tối đa việc nảy mầm vào 21 ngày sau khi gieo. Theo liều chiếu, số lượng hạt Dạ yến thảo nảy mầm phụ thuộc mạnh vào liều chiếu thấp, đạt lượng hạt nảy mầm cực đại tại liều chiếu 2 Gy. Khi tăng liều chiếu, số hạt nảy mầm giảm, và đến 7 Gy, lượng hạt nảy mầm nhỏ hơn trường hợp không chiếu xạ.

Số hạt nảy mầm của hạt Dạ yến thảo/(ngày quan sát)					Tỉ lệ nảy mầm so với mẫu đối chứng (%)
Liều chiếu (Gy)	(7)	(14)	(21)	(28)
0 (đối chứng)	18	21	25	25	100
100	12	12	13	13	52
200	10	11	11	11	44
300	9	10	10	10	40
400	8	9	9	9	36
500	6	7	7	7	28

KẾT LUẬN

Bài báo trình bày việc đã sử dụng tia X năng lượng thấp để khảo sát khả kích thích nảy mầm của hạt Dạ yến thảo. Kết quả cho thấy, ở liều chiếu 2 Gy, tỷ lệ nảy mầm đạt trên 80%. So với số hạt nảy mầm ở mẫu đối chứng, tỷ lệ nảy mầm ở liều chiếu 2 Gy cao gấp gần 4 lần. Điều này hứa hẹn mang lại hiệu quả kinh tế cao hơn. Kết quả cũng cho thấy hạt Dạ yến thảo có giá trị liều LD là 126 Gy. Đây là ngưỡng liều chiếu có thể sử dụng để ứng dụng cho các nghiên cứu đột biến giống cây Dạ yến thảo, nhằm làm phong phú giống cây trồng.

LỜI CẢM ƠN

Nghiên cứu này được tài trợ bởi đề tài cấp Trường do Ths. Nguyễn Thị Phúc làm chủ nhiệm.

ĐÓNG GÓP CỦA CÁC TÁC GIẢ

Nguyễn An Sơn, Lê Ngọc Triệu: xây dựng quy trình thực nghiệm, xử lý kết quả, viết bài báo. Nguyễn Thị Phúc, Nguyễn Thị Minh Sang, Lê Đoàn Đình Đức: tạo mẫu phân tích, tiến hành do đạc thực nghiệm, tính toán kết quả.

XUNG ĐỘT LỢI ÍCH

Nhóm tác giả cam kết không có mâu thuẫn về quyền lợi và nghĩa vụ của các thành viên.