intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE

Bài tiểu luận: Dịch thuật chuyên đề vi nhân giống quang tự dưỡng

Chia sẻ: HUYNHNGOCQUANG HUYNHNGOCQUANG | Ngày: | Loại File: DOCX | Số trang:20

164
lượt xem
12
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài tiểu luận "Dịch thuật chuyên đề vi nhân giống quang tự dưỡng" có kết cấu nội dung gồm 4 phần, nội dung bài tiểu luận giới thiệu đến các bạn nguyên gốc của vi nhân giống quang tự dưỡng, dịch tổng thể, dịch tóm tắt sơ lược lại phương pháp vi nhân giống quang tự dưỡng,... Đây là tài liệu tham khảo hữu ích cho các bạn chuyên ngành Sinh học.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Bài tiểu luận: Dịch thuật chuyên đề vi nhân giống quang tự dưỡng

  1. BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP. HCM KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG  oOo  Đề tài:  DỊCH THUẬT CHUYÊN ĐỀ VI NHÂN  GIỐNG QUANG TỰ DƯỠNG BÀI TIỂU LUẬN NHÓM Môn: CÔNG NGHỆ SINH HỌC THỰC VẬT Giảng viên hướng dẫn: Ths. Lê Thị Thúy
  2. TP. HCM, Tháng 4 năm 2016 BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP. HCM KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG  oOo  Đề tài:  DỊCH THUẬT CHUYÊN ĐỀ VI NHÂN  GIỐNG QUANG TỰ DƯỠNG BÀI TIỂU LUẬN NHÓM Môn: CÔNG NGHỆ SINH HỌC THỰC VẬT Giảng viên hướng dẫn: Ths. Lê Thị Thúy Thành viên thực hiện: 1. Huỳnh Ngọc Quang 3008140018 2. Bùi Văn Sự 3008140170 3. Mai Thị Cẩm Tiên 3008140249
  3. 4. Nguyễn Thị Thúy Vi 3008140074 5. Nguyễn Hải Đăng 3008140205 6. Lê Thị Bích Ngọc 3008140111 TP. HCM, Tháng 4 năm 2016
  4. MỤC LỤC
  5. LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay, cùng với sự  phát triển nhanh chóng của xã hội, nhu cầu về  các   giống các loại cây trồng trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng tăng nhanh  hơn bao giờ hết. Khi sản xuất được mở rộng, nhu cầu về giống cũng tăng theo, và  phương pháp nhân giống cũng không ngừng cải tiến. Các loài thực vật được nhân  giống chủ  yếu bằng phương pháp vô tính qua phương pháp giâm cành, chiết cành   hay gieo hạt truyền thống. Nhiều năm qua, thực tế  cho thấy những phương pháp  này không đáp ứng kịp nhu cầu giống, mặt khác còn mang nguy cơ làm lây lan bệnh   hại và làm thoái hóa giống. Vì vậy trong sản xuất số  lượng lớn cây giống sạch   bệnh với tốc  độ  nhanh, chất lượng  đồng đều và  đồng nhất về  mặt di truyền,   phương pháp nhân giống vô tính in vitro   rất hiệu quả. Tuy nhiên các nghiên cứu   gần đây cho thấy phương pháp nuôi cấy mô truyền thống thường không quan tâm  nhiều đến các yếu tố môi trường và thường dựa quá nhiều vào những ứng dụng các  chất điều hòa tăng trưởng thực vật ngoại sinh. Bên cạnh đó, việc bổ  sung đường,   agar và vitamin vào môi trường nuôi cấy, cùng với việc sử dụng hệ thống nuôi cấy  kín dẫn đến nhu cầu đòi hỏi sự  vô trùng tuyệt đối. Điều này làm tăng chi phí sản   xuất; gây ra sự mất mát một số lượng lớn cây con do nhiễm nấm khuẩn trong quá   trình nuôi cấy; cảm  ứng sự  biến dị  về  hình thái, sinh lý cây nuôi cấy; đặc biệt là  hiện tượng thủy tinh thể  (vitrification) thường xuất hiện. Chính vì vậy mà tỷ  lệ  sống của cây in vitro trong giai đoạn thuần hóa sau ống nghiệm thấp. Chí vì vậy mà   Chieri Kubota  một giáo sư  người Nhật Bản đã tìm ra một phương pháp vi nhân   giống khác mà ở đó ta không cần bỏ sung đường, vitamin,…những thứ làm tăng giá   thành sản xuất gây ra những ảnh hưởng xấu vì thế “Phương pháp vi nhân giống   quang tự dưỡng” ra đời. Công trình nghiên cứu này đã được đăng tải trên nhiều tạp  chí khoa học nổi tiếng trên thế  giới. Do đó, những nội dụng được công bố  đều là   tiếng Anh đòi hỏi người đọc phải có một trình độ ngoại ngữ nhất định. Chính vì lẽ  đó mà nhóm đã được giao dịch thuật bài nghiên cứu này nhằm trao dồi vốn kiến   thức Anh ngữ cũng như kiến thức tinh hoa của nhân loại trong lĩnh vực  Công nghệ   sinh học . Phần dịch thuật của nhóm chia ra làm 4 phần chính và được trình bày cơ  bản như sau: Phần 1:  Nguyên gốc: Trong phần này nhóm sẽ  trích dẫn toàn văn bài nghiên  cuu7a của giáo sư Chieri Kubota. Phần 2: Dịch tổng thể: Ở phần này nhóm sẽ dịch hoàn toàn bài nghiên cứu trên. 5 | P a g e
  6. Phần 3: Dịch tóm tắt:  Nhóm sẽ  tóm tắc sơ  lược lại  “Phương pháp vi nhân  giống quang tự dưỡng”  mà bài nghiên cứu đề cập đến. Phần cuối cùng: Nhận xét Trong quá trình dịch vốn kiến thức cũng như trình độ anh ngữ còn hạn chế. Đa   phần dựa vào các công cụ  dịch thuật phổ  biến nên không tránh khỏi việc dịch ra   tiếng   Việt   có   những   chỗ   không   được   chính   xác   đối   với   những   từ   ngữ   chuyên   nghành. Rất mong Ths. Lê Thị  Thúy và các thầy cô các bạn trong Khoa thông cảm  và góp ý nhiều hơn để những bài dịch thuật sau nảy ngảy càng hoàn thiện hơn.  Cuối cùng, xin chúc Ths. Lê Thị Thúy và quý thầy cô trong Khoa thật dồi dào  sức khỏe và luôn thành công trong công việc cũng như trong cuộc sống.      Xin trân thành cảm ơn ! NHỮNG NGƯỜI THỰC HIỆN 6 | P a g e
  7. I.  Nguyên gốc   1.  PHOTOAUTOTROPHIC MICROPROPAGATION:  IMPORTANCE OF CONTOLLED ENVIROMENT IN  PLANT TISSUE CULTURE. Chieri Kubota Department  of Plant  Sciences,  The  University  of  Arizona,  Tucson,  Arizona 85721­ 0036 Micropropagation is a method to produce genetically identical plantlets by  using   tissue   culture   techniques.   Photoautotrophic   micropropagation   refers   to  micropropagation   with   no   exogenous   organic   components   (sugar,   vitamins,  etc.added to the medium, and it has been developed along with the development  otechniques of in vitro environmental control. CO 2  concentration, photosynthetic  photon   flux,   relative   humidity,   and   air   speed   in   the   vessel   are   some   of   the  mostimportant   environmental   factors   affecting   plantlet   growth   and  development;controlling   these   factors   requires   knowledge   and   techniques   of  greenhouse and horticultural engineering as well as the knowledge of physiology  of in vitro plantlets. Photoautotrophic micropropagation has many advantages  with   respect   to   improvement   of   plantlet   physiology   (biological   aspect)   and  operation/management   in   the   production   process   (engineering   aspect),   and   it  results in reduction of production costs and improvement in quality of plantlets. 2.  INTRODUCTION Micropropagation, an in vitro vegetative propagation method using pathogen­free  propagules, has been considered signifi cant in agriculture and forestry for producing  pathogen­free stock plants or genetically superior clones that cannot be propagated by  seeds or whose propagation effi ciency is low in conventional vegetative propagation.  However, the widespread use of micropropagated transplants is still limitedby high  production costs, mostly attributed to a low growth rate, a signifi cant lossof plants in  vitro due to microbial contamination, poor rooting, low percent survival at the ex vitro  acclimatization stage and high labor costs. Recent research, however, has revealed that  most   chlorophyllous   explants/plants   in   vitro   have   the   ability   to   grow  7 | P a g e
  8. photoautotrophically  (without   sugar  in   the   culture   medium),   and  that  the   low   CO 2  concentration in the air­tight culture vessel during the photoperiod is the main cause of  the low net photosynthetic and growth rates of plants in vitro.  3.  ENVIRONMENTAL CONTROL IN  MICROPROPAGATION Most of the factors that bring about the high production costs are directly or  indirectly   related   to   the   heterotrophic   or   photomixotrophic   characteristics   of   plant  growth in vitro in conventional, heterotrophic or photomixotrophic micropropagation.  In conventional micropropagation, sugar in the culture medium is the main or sole  source of carbon and energy for plant growth in vitro. The supply of sugar to the  culture medium to promote plant growth in vitro has been considered to compensate  for   the   low   or   negative   net   photosynthetic   rate   of   plants   in   vitro,   and   the   poor  photosynthetic ability of plants in vitro is a main reason for the low or negative net  photosynthetic rate.  For   successful   photoautotrophic   micropropagation,   understanding   the   in   vitro  environment   and   basics   of   environmental   control   is   critical.   For   plants   growing  photoautotrophically, promotion of photosynthesis is the primary way to enhance the growth rate of the plantlets. To promote in vitro photosynthetic rates, it is necessary to  know the status of environmental conditions (for example, air temperature and CO 2  concentration)   in   the   vessels   and   how   to   maintain   them   in   optimum   ranges   for  maximizing net photosynthetic rates of the plantlets. Lack of understanding of the in  vitro   environment   or   of   the   interaction   of   plantlets   and   the   in   vitro   and   ex   vitro  environments, makes it more diffi cult to improve the micropropagation system by  applying the photoautotrophic micropropagation method. 4.  CHARACTERISTICS OF IN VITRO ENVIRONMENTAL  CONDITIONS IN THE CONVENTIONAL  PHOTOMIXOTROPHIC MICROPROPAGATION. In   vitro   aerial   conditions   are   affected   by   physical   properties   of   the   vessels,  environmental conditions outside the vessel (inside the culture room) and plantlets  (photosynthesis, transpiration, etc.) and generally characterized as having a:(1) low  CO2 concentration during the photoperiod, (2) high CO2 concentration during the dark period,   (3)   low   water   vapor   pressure   defi   cit   (high   relative   humidity),   (4)   low   air  current speed, and (5) low photosynthetic photon flux (PPF). As shown in Fujiwara et  al.   (1987)   and   other   reports,   the   typical   diurnal   change   in   CO 2  concentration   in   a  conventional culture vessel containing chlorophyllous plantlets is characterized with a  linear increase during dark period followed by a sharp decrease within a few hours  after   onset   of   photoperiod   to   reach   as   low   as   the   CO 2  compensation   point.   This  decrease in CO2 concentration clearly shows that the chlorophyll­containing plantlets  8 | P a g e
  9. in vitro retain high photosynthetic ability, but the low CO 2  concentration, caused by  the limited ventilation of the vessel, forces the plantlets to grow photomixotrophically (using sugar as a supplemental source for energy and carbon). Enhancing ventilation is  therefore the fi rst important key to success in photoautotrophic micropropagation.  Increasing the CO2  concentration inside the growth chamber (CO2  enrichment), high  photosynthetic photon fl ux (PPF), and use of porous supporting materials have been  recognized as signifi cant factors, in addition to enhanced ventilation, for success in  photoautotrophic micropropagation. 5. ADVANTAGES AND DISADVANTAGES OF  PHOTOAUTOTROPHIC MICROPROPAGATION Photoautotrophic   micropropagation   has   many   advantages   with   respect   to  improvement of plantlet physiology (biological aspect) and operation/management in  the production process (engineering aspect). Advantages with biological aspects are:  (1) promotion of growth and photosynthesis, (2) high survival percentage / smooth  transition to ex­vitro environment, (3) elimination of morphological and physiological  disorders,   and   (4)   little   loss   of   plantlets   due   to   contamination.   Advantages   of  engineering aspects include: (1) flexibility in the design of the vessel (larger vessels), (2) automation, and (3) simplifi cation of the micropropagation system. Disadvantages  of   photoautotrophic   micropropagation   often   considered   when   introducing   the  technique   in   commercial   operations   are:   (1)   relative   complexity   of  techniques   and  knowledge required for controlling the in vitro environment; (2) expense for lighting,  CO2  enrichment,   and   cooling;   and   (3)   limitation   of   application   to   multiplication  systems using multiple buds/shoots. Kozai (1991) and Kubota (2001) summarize more  details of the advantages/disadvantages of photoautotrophic micropropagation. 9 | P a g e
  10. Figure 1. Tomato plantlets cultured (left) photoautotrophically under high PPF, vessel ventilation rate and CO2 concentration without explant (nodal cuttings) leaf removal,  and   photomixotrophically   under   low   PPF,   vessel   ventilation   rate   and   CO 2  concentration with (right, the conventional method) and without (center) explant leaf  removal. 6. APPLICATIONS OF PHOTOAUTOTROPHIC  MICROPROPAGATION  For   the   past   20   years,   photoautotrophic   micropropagation   was   successfully  applied   to   many   plant   species   including   acacia   (Acacia   mangium),   cauliflower  (Brassica   oleracea),   chrysanthemum   (  Chrysanthemum   morifolium),   citrus   (Citrus   macrophylla),   coffee   (Coffea   arabusta),   eucalyptus   (Eucalyptus   camaldulensis),  grapevine (Vitis vinifera), potato (Solanum tuberosum), red raspberry (Rubus idaeus),  sugarcane   (Saccharum   spp.),   sweetpotato   (Ipomoea   batatass),   tobacco   (Nicotiana   tabacum),  and tomato  (Lycopersicon esculentum).   Figure  1  shows  tomato  plantlets  cultured   under   photoautotrophic   conditions,   compared   with   those   under  photomixotrophic conditions for the same culture period (Kubota et al., 2001). The  culture conditions were combinations of high ventilation of the vessels with/without  CO2 enrichment and high PPF. Use of porous supporting materials is more signifi cant  for woody plant species that are generally slow and diffi cult to root during in vitro  culture   (Kozai   and   Kubota,   2002).   Figure   2   shows   a   scale­up   system   for  photoautotrophic micropropagation of eucalyptus (Zobayed et al., 2000).  A relatively new application of the photoautotrophic micropropagation method is  somatic embryogenesis, which is a key technology for mass production of elite clones  10 | P a g e
  11. and has been introduced commercially, producing transplants for planting in clonal  forestry. One of the challenges preventing wider application of somatic embryos is low  percent germination of somatic embryos and conversion to plantlets.  Coffea  somatic  embryos were shown to have photosynthesis ability at the cotyledonary stage (Afreen,  2001) and both growth and development (conversion/germination) of somatic embryos  were   enhanced   under   photoautotrophic   conditions   when   CO2  concentration   was  properly controlled (Uno and Kubota, unpublished) (Fig. 3). 7.  CONCLUSION Photoautotrophic   micropropagation   is   an   advanced   plant   production  techniquethat   emerged   as   an   integration   of   biology   and   engineering   for   practical  applications.   Such   integration   will   be   necessary   for   the   future   development   of  transplant   production   systems.   The   outcomes   of   research   and   development   in  photoautotrophic   micropropagation   will   contribute   to   improvement   and   problem­ solving infuture agriculture, forestry and horticultural production systems. Figure 2. Scaled­up photoautotrophic culture vessel (picture taken after removal of the  lid). The vessel was 610 mm long, 310 mm wide, and 105 mm high (volume approx. 20  liters) (By courtesy of Zobayed; for descriptions refer to Zobayed et al., 2000). The  CO2 ­enriched air is pumped into the vessel through the inlets into the air distribution  chamber beneath the plug tray. A nutrient solution in the reservoir (not shown in the  picture) is sent to the root zone to soak the vermiculite­based supporting material in  the plug tray and returned to the reservoir as scheduled with a timer.  11 | P a g e
  12. Figure   3.   Plantlets   or   cotyledonary   embryos   obtained   from   torpedo­shaped   (upper  picture)and   cotyledonary   embryos   (lower   picture)   cultured   for   61   days   under  photomixotrophic [indicated as “MT” and “MC”; sucrose in an agar­gelled medium,  low   CO2  concentration   and   low   photosynthetic   photon   fl   ux   (PPF)]   and  photoautotrophic   (“AT”   and   “AC”;   no   sugar   in   the   medium,   porous   supporting  materials,   high   CO2  and   high   PPF)   conditions   (Uno   and   Kubota,   unpublished).  Numbers   in   treatment   codes   indicate   the   CO 2  concentration   (400,   1500,   or   5000  µmol•mol­1). 8.  LITERATURE CITED Afreen, F., S.M.A. Zobayed, and T. Kozai. 2001. Mass­propagation of coffee from  photoautotrophic   somatic   embryos.   pp.355­364.   In:   N.   Morohoshi   and   A.  Komamine(eds.).   Molecular   breeding   of   woody   plants.   Elsevier   Science   B.V.,  Amsterdam, The Netherlands. Fujiwara, K., T. Kozai, and I. Watanabe. 1987. Measurements of carbon dioxide gas  concentration in closed vessels containing tissue cultured plantlets and estimates of  netphotosynthetic rates of the plantlets. J. Agr. Meteorol. 43:21­30. (in Japanese) Kozai,   T.  1991.  Autotrophic   micropropagation.  pp.313­343.  In:  Y.P.S.  Bajaj  (ed..).  Biotechnology   in   agriculture   and   forestry   17:   High­tech   and   micropropagation   I.  Springer Verlag, New York, New York. Kozai, T. and C. Kubota.2002. Developing a photoautotrophic (sugar­free medium)  micropropagation system for woody plants. J. Plant Research 114:525­537. 12 | P a g e
  13. Kubota, C. 2001. Concepts and background of photoautotrophic micropropagation,  pp.325334. In: N. Morohoshi and A. Komamine (eds.). Molecular breeding of woody  plants. Elsevier Science B.V., Amsterdam, The Netherlands. Kubota, C., N. Kakizaki, T. Kozai, K. Kasahara, and J. Nemoto.2001. Growth and  net   photosynthetic   rate   of   tomato   plantlets   during   photoautotrophic   and  photomixotrophic micropropagation. HortScience 36:49­52. Zobayed,   S.M.A.,   F.   Afreen­Zobayed,   C.   Kubota,   and  T.   Kozai.2000.   Mass  propagation   of   Eucalyptus   camaldulensis   in   a   scaled­up   vessel   under   in   vitro  photoautotrophic condition. Annals Bot. 85:587­592. II.  Dịch tổng thể  1. Vi nhân giống quang tự dưỡng: Tầm quan trọng  của việc kiểm soát môi trường nuôi cấy mô tế bào  thực vật. Chieri Kubota Thuộc khoa thực vật học, trường ĐH Arizona, Tucson, Arizona 85721­0036 Vi nhân giống là một phương pháp dùng để  sản xuất các cây non đồng   nhất về mặt di truyền bằng cách sử dụng kỹ thuật nuôi cấy mô.Vi nhân giống  quang tự  dưỡng dùng để  chỉ  việc vi nhân giống   không cần thêm các thành  phần hữu cơ ngoại sinh (đường, vitamin,v.v) vào môi trường. Và phương pháp  này đã được phát triển cùng với sự phát triển của kỉ thuật nhân giống in vitro  có   kiểm   soát   môi   trường.   Nồng   độ   CO2,   cường   độ   ánh   sáng,   độ   ẩm   môi  trường, tốc độ luân chuyển không khí trong bình là những yếu tố môi trường  quan trọng ảnh hưởng đến sự tăng trưởng và phát triển của các cây non; việc  điều khiển các yếu tố đó đòi hỏi phải có kiến thức sử dụng nhà kính, kỉ năng  làm vườn tốt như những kiến thức về sinh lí của thực vật trong nhân giống in  vitro. Vi nhân giống quang tự  dưỡng có nhiều  ưu điểm trong việc cải thiện  chức năng sinh lí của cây non (khía cạnh sinh học) và việc vận hành / quản lí   trong quá trình sản xuất ( khía cạnh kỉ thuật), và kết quả là phương pháp này   sẽ làm giảm chi phí sản xuất và cải thiện chất lượng của các cây non. 2. Giới thiệu Vi nhân giống, hay in vitro là một kỉ thuật nhân giống từ các chồi sinh dưỡng   sạch mầm bệnh, có ý nghĩa trong việc sản xuất các loại cây quý hiếm hoặc các thế  hệ  vượt trội về  mặt di truyền trong nông nghiệp và lâm nghiệp mà không thể  thu   được từ  hạt hay các phương pháp nhân giống thông thường. Tuy nhiên, việc sử  dụng kỉ thuật vi nhân giống vẫn còn hạn chế bởi chi phí sản xuất cao, chủ yếu do   13 | P a g e
  14. tốc độ  tăng trưởng thấp, một lượng đáng kể  cây in vitro bị  chết do vi sinh vật, rễ  yếu, tỉ  lệ  sống thấp trong giai đoạn ex vitro (thử  nghiệm bên ngoài) để  quen với   môi trường bên ngoài và chi phí nhân công cao. Tuy nhiên, trong những nghiên cứu   gần đây đã cho thấy các sắc tố diệp lục/ cây in vitro có khả năng sinh trưởng bằng   cách quang tự dưỡng ( không cần bổ sung đường vào môi trường nuôi cấy), nhưng  bình nuôi cấy luôn được đậy kín dẫn đến tình trạng thiếu CO2 khi có ánh sáng  chiếu vào sẽ dẫn đến hiệu suất quang hợp thấp và dẫn đến cây in vitro tăng trưởng  chậm. 3. Kiểm soát môi trường trong vi nhân giống. Hầu hết các yếu tố liên quan đến đặc điểm dị dưỡng hay quang dị dưỡng  tác   động trực tiếp hoặc gián tiếp lên năng suất của cây trồng, vi nhân giống dị  dưỡng   hay vi nhân giống quang dị  dưỡng thường phát triển trong in vitro. Thông thường  trong vi nhân giống, đường là nguồn cacbon chính và duy nhất có trong môi trường   nhằm đảm bảo việc cung cấp năng lượng cho sự phát triển của cây in vitro. Việc   cung cấp đường vào môi trường nuôi cấy để  thúc đẩy sự  sinh trường của cây in   vitro nhẳm bù đắp cho tỉ lệ quang hợp thấp hoặc không quang hợp của cây in vitro,  khả  năng quang hợp kém của các cây trong  ống nghiệm là nguyên nhân chính dẫn  đến tì lệ quang hợp thấp hoặc không quang hợp của cây in vitro. Sự  thành công của việc vi nhân giống quang tự  dưỡng, là hiểu và điều khiển  được môi  trường nuôi cấy là điều cần thiết. Qúa trình quang tự dưỡng ở các cây, là   một cách chủ  yếu để tăng tốc độ  sinh trưởng của các cây non thông qua việc tăng  cường độ quang hợp. Để tăng cường độ quang hợp trong in vitro, cần biết được sự  thay đổi của môi trường (ví dụ, nhiệt độ  của môi trường và nồng độ  CO 2) trong  ống nghiệm và biết cách duy trì cây in vitro trong điều kiện tối ưu nhất, đó là điều   cần thiết nhằm tăng cường độ quang hợp của các cây con. Việc thiếu hiểu biết về  môi trường nuôi cấy hay thiếu hiểu biết vể việc thích nghi của các cây non trong  điều kiện in vitro và trong điều kiện ex vitro, đó là những khó khăn trong việc áp  dụng  kỷ thuật vi nhân giống quang tự dưỡng nhằm cải thiện phương pháp vi nhân   giống truyền thống hiện tại. 4. Đặc điểm của môi trường vi nhân giống quang tự dưỡng  trong điều kiện nuôi cấy in vitro. Trong   nuôi   cấy   in   vitro   thông   thường   các   điều   kiện   vật   lý   trong   các   ống   nghiệm kể trên không ảnh hưởng đến điều kiện môi trường bên ngoài ống nghiệm   (bên trong các phòng thí nghiệm) và đặc điểm của các cây con nói chung (sự quang   hợp, thoát hơi, v.v.) cụ  thể  như: (1) Nồng độ  CO 2  thấp trong khi chiếu sáng, (2)  Nồng độ CO2 cao trong bóng tối, (3) Sự chênh lệch áp suất hơi nước thấp ( độ ẩm   tương đối cao),(4) Tốc độ  luân chuyển không khí thấp, (5) Cường độ  quang tổng   14 | P a g e
  15. hợp thấp (PPF), theo như Fujiwaraet (1987) và các nghiên cứu khác, trong bình nuôi   cấy các cây với diệp lục tố làm nồng độ  CO 2  tăng một cách tuyến tính trong bóng  tối, sau đó giảm mạnh sau vài giờ chiếu sáng để nồng độ CO2 đạt ngưỡng như ban  đầu. Việc nồng độ CO2 giảm, cho thấy rõ ràng các chất diệp lục tố có trong các cây   in vitro có khả  năng quang hợp cao, nhưng nồng độ  CO2  thấp, nguyên nhân là do  thiếu sự  thông thoáng trong  ống nghiệm, buộc các cây phải phát triển trong điều   kiện  quang  dị   dưỡng   (sử   dụng   đường   như   một   nguồn   bổ   sung   năng   lượng   và  cacbon). Do đó tăng cường thông khí chính là chìa khóa quan trọng đầu tiên để thành   công trong vi nhân giống quang tự  dưỡng. Tăng nồng độ  CO 2  trong buồng tăng  trưởng ( làm phong phú lượng CO2), cường độ quang tổng hợp (PPF) cao, sử dụng   các màng có các lỗ  nhỏ  được xem là yếu tố  quan trọng để  hỗ  trợ   tăng cường sự  thông khí, tạo ra sự thành công trong vi nhân giống quang tự dưỡng. 5. Ưu điểm và nhược điểm của phương pháp vi nhân giống  quang tự dưỡng. Vi nhân giống quang tự  dưỡng có nhiều  ưu điểm trong việc cải thiện chức   năng sinh lí của thực vật (khía cạnh sinh học) và việc vận hành / quản lí trong quá   trình sản xuất (khía cạnh kỹ thuật). Ưu điểm trong khía cạnh sinh học là: (1) Kích   thích sự tăng trưởng và quang hợp, (2) Tăng tỉ lệ sống cao khi chuyển cây sang môi  trường ex vitro (thử  nghiệm bên ngoài), (3) Loại bỏ  những hình thái và chức năng  sinh lí bị biến dị, (4) Hạn chế sự mất mát cây con do nhiễm khuẩn. Ưu điểm trong  khía cạnh kỹ  thuật: (1) Linh hoạt trong việc thiết kế bình nuôi cấy ( những thùng  nuôi cấy lớn), (2) Khả năng tự động hóa, (3) Hệ thống vi nhân giống đơn giản. Về  nhược điểm của phương pháp vi nhân giống quang tự  dưỡng thường chỉ quan tâm   đến những công nghệ mang lại lợi nhuận kinh tế: (1) Các kỉ thuật và kiến thức cần  thiết tương đối phức tạp, (2) Chi phí cho việc chiếu sáng, tăng lượng CO 2, làm mát  và (3) hạn chế của  ứng dụng này là sử  dụng nhiều chồi / cành trong một mẻ  nuôi   cấy. Theo những tóm tắt chi tiết của Kozai (1991) và Kubota (2001) về  những  ưu  điểm và nhược điểm của phương pháp vi nhân giống quang tự dưỡng. 15 | P a g e
  16. Hình 1: Giống cà chua nuôi cấy trong điều kiện quang tự dưỡng (lọ bên trái) dưới  cường độ quang tổng hợp cao (PPF), tỉ lệ nồng độ CO 2,  độ thông thoáng cao trong   lọ nuôi cấy ( do bỏ nắp) và loại bỏ các lá và so với những lọ dưới cường độ quang  tổng hợp thấp (PPF), tỉ  lệ  thông thoáng và nồng độ  CO2  thấp thể  hiện  ở  (lọ  bên  phải, kỉ thuật nhân giống thông thường) và không loại bỏ lá (lọ ở giữa). 6. Ứng dụng của vi nhân giống quang tự dưỡng. Trong 20 năm qua, ứng dụng thành công vi nhân giống quang tự  dưỡng trên  nhiều    loài  đối tượng cây trồng,  bao gồm có  cây keo (Acacia mangium),  súp lơ  (Brassica   oleracea),   hoa   cúc   (Chrysanthemum   morifolium),   cây   có   múi   (Citrus  macrophylla), cà phê (Coffea arabusta), bạch đàn (Eucalyptus camaldulensis  ), nho  (Vitis Vinifera), khoai tây (Solanum tuberosum), mâm xôi đỏ  (Rubus idaeus), mía  (Saccharum), khoai lang (Ipomoea batatas), thuốc lá (Nicotiana tabacum) và cà chua  (Lycopersicon esculentum). Hình 1 cho thấy những cây  cà chua được nuôi cấy trong   điều kiện quang tự  dưỡng, so với những cây nuôi cấy trong điều kiện quang dị  dưỡng trong cùng một thời gian (Kubota et al, 2001). Điều kiện nuôi cấy là sự  kết  hợp giữa việc thông   khí CO2  có trong và ngoài  ống nghiệm cùng với cường độ  quang tổng hợp cao (PPF). Việc sử dụng các cái màng chuyên dụng có các lỗ  nhỏ  đặc biệt có ý nghĩa đối với các cây thân gỗ nói chung, những cây tạo rễ rất khó và  chậm trong môi trường nuôi cấy in vitro (Kozai và Kubota, 2002). Hình 2 cho thấy  một hệ thống mô hình vi nhân giống quang tự dưỡng trên cây bạch đàn ( Zobayed et  al, 2000). 16 | P a g e
  17. Một   ứng  dụng  tương  đối  mới  của   phương  pháp vi  nhân giống  quang  tự  dưỡng là tạo phôi soma, việc tạo phôi soma là một kỹ  thuật quan trọng  trong sản   xuất hàng loạt các dòng vô tính vượt trội và đã được áp dụng vào mục đích thương   mại, cũng như  trong việc sản xuất các cây trồng vô tính trong lâm nghiệp.  Một  trong những thách thức ngăn các  ứng dụng lớn hơn của các phôi soma là tỉ  lệ  phần  trăm nảy chồi và chuyển thành cây con khá thấp của các phôi soma. Phôi soma của  giống  Coffea  cho thấy cây có khả  năng quang hợp  ở  giai đoạn lá mầm   (Afreen,   2001) và có sự  sinh trưởng và phát triển (chuyển sang giai đoạn nảy chồi) của phôi  soma được  tăng  lên  trong điều kiện quang tự  dưỡng,    khi nồng độ  CO2  đã được  kiểm soát hợp lí (Uno và Kubota, chưa công bố)  ( Hình. 3). 7. Kết luận. Vi nhân giống quang tự  dưỡng là một phương pháp sản xuất cây trồng tiên  tiến xuất hiện dựa trên sự kết hợp giữa sinh học và những kỹ thuật ứng dụng trong   thực tế. Sự  kết hợp như  vậy là cần thiết cho việc phát triển những hệ  thống sản  xuất những cây trồng cấy ghép trong tương lai. Những kết quả nghiên cứu và phát  triển của kỹ  thuật vi nhân giống quang tự  dưỡng sẽ  góp phần cải thiện và giải   quyết những vấn đề  trong lĩnh vực nông nghiệp, lâm nghiệp và các hệ  thống sản   xuất nông nghiệp sạch trong tương lai. Hình 2: Thùng nuôi cấy quy mô lớn trong điều kiện quang tự dưỡng (hình ảnh chụp  lại sau khi loại bỏ  nắp), thùng dài 610 mm, rộng 310 mm và cao 105 mm (thể  tích   khoảng. 20 lít) ( nghiên cứu bởi Zobayed; được Zobayed và các cộng sự đề cập đến   năm 2000). Không khí giàu CO2 được bơm vào thùng nuôi cấy thông qua các cửa hút  gió và được phân bố khắp buồng nuôi cấy dưới những cái khay. Một dung dịch có   17 | P a g e
  18. trong các bể ( không hiển thị trong hình) được đưa đến các rễ cây để rể hút các chất  khoáng cần thiết và sau đó dòng chất khoáng sẽ trở lại các bể sau một khoảng thời   gian nhất định. Hình 3: Cây con hay phôi mới có lá mầm thu được khỏi bể sau khi nuôi cấy ( ảnh ở  trên) và cây con đã xuất lá mầm ( ảnh ở dưới) đã nuôi cấy dưới 61 ngày trong điều   kiện vi nhân giống ["MT" và "MC" chỉ  môi trường có bổ  sung đường, agar, nồng  độ CO2 thấp và cường độ ánh sáng thấp (PPF)] và trong điều kiện quang tự dưỡng  ("AT" và "AC" chỉ  trong môi trường không có đường , bổ  sung khoáng, nồng độ  CO2 cao và cường độ  ánh sáng cao)  (theo Uno và Kubota, chưa công bố). Các số  liệu cho thấy nồng độ CO2  sử dụng (400,1500 hay 5000 mmol • mol­1). 8. Tài liệu tham khảo. Afreen, F., S.M.A. Zobayed và T. Kozai. 2001. Nhân giống hàng loạt các giống cà  phê từ  phôi soma bằng phương pháp quang tự  dưỡng. Trang 355­ 364. Morohoshi   and A. Komamine (biên tập). Sự  sản sinh các đại phân tử    trong các cây thân gỗ.  Theo tạp chí khoa học Elsevier, Amsterdam, Hà Lan. Fujiwara, K., T. Kozai và  I. Watanabe. 1987. Các phương pháp đo nồng độ CO2 có  các mô thực vật trong mạch kín và  ước tính tỉ  lệ  quang hợp của các mô thực vật.   Theo J. Agr. Meteorol. 43:21­30. (trên nước Nhật Bản). Kozai, T.  1991.Vi nhân giống tự  dưỡng. Trang 313­ 343. Y.P.S. Bajaj (biên tập).  Công nghệ sinh học trong nông nghiệp vầ lâm nghiệp Chương 17: Kỹ thuật vi nhân  giống công nghệ cao, NXB. SpringerVerlag, New York, New York. 18 | P a g e
  19. Kozai, T. và C. Kubota. 2002. Hệ thống vi nhân giống quang tự dưỡng (môi trường  không đường) cho các cây thân gỗ. Nghiên cứu của J. Plant  114: 525­537. Kubota, C. 2001. Khái niệm và nền tảng của vi nhân quang tự  dưỡng. Trang 325­  334. N. Morohoshi and A. Komamine (biên tập). Sự sản sinh các đại phân tử   trong   các cây thân gỗ. Theo tạp chí khoa học Elsevier, Amsterdam, Hà Lan. Kubota,   C.,   N.  Kakizaki,   T.   Kozai,   K.   Kasahara  và  J.   Nemoto.  2001.  Sự   sinh  trưởng  và tỷ  lệ  quang tổng hợp của cây cà chua non trong suốt quá trình vi nhân  giống quang tự dưỡng và quang dị dưỡng hỗn hợp. Tạp chí Hortscience, 36:49­52. Zobayed, S.M.A., F. Afreen­Zobayed, C. Kubota  và  T. Kozai.  2000. Nhân giống  hàng loạt cây bạch đàn trắng trong bình nuôi cấy trong điều kiện in vitro quang tự  dưỡng. Tạp chí Annals Bot. 85:587­592. III.  Dịch tóm tắt.  Vi nhân giống quang tự dưỡng là phương pháp nuôi cấy mô dựa vào khả năng  quang tự  dưỡng của mô thực vật. Trong phương pháp này, cây sẽ  thu nhận CO 2  trong không khí làm nguồn carbon thông qua quá trình quang hợp như cây sống ngoài  tự nhiên mà không cần dùng đường, vitamin, đồng thời hạn chế dùng các chất kích  thích sinh trưởng thực vật trong môi trường nuôi cấy. Điều này làm giảm sự nhiễm   khuẩn và nấm ở cây cấy mô; cây sẽ quang hợp và hô hấp tốt hơn; hệ thống rễ phát   triển tốt hơn, hấp thu muối khoáng dễ dàng hơn.  Phương pháp nhân giống này dựa vào khả  năng quang tự  dưỡng của cây cấy  mô. Tất cả các mô và cơ quan thực vật dùng trong nuôi cấy mô có diệp lục tố đều  có khả  năng quang hợp. Cây được tạo điều kiện để  thu nhận CO 2 trong không khí  làm nguồn carbon thông qua quá trình quang hợp như  cây sống ngoài tự  nhiên mà   không cần dùng đường, vitamin và hạn chế  dùng các chất kích thích sinh trưởng  thực vật trong môi trường nuôi cấy.  Trong vi nhân giống quang tự dưỡng, sự cung cấp CO2 cho cơ quan quang hợp  có thể được tăng cường bằng cách sử dụng màng lọc – loại màng với các lỗ nhỏ li   ticó khả  năng   ngăn bụi và lọc vi khuân, nh ̉ ưng cho các khí lưu thông qua lại dễ  dàng. Khi cây quang hợp,khi nồng độ  CO2  trong bình nuôi cấy giảm xuống thấp  CO2 bên ngoài sẽ  tràn vào thông qua màng lọc, đảm bảo lượng CO2 cần thiết cho  quá trình quang hợp. Hạn chế việc bổ sung các đường nguồn cung cấp cacbon chủ  yếu của các cây in vitro. Việc loại bỏ đường và vitamin ­ cơ chất dinh dưỡng của đa số vi sinh vật gây   nhiễm ­ trong môi trường nuôi cấy giúp tỷ lệ nhiễm khuân và vi n ̉ ấm trong quá trình   19 | P a g e
  20. nuôi cấy giảm hẳn. Điều này rất có ý nghĩa kinh tế vì chi phí công lao động và chi   phí nguyên vật liệu giảm. Theo như  khái niệm của phương pháp vi nhân giống quang tự  dưỡng thì nhữ  bể, bình nuôi cấy như  là những nhà kính thu nhỏ  vì thế  cây nuôi cấy theo phương  thức này sẽ chịu ảnh hưởng của các yếu tố vật lí từ môi trường như ánh sáng, CO2, … IV.  Nhận xét.  Có thể  thấy được tính  ưu việt mà phương pháp này mang lại như  hạn chế  việc cây in vitro bị nhiễm khuẩn do việc bổ sung các loại đường, vitamin,… gây ra,  hạn chế giá thành các sản phẩm. Các thí nghiệm đã chứng minh các cây in vitro phát  triễn tốt trong môi trường không có đường, vitamin, agar,.. và độ thoát khí của bình  nuôi cấy cao. Tỉ lệ  nhiễm khuẩn giảm đáng kể (2%­ 0%) , ngược lại với phương   pháp nuôi cấy truyền thống tỉ  lệ nhiễm khuẩn lên tới 10%  trên tổng các cây nuôi  cấy ban đầu.Cây có diện tích lá lớn hơn và việc đóng mở khí khổng ở mặt dưới lá  tuân theo quy luật tự nhiên khi gặp điều kiện thay đổi của môi trường. Trong khi đó   cây nuôi cấy truyền thống (có bổ  sung đường và vitamin) có diện tích lá nhỏ, khí  khổng mở  liền tục trong nhiều giờ  khi  đưa cây từ  môi trường in vitr sang môi  trường ex vitro. Tỷ  lệ  cây sống từ  95­ 100%  sau một tháng  ở  vườn  ươm đối với   môi trường không đường, trái lại đối với môi trường có đường tỷ lệ sống chỉ từ 70­   80%. Tuy nhiên phương pháp này cũng còn một số hạn chế trong quá trình sản xuất. Các kết quả  ứng dụng của công nghệ  vi nhân giống quang tự  dưỡng có thể  được xem là tiền đề hướng đến việc ứng dụng các hệ thống nuôi trồng kín với các  điều kiện nuôi trồng hoàn toàn được kiểm soát để sản xuất các hợp chất thứ cấp từ  cây thảo dược trong điều kiện hoàn toàn sạch, không gây ô nhiễm môi trường do   việc sử dụng thuốc trừ sâu, đồng thời có thể  sản xuất quanh năm do không bị  ảnh  hưởng bởi thời tiết như Nhật Bản đang làm hiện nay. Việc áp dụng phương pháp này  ở  Việt Nam còn khá mới mẽ  tuy vậy cũng  đạt được nhiều bước tiến trong lĩnh vực này. Trong đó phải kể đến việc Viện sinh   học nhiệt đới đã nhân giống thành công mô hình vi nhân giống quang tự dưỡng trên  nhiều đối tượng như  cà phê, nho, bạch đàn,… làm tiền đề  để  phương pháp này  ngày càng phát triển trong tương lai. ­HẾT­ 20 | P a g e
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2