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. https://vigen.vn/cuc-mam-xoi-do-xac-phao-cay-mo/ Tuy nhiên phương pháp vi nhân giống truyền thống (conventional micropropagation) 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-dua-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, nhiệt độ, https://vigen.vn/ 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.

Phát triển cây giống năng suất cao từ Công nghệ nuôi cấy mô thực vật

Nuôi cấy mô có lẽ đã không mấy xa lạ với người làm nông nghiệp, thậm chí nhiều người còn xem đó như “chìa khóa làm giàu”. https://vigen.vn/thuan-duong-cay-giong-cay-mo-2/ Người dân Lâm Đồng đã quá quen thuộc với giống dâu tây, khoai tây hoặc cà chua cấy mô. Nông dân khu vực Tây Bắc chẳng phải đã vượt khó làm giàu ngoạn mục nhờ dược liệu cấy mô (đinh lăng, tam thất, sâm…). Người dân miền sông nước Tây Nam Bộ đã sẵn sàng chuyển đổi một diện tích lớn trồng cây hoa màu và ăn trái cây từ những giống truyền thống thành cây giống cấy mô (hoa lan, chuối cấy mô, thanh long cấy mô, khoai lang cấy mô…).

Nhờ hiệu quả tối ưu mà công nghệ này gây tiếng tăm rộng khắp nên hầu hết nhà nông nào cũng nắm rõ được những ưu điểm vượt trội khi sử dụng cây giống cấy mô. Tuy nhiên, vẫn còn rất nhiều chủ đề liên quan đến công nghệ nuôi cấy cây giống cấy mô mà bất kỳ nhà sản xuất nông nghiệp nào cũng cần hiểu thêm.

Lịch sử nuôi cấy mô tế bào thực vật

Lịch sử nuôi cấy mô và tế bào được bắt đầu từ năm 1902, khi nhà sinh lý thực vật người Đức Gottlieb Haberlandt là người đầu tiên dựa trên thuyết tế bào của Schleiden và Schwann đã đề xuất phương pháp nuôi cấy tế bào thực vật được công bố trong bài báo nhan đề “Những thực nghiệm nuôi cấy tế bào thực vật tách biệt”.. Công trình nuôi cấy thành công rễ cà chua trên môi trường lỏng chứa muối khoáng, glucose, dịch chiết nấm men của White (1934) đã khởi đầu cho sự phát triển của nuôi cấy mô thực vật.

Ở Việt Nam, công nghệ nuôi cấy mô được khẳng định qua thành công của công trình nuôi cấy bao phấn lúa và thuốc lá được thực hiện vào năm 1978.

Nuôi cấy mô tế bào thực vật là gì?

Nuôi cấy mô tế bào là tách rời tế bào thực vật trong môi trường dinh dưỡng tựa như cơ thể sống, giúp tế bào phân chia, biệt hóa thành mô, cơ quan, tăng trưởng thành cây hoàn thiện. Những kỹ thuật này dùng để nuôi cấy những tế bào, mô hay những cơ quan thực vật trong điều kiện vô trùng.

Xem thêm: https://vigen.vn/cuc-mam-xoi-doi-mau-cay-mo/

Công nghệ nuôi cấy mô tế bào thực vật hay nhân giống in vitro hay nuôi cấy mô đều là các thuật ngữ miêu tả những cách thức nuôi cấy những bộ phận thực vật trong ống nghiệm cùng môi trường và điều kiện vô trùng. Môi trường trong ống nghiệm có chứa những thành phần dinh dưỡng như muối khoáng, vitamin, những hormone sinh trưởng và đường.

dùng trong quá trình nuôi cấy mô tế bào thực vật

Để nuôi được mô tế bào thực vật thì đòi hỏi phải có phòng nuôi cấy với điều kiện môi trường vô trùng và một vài điều điện thiết yếu theo mỗi giống cây giống khác nhau.

Phòng nuôi cấy mô cần có tủ cấy và một vài dụng cụ thủy tinh như: Ống đong, pipet, bình tam giác, cốc thí nghiệm, ống nghiệm, lọ thủy tinh, phễu, bình đun môi trường.

Công cụ sử dụng trong nuôi cấy gồm có: Dao, kéo, phanh, đĩa cấy, … Hết thảy đều làm từ thép không gỉ, chiều dài tùy vào độ dài của bình và ống nghiệm nuôi cấy. Những công cụ được khử trùng bằng nồi hấp tiệt trùng hay đốt nóng kỹ trước lúc sử dụng.

Mọi công cụ dùng trong nuôi cấy mô tế bào thực vật phải đảm bảo đạt tiêu chuẩn, có nguồn gốc, xuất xứ rõ ràng.

Chọn lựa và khử trùng mẫu cấy

Chọn cây mẹ đạt chuẩn cây giống để làm nguyên liệu nhân giống. Chú ý chọn cây mẹ có các phẩm chất vượt trội, sạch bệnh và hơn hết nên chọn cây trồng trong nhà kính hay cây được trồng theo tiêu chuẩn đặc biệt.

Thời điểm chọn mẫu cấy: Lấy vào giai đoạn tăng trưởng mạnh nhất của cây mẹ.

Mẫu nuôi được cấy trong môi trường đặc biệt để tạo thể nhân giống in vitro. Gồm hai thể nhân giống in vitro: Thể chồi, thể cắt đốt. https://vigen.vn/ Tạo thể nhân giống in vitro căn cứ theo đặc điểm nhân giống ngoài tự nhiên của cây trồng.