Công nghệ vi nhân giống quang tự dưỡng để nâng cao chất lượng cây giống cấy mô

Vi nhân giống, hay còn gọi là nhân giống in vitro, trong nhiều thập niên vẫn được xem là một trong những kỹ thuật hữu hiệu nhất dùng để nhân nhanh các giống cây trồng sạch bệnh đã được tuyển chọn hoặc các nguồn gien thực vật quý hiếm. Tuy nhiên phương pháp vi nhân giống truyền thống (conventional micropropagation) https://vigen.vn/cuc-mam-xoi-doi-mau-cay-mo/ vẫn còn gặp một số giới hạn, ví dụ như giá thành cây cấy mô chưa đáp ứng yêu cầu của người trồng trọt do chất lượng và tỷ lệ sống cây cấy mô ở vườn ươm tương đối còn thấp, cũng như tỷ lệ nhiễm nấm khuẩn trong giai đoạn in vitro không nhỏ. Nguyên nhân chính của giới hạn này là do trong vi nhân giống truyền thống, bình nuôi cấy luôn được đậy kín dẫn đến tình trạng thiếu CO2 cần cho quang hợp. Thực vật cấy mô buộc phải sử dụng nguồn carbon hữu cơ đến từ đường, vitamin hay các hợp chất hữu cơ bổ sung vào môi trường làm nguồn cung cấp năng lượng chủ yếu để tăng trưởng. Vì vậy cây cấy mô thiếu khả năng tự dưỡng do bộ máy quang hợp của cây họat động yếu, dẫn đến việc cây cấy mô tăng trưởng chậm ở giai đoạn vườn ươm với tỷ lệ sống không cao và đòi hỏi nhiều công chăm sóc.

Để cải tiến phương pháp vi nhân giống truyền thống đã và đang được phổ biến ở nhiều quốc gia trong đó có Việt Nam, vi nhân giống quang tự dưỡng (photoautotrophic micropropagation) được nghiên cứu khởi đầu từ Đại học Chiba, Nhật Bản, tiếp tục được phát triển trong suốt hai thập niên vừa qua tại nhiều nơi trên thế giới như Nhật Bản, Hàn Quốc, Trung Quốc, Ấn Độ, Mỹ,... Và được biết đến như một trong những công nghệ mới trong lĩnh vực nông nghiệp công nghệ cao nhằm cải thiện chất lượng của cây cấy mô. Trong vi nhân giống quang tự dưỡng, sự tăng trưởng hay tích lũy các hydratcarbon của cây hoàn toàn phụ thuộc vào khả năng hoạt động của bộ máy quang hợp, nghĩa là từ sự cố định CO2 trong không khí của bình nuôi và sự hấp thu khoáng vô cơ trong môi trường. Do đường, vitamin hay chất điều hòa sinh trưởng thực vật bị loại bỏ khỏi môi trường nuôi cấy, công nghệ này còn được gọi là vi nhân giống không đường (sugar - free micropropagation). Các yếu tố vật lý (ánh sáng, nhiệt độ, ẩm độ, nồng độ CO2 trong bình nuôi cây, tốc độ luân chuyển khí trong và ngoài bình nuôi cây, giá thể thoáng khí) được quan tâm nghiên cứu để cây cấy mô có khả năng quang hợp tốt hơn, tăng trưởng nhanh và khỏe mạnh hơn trong giai đoạn in vitro, dẫn đến tỷ lệ sống của cây cấy mô tăng cao trong giai đoạn ex vitro. Việc loại bỏ đường và các vitamin trong môi trường nuôi cấy sẽ góp phần giảm ô nhiễm môi trường do tỷ lệ nhiễm nấm khuẩn trong quá trình nuôi cấy giảm, đồng thời còn góp phần làm giảm lượng CO2 trong không khí nhờ sự gia tăng hoạt động quang hợp của cây in vitro. Ngoài ra, công nghệ vi nhân giống quang tự dưỡng còn cho phép sử dụng hộp nuôi cấy lớn nên khả năng tự động hoá quá trình nuôi cấy có thể thực hiện được dễ dàng, nhờ đó chi phí sản xuất cây cấy mô giảm và lợi nhuận của nhà sản xuất cây giống bằng con đường nuôi cấy mô sẽ cao hơn.

Xem thêm: https://vigen.vn/dua-xiem-xanh-cay-mo/

PGS.TS. Nguyễn Văn Uyển, đã giới thiệu công nghệ mới này đến các nhà nghiên cứu nuôi cấy mô tế bào thực vật trong nước từ giữa thập niên 90. Hơn mười năm qua, tại Phòng Công nghệ tế bào thực vật, Viện Sinh học nhiệt đới, PGS.TS. Nguyễn Thị Quỳnh và các cộng sự đã tập trung nghiên cứu ứng dụng vi nhân giống quang tự dưỡng trên nhiều đối tượng cây trồng, bao gồm cây cà phê (Coffea arabusta), hông (Paulownia fortunei), lõi thọ (Gmelina arborea), Neem (Azadirachta indica), tre tầm vông (Thyrsostachys siamensis Gamble), dâu tây (Fragaria x annanasa Duch.), nho không hạt (Vitis vitifera), khoai mỡ (Dioscorea alata), khoai lang (Ipomoea batatas), hoa đồng tiền (Gerbera jamesonii), sa-lem (Limonium sinuatum), lan Dendrobium Burana White, và một số cây thảo dược. Các loại cây này đều đã được chứng minh có khả năng tăng trưởng tốt hơn trên môi trường nuôi cấy không đường, không vitamin trong giai đọan in vitro thông qua phương pháp nuôi cấy trao đổi khí tự nhiên (không khí trao đổi bằng cách khuếch tán qua màng thoáng khí millipore hay màng bằng giấy gắn trên nắp/thành hộp chứa cây) hay bơm khí trực tiếp (không khí được đưa vào hộp nuôi cấy có thể tích lớn nhờ máy bơm khí hay máy nén khí). Sự tăng trưởng (dựa trên chỉ tiêu trọng lượng của cây in vitro gia tăng theo sự gia tăng cường độ ánh sáng, thời gian chiếu sáng, nồng độ CO2 cũng như sự thay đổi giá thể đặc chắc bằng giá thể thoáng khí trong hộp/bình nuôi cây do hoạt động của bộ máy quang hợp được thúc đẩy. Điều này đã khiến cây in vitro qua nuôi cấy quang tự dưỡng có chất lượng tốt hơn khi nuôi cấy theo kiểu truyền thống (trên môi trường có đường và vitamin), dẫn đến tỷ lệ sống cao hơn khi được đưa ra vườn ươm.

Phương pháp nuôi cấy này cũng đã được chứng minh tính ưu việt khi đối tượng nghiên cứu là những cây thảo dược như Phyllanthus amarus Schum. &Amp; Thonn., Plectranthus amboinicus (Lour.) Spreng., hay Angelica acutiloba (Siebold & Zucc.) Kitagawa. Sự thay đổi hàm lượng các thành phần lignan hay tinh dầu trong cây in vitro theo thời gian nuôi cấy đã được chứng minh khi các điều kiện nuôi cấy bao gồm ánh sáng, https://vigen.vn/ nhiệt độ, ẩm độ tương đối hay nồng độ CO2 thay đổi. Điều này rất có ý nghĩa khi áp dụng cho các cây thảo dược quý hiếm.

Thay máu' giống cây trồng bằng giống nuôi cấy mô

Với nhiều ưu thế vượt trội về chất lượng và khả năng nhân giống nhanh, các giống cây trồng, nhất là giống rau quả sản xuất bằng nuôi cấy mô ngày càng tỏa rộng

Nhu cầu ngày càng tăng mạnh cây giống tăng mạnh

Theo TS Đặng Minh Tâm, Phó Giám đốc Trung tâm Ứng dụng Công nghệ sinh học và Nông nghiệp công nghệ cao (Viện Lúa ĐBSCL) giải thích: Nuôi cấy mô tế bào là tổng hợp các kỹ thuật được sử dụng trong nuôi cấy và duy trì mô tế bào trong điều kiện vô trùng 100%.

Đây là phương pháp áp dụng nuôi cấy trong môi trường giàu dinh dưỡng giúp cây có thể phát triển tốt nhất. https://vigen.vn/chuoi-gia-nam-my-cay-mo/ Môi trường là yếu tố quan trọng quyết định đến sự thành công và chất lượng của giống cây cấy mô. Môi trường có nhiệm vụ hỗ trợ sự sống, tăng sinh tế bào, ảnh hưởng trực tiếp đến kết quả, tỉ lệ sản xuất của công nghệ nuôi cấy mô.

Nuôi cấy mô tế bào thực vật đã trở thành phương pháp nhân giống vô cùng phổ biến với nhiều loại cây trồng như: Cây công nghiệp, cây giống ăn quả, cây ăn trái và rau xanh, hoa lan, cây cảnh… Đối với người dân ở các tỉnh như Lâm Đồng, đã quá quen thuộc với giống dâu tây, khoai tây hoặc giống chuối cấy mô.

Nông dân khu vực miền núi Tây Bắc đã ứng dụng vượt khó vươn lên làm giàu nhờ dược liệu cấy mô (đinh lăng, tam thất, sâm…). Người dân vùng ĐBSCL đã sẵn sàng chuyển đổi một diện tích lớn trồng cây hoa màu và ăn trái từ những giống truyền thống thành cây giống cấy mô (hoa lan, chuối cấy mô, thanh long cấy mô, khoai lang cấy mô…).

Ngày nay, nhu cầu sử dụng hoa, cây cảnh ngày tăng nhanh. Các loại cây hoa lan (dendro nắng, phi điệp, hồ điệp…), cây cảnh như trầu bà (gồm có trầu bà cánh phượng, trầu bà tỉ phú, trầu bà lá lụa, trầu bà lá lủng , trầu bà lá xẻ…), lục đế vương… đang rất được ưa chuộng trên thị trường cây cảnh. Cây có tán lá xanh tươi, hình dáng lá đẹp và tao nhã, phù hợp với rất nhiều mục đích như làm cây trang trí nội thất, cây trồng chậu hoặc sử dụng cành cắt để cắm hoa.

Xem thêm: https://vigen.vn/chuoi-sap-cay-mo/

Ưu điểm vượt trội của giống cây cấy mô

Phương pháp nuôi cấy mô tế bào thực vật (invitro) được sử dụng nhằm nhân nhanh các loại cây trồng, khắc phục được nhược điểm của các phương pháp nhân vô tính khác như chiết, ghép hay giâm cành.

TS Đặng Minh Tâm cho biết thêm, giống cây cấy mô có thể nhân giống với số lượng lớn đáp ứng nhu cầu trồng trọt trên quy mô diện tích lớn, cây giống mang đặc tính tốt giống hệt cây bố mẹ ban đầu. Công nghệ nuôi cấy mô tạo ra các cây con trong điều kiện dinh dưỡng đầy đủ, giúp cây trưởng thành một cách nhanh chóng và phòng tránh sâu bệnh gây hại, nhất là các bệnh do virus gây ra, đảm bảo cây con sạch bệnh.

Giống cây cấy mô là các cây hoàn chỉnh từ những tế bào thực vật đã được chọn lọc có giá trị kinh tế cao và tạo ra các loài tốt hơn, hệ số nhân giống cao, đáp ứng nguồn giống quanh năm. Giống cây cấy mô đã qua sàng l ọc và cho ra sản phẩm là những cây có tính trạng tốt, độ đồng đều cao và đảm bảo thời gian sinh trưởng thu hoạch đồng loạt. Ứng dụng của nuôi cấy mô dùng để tạo ra dược phẩm sinh học hay cứu sống phôi mầm của một số loài cây khó phát triển và sinh trưởng, bảo vệ các giống cây quý hiếm đang bị đe dọa.

Những năm qua, trong ngành rau quả, hoa/cây cảnh đã có nhiều nghiên cứu, ứng dụng hiệu quả cao nhiều giống mới bằng công nghệ nuôi cấy mô so với giống cũ như mô hình trồng khoai lang, khoai môn Nhật, khoai tây bằng nguồn giống nuôi cấy mô, mô hình trồng chuối nuôi cấy mô, mô hình trồng thanh long nuôi cấy mô, cây ăn trái như cam, quýt, và các loại hoa lan, cây cảnh…

Một số mô hình đưa giống mới bằng công nghệ nuôi cấy mô so với giống cũ như:Mô hình nuôi cấy mô cây cam và quýt: Xây dựng quy trình nuôi cấy invitro trụ trên lá mầm (epicotyl) hoàn chỉnh của cây cam Vinh và quýt đường canh phục vụ cho công tác chuyển gen tại Việt Nam. Đây là hai giống thích ứng rộng, chất lượng ngon, được trồng phổ biến ở nhiều nơi. Tại Ấn Độ, Suwanapong et al. (1991) Đã thành công với kỹ thuật nhân giống trong ống nghiệm các cây Citrus retculata và Citrus limon Burms.

Tại Nhật, các nhà khoa học người Nhật là Iwanami, Hidaka và Omora (MUKHTAR) et al. (2005) Đã nuôi cấy chồi đỉnh cây có múi bị nhiễm virus CTLV (Citrus tatter leaf virus) trên môi trường nuôi cấy mô có bổ sung chất kích thích sinh trưởng (BAP, α NAA và GA3), kết quả đã tạo ra những cây hầu như không có virus CTLV.

Ở Việt Nam, các nhà khoa học đã nghiên cứu và xây dựng hệ thống tái sinh cây có múi từ noãn, bao phấn trên các giống cam quýt địa phương và nhập nội… Mô hình nuôi cấy mô cây trầu bà (cây trầu bà cánh phượng, trầu bà lá lụa, trầu bà lá lủng hay lá xẻ, lục đế vương…) là một trong những loài cây đang rất được ưa chuộng trên thị trường cây cảnh.

Lan nuôi cấy mô đang “hot”

Tại Trung tâm Ứng dụng Công nghệ sinh học và Nông nghiệp công nghệ cao (Viện Lúa ĐBSCL), chúng tôi chứng kiến nhiều dãy các kệ lan cấy mô.

Theo TS Đặng Minh Tâm, lan cấy mô ngày nay phổ biến nhất là lan giả hạc (phi điệp), trầm lai, đai châu, hồ điệp…. https://vigen.vn/ Đây là những loại lan có giá trị kinh tế cao và cho hoa đẹp. Trồng lan cấy mô có ưu điểm cho ra số lượng cá thể lớn, nhanh chóng và số lượng cá thể rất đồng đều, sạch bệnh, tạo được loài lan có nguồn gen tuyển chọn mang những đặc tính tốt nhất từ bố mẹ.

Do đó, nguồn giống cây nuôi cấy mô đã mở đường cho cung cấp giống hoa lan cho các nhà vườn dễ dàng hơn, chi phí rẻ hơn và hoàn toàn chủ động được nguồn giống. Ngày nay, khi cây lan ngày càng được nhiều gia đình ưa chuộng trang trí cho gia đình, nguồn giống lan từ rừng tự nhiên là không đủ và cũng cần được bảo vệ. Do đó, nguồn giống lan cấy mô là vô cùng quan trọng, vừa giải quyết vấn đề cung cấp đủ giống, vừa mang đến hiệu quả kinh tế cao.