Luận văn Thạc sĩ Sinh học: Ứng dụng kỹ thuật nuôi cấy mô và khí canh để nhân nhanh giống sắn KM94 (Manihot esculanta Crantz)

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:65

Thêm vào BST

Báo xấu

48
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn đã xác định vật liệu khởi đầu cho qua trình nhân nhanh in vitro giống sắn KM94; xác định điều kiện chiếu sáng cho quá trình nhân nhanh in vitro giống sắn KM94; so sánh hệ số nhân nhanh trong túi nilon và bình thủy tinh của giống KM94; thử nghiệm các phương pháp thích nghi cây in vitro trước khi ra đất; đánh giá chi phí sản xuất ở quy mô nghiên cứu khoa học.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Sinh học: Ứng dụng kỹ thuật nuôi cấy mô và khí canh để nhân nhanh giống sắn KM94 (Manihot esculanta Crantz)

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM VIỆN SINH THÁI VÀ TÀI NGUYÊN SINH VẬT ********* LUẬN VĂN THẠC SỸ SINH HỌC Tên đề tài: “Ứng dụng kỹ thuật nuôi cấy mô và khí canh để nhân nhanh giống sắn KM94 (Manihot esculanta Crantz)” Chuyên ngành: Sinh học thực nghiệm Mã số : 60 42 01 14 Năm bảo vệ : 2017 Học viên: Nguyễn Hùng Cán bộ hƣớng dẫn: TS. Nguyễn Anh Vũ Hà Nội, 2017
LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, tôi xin trân trọng cảm ơn các thầy, cô giáo tham gia giảng dạy ở Viện Sinh thái và Tài nguyên Sinh vật đã tận tình giảng dạy, dìu dắt tôi trong thời gian học tập tại Viện. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS. Nguyễn Anh Vũ người thầy đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu khoa học và thực hiện luận văn. Tôi xin được gửi lời cảm ơn chân thành tới toàn thể cán bộ và học viên làm việc tại Phòng thí nghiệm Trọng điểm Quốc gia Công nghệ Tế bào thực vật, Viện Di truyền Nông nghiệp đã hết lòng giúp đỡ tôi thực hiện thành công luận văn này. Và lời cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn tới sự hỗ trỡ từ dự án SATREPS (Dự án phát triển hệ thống sản xuất sắn bền vững thông qua quản lý sâu bệnh hại tại Việt Nam, Campuchia, Thái Lan). Tôi xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng 11 năm 2017 Học viên Nguyễn Hùng
Mục lục CHƢƠNG I - TỔNG QUAN TÀI LIỆU ......................................................................... 3 1.1. Giới thiệu chung về cây sắn .................................................................................... 3 1.1.1. Nguồn gốc và phân loại .................................................................................... 3 1.1.2. Đặc điểm sinh học của cây sắn ........................................................................ 4 1.1.3. Giá trị của cây sắn ............................................................................................ 9 1.2. Giống Sắn KM94: .................................................................................................. 10 1.3. Hình thức nhân giống sắn truyền thống .............................................................. 11 1.4. Phƣơng pháp nhân in vitro ................................................................................... 13 1.4.1. Các bƣớc thực hiện nhân in vitro .................................................................. 14 1.4.2. Các ƣu nhƣợc điểm......................................................................................... 15 1.4.3. Các nghiên cứu về in vitro cây sắn trên thế giới .......................................... 16 1.4.4. Các nghiên cứu về in vitro cây sắn ở Việt Nam............................................ 18 1.5. Giới thiệu và đánh giá về hệ thống trồng cây bằng khí canh ............................ 20 1.5.1. Giới thiệu về hệ thống khí canh .................................................................... 20 1.5.2. So sánh sơ bộ về hệ thống khí canh với các phƣơng pháp trồng cây khác .................................................................................................................................... 22 1.5.2.1. So sánh với phƣơng pháp trồng đất ........................................................... 22 1.5.2.2. So sánh với phƣơng pháp thuỷ canh ......................................................... 22 CHƢƠNG II – VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP ....................................................... 24 2.1. Vật liệu nghiên cứu ................................................................................................ 24 2.1.1. Đối tƣợng nghiên cứu ..................................................................................... 24 2.1.2. Môi trƣờng nuôi cấy và môi trƣờng ra cây bằng khí canh......................... 24
2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu ...................................................................................... 25 2.2.1. Phƣơng pháp nhân giống in vitro .................................................................. 25 2.2.2. Phƣơng pháp đƣa cây ra vƣờn ƣơm bằng khí canh .................................... 26 2.2.3. Phƣơng pháp đánh giá chi phí cho việc nhân cây giống sắn ...................... 28 CHƢƠNG III – KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................................ 30 3.1. Kết quả một số cái tiến trong một số bƣớc nhân giống in vitro ......................... 30 3.2. Kết quả đƣa cây ra vƣờn ƣơm bằng hệ thống khí canh .................................... 35 3.3. Đánh giá chi phí cho việc nhân nhanh và đƣa ra đất để tạo thành một cây giống hoàn chỉnh ........................................................................................................... 44 CHƢƠNG IV – KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................ 53 4.1. Kết luận .................................................................................................................. 53 4.2. Kiến nghị ................................................................................................................ 53
Danh mục hình Hình 1.1 Cây sắn ………………….……………………………….…….……….3 Hình 1.2 Hình ảnh rễ và củ sắn…………………………………..….…..…..…..5 Hình 1.3 Một số kiểu hình thân sắn……………….…….....………….…..…….6 Hình 1.4 Một số kiểu hình lá sắn……………………..………..………...………7 Hình 1.5 Hoa Sắn…………………………………………..……..…….…...……8 Hình 1.6 Quả và hạt sắn.. ………………………………………...………....…...9 Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống khí canh……………….……….…..…27 Hình 3.1 Cây KM 94 hoàn chỉnh phát sinh từ chồi đỉnh và chồi nách…….…32 Hình 3.2 Cây non đƣợc cấy trong túi nilon và bình thủy tinh cùng môi trƣờng MS …………………………………………………………………………….......34 Hình 3.3 Sơ đồ hệ thống khí canh……………………...…………...…..…...…..35 Hình 3.4 Máy bơm piston………………………………………….……..….…..36 Hình 3.5 Thùng Xốp ……..……....……………………………….………..…….37 Hình 3.6 Giá trồng cây non ...…....……………………………….……….…….38 Hình 3.7 Hệ thống khí canh……………………………………….……..…..…..38 Hình 3.8 Chụp khí canh từ trên xuống ở trong màng bọc nilon……….…..….42 Hình 3.9 Cây non thích nghi trong hệ thống khí canh………………..….....….43 Hình 3.10 Cây non đƣợc ra đất trực tiếp bọc kín để giữ độ ẩm……….…..…..43 Hình 3.11 Cây non 7 ngày sau khi ra đất đƣợc bỏ màng bọc để thích nghi….44
Danh mục bảng Bảng 2.1 Thành phần hóa học của 1L MS………………………………………………….…24 Bảng 2.2 Thành phần hóa học của 1L Hydroponic ( Dung dịch thủy canh)………………..25 Bảng 3.1 So sánh mắt phát sinh giữa chồi đỉnh và chồi nách đƣợc nuôi cấy trong bình thủy tinh và theo dõi ghi tại các thời điểm 21-28 ngày……………………………………………..30 Bảng 3.2 So sánh hệ số tạo rễ giữa chồi đỉnh và chồi nách trong môi trƣờng 17N sau 7 ngày và 10 ngày…………………………………………………………………………………....…..31 Bảng 3.3 So sánh sự phát sinh mắt chồi giữa hai cƣờng độ sáng khác nhau……………..…33 Bảng 3.4 So sánh sự phát sinh ở hai điều kiện nuôi cấy khác nhau………………...………..34 Bảng 3.5 Tỉ lệ phần trăm cây sống giữa hai hình thức ra cây vào môi trƣờng tự nhiên …..39 Bảng 3.6 Tỉ lệ phần trăm sống của cây non với thời gian ở môi trƣờng ra rễ khác nhau …40 Bảng 3.7 Tỉ lệ sống của cây non phát sinh từ chồi đỉnh và chồi nách bằng cách ra đất trực tiếp ………………………………………………………………………………………….……41 Bảng 3.8 Tỉ lệ sống của cây non đƣợc phát sinh từ chồi đỉnh và chồi nách đƣợc thích nghi qua hệ thống khí canh trƣớc khi ra đất………………………………………………………..41 Bảng 3.9 Tổng hợp tỉ lệ sống của cây non ở hai hình thức ra cây khác nhau……...………..42 Bảng 3.10 Chi phí đánh giá một cây non đã thích nghi ngoài tự nhiên………………..…….45 Bảng 3.11 Giá thành hóa chất và giá thành 1L MS………………………………………...…48 Bảng 3.12 So sánh chi phí giữa việc dùng cả chôi nách trong quá trình ra rễ…………..….49 Bảng 3.13 So sánh chi phí tiền điện duy trì phòng nuôi cây……………………………...…..50 Bảng 3.14 So sánh chi phí giữa việc sử dụng túi nilon và bình thủy tinh……………...…….50 Bảng 3.15 Tổng hợp chi phí giữa việc sử dụng quy trình cũ và quy trình cải tiến……….…51
Danh mục từ viết tắt Kí hiệu/viết tắt Tên đầy đủ BAP 6-Benzyl amino purin FAO Food and Agriculture Organization of the United Nations IAA Acid-β-indolacetic Lux 1 lux là độ rọi có được của một bề mặt có diện tích 1 mét vuông có thông lượng chiếu sáng 1 lumen. MS Murashige and Skoog 1962 NAA Napthanele acetic acid SD Độ lệch chuẩn VND Việt Nam Đồng
ĐẶT VẤN ĐỀ Hiện nay vấn đề tái cơ cấu nền nông nghiệp đang được Đảng nhà nước và chính phủ quan tâm và coi trọng. Với việc ra quyết định quy hoạch vùng sản xuất nông nghiệp của thủ tướng chính phủ đã bước đầu hình thành một nền sản xuất nông nghiệp quy mô lớn sản xuất theo hình thức công nghiệp. Những cây lương thực chủ yếu luôn là ưu tiên hàng đầu trong quyết định. Trong đó cây sắn là cây lương thực quan trọng thứ ba sau lúa, ngô với những ưu điểm vượt trội như có khả năng thích nghi rộng, dễ trồng và dễ chăm sóc có thể canh tác trên nền đất dốc trong khi đó ở Việt Nam thì diện tích đồi núi chiếm một khoảng lớn. Không chỉ có vậy sản phẩm từ cây sắn còn rất đa dạng và phong phú từ đơn giản là làm nguồn thực phẩm hay thức ăn chăn nuôi, đến phức quan trọng như sản xuất tinh bột, và đặc biệt là để sản xuất xăng sinh học. Với những ưu thế lớn như vậy cây sắn đang dần dần góp phần rất lớn vào nền nông nghiệp nước ta. Thủ tướng chính phủ đã quy hoạch vùng diện tích trồng sắn đến năm 2020 tầm nhìn 2030 là 450 nghìn ha.Tuy nhiên với phương thức canh tác truyền thống năng suất củ chưa cao. Đặc biệt hiện tại việc đối mặt với các loại sâu bệnh hại đang rất phức tạp. Việc sử dụng thân sắn vụ trước làm hom giống cho vụ sau đang làm cơ hội lây lan và phát sinh nhiều loại bệnh như khảm sắn, chổi rồng … Nguồn thân sắn bị nhiễm bệnh vụ trước phải tiêu hủy làm ảnh hưởng tới nguồn cung cấp giống cho vụ sau, vì vậy việc cung cấp nguồn giống ổn định sạch bệnh để sản xuất bền vững với diện tích lớn là một yêu cầu cấp thiết cần đặt ra. Ứng dụng khoa học kĩ thuật vào nền nông nghiệp luôn là ưu tiên của chính phủ. Việc nhân giống bằng nhân in vitro đã được thực hiện trên nhiều loại cây trồng và cho thấy hiệu quả. Nhân giống bằng in vitro có thể tạo ra một lượng lớn cây giống đồng đều sạch bệnh trong thời gian ngắn. Nhưng nhân giống in vitro chi phí cao, tỉ lệ sống của cây từ in vitro ra môi trường tự nhiên chưa cao lại càng đẩy ra giá thành sản xuất cây giống lên cao. Để khắc phục vấn đề về tỉ lệ sống của cây non chúng tôi đã áp dụng kĩ thuật nuôi cây bằng 1
khí canh. Kĩ thuật này đã được Học viện Nông nghiệp Việt Nam ứng dụng cho một số cây trồng như khoai tây và cà chua cho kết quả tốt với nhiều đề tài về vấn đề này. Chính vì những lý do trên tôi chọn đề tài: “Ứng dụng kỹ thuật nuôi cấy mô và khí canh để nhân nhanh giống sắn KM94 (Manihot esculanta Crantz)”. Mục đích đề tài: Cải tiến một số bước trong quy trình nhân nhanh nhằm giảm chi phí sản xuất in vitro giống sắn KM94. Nội dung nghiên cứu đề tài: • Xác định vật liệu khởi đầu cho qua trình nhân nhanh in vitro giống sắn KM94. • Xác định điều kiện chiếu sáng cho quá trình nhân nhanh in vitro giống sắn KM94. • So sánh hệ số nhân nhanh trong túi nilon và bình thủy tinh của giống KM94. • Thử nghiệm các phương pháp thích nghi cây in vitro trước khi ra đất. • Đánh giá chi phí sản xuất ở quy mô nghiên cứu khoa học. Ý nghĩ thực tiễn của đề tài: Đánh giá chi phí cho việc sản xuất cây in vitro. Đưa ra giải pháp kỹ thuật giúp sản xuất được cây giống sắn sạch bệnh để phục vụ sản xuất với chi phí giảm. 2
CHƢƠNG I - TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Giới thiệu chung về cây sắn 1.1.1. Nguồn gốc và phân loại Cây sắn (Manihot esculanta Crantz) là cây đóng vai trò quan trọng trong kinh tế nông nghiệp của nước ta. Nó không chỉ đóng vai trò cung cấp nguồn thực phẩm cho con người, nguồn thức ăn cho chăn nuôi mà còn là mặt hàng nông sản xuất khẩu chủ chốt, thu về nguồn ngoại tệ đáng kể cho đất nước[10]. Tất cả 98 loài thuộc chi Manihot đều sống ở vùng nhiệt đới và đã được di canh đến nhiều khu vực khác nhau trên thế giới. Sắn thuộc họ Euphorbiaceae bao gồm 7200 loài, được đặc trưng bởi các hệ thống tuyến mủ do các tế bào tiết mủ tạo thành. Hình thái của họ này rất đa dạng, từ nhóm thân cao như cao su đến nhóm thân bụi, cũng như các nhóm thực vật có giá trị kinh tế cao, như thầu dầu [6]. Sắn sống tự nhiên ở vùng nhiệt đới, phân bố phổ biến từ 33° vĩ bắc đến 33° vĩ nam. Trong số 98 loài đã được mô tả, chỉ có sắn được trồng trên diện rộng vì giá trị kinh tế của chúng. Sắn được biết đến với hơn 100 tên gọi khác nhau, phụ thuộc vào địa lý nơi chúng được trồng. Ở Mỹ Latinh, sắn có tên gọi là yuca (theo tiếng Tây Ban Nha) hoặc mandioca (tiếng Bồ Đào Nha), trong khi tại Brazin, chúng được chia thành 2 loại, sắn ngọt (sweet cassava) hay sắn Hình 1.1 Cây sắn đắng (bitter cassava) theo người trồng [6]. 3
Về nguồn gốc của sắn vẫn chưa khẳng định được chính xác, tuy nhiên, với những bằng chứng khảo cổ, có thể khẳng định rằng sắn có nguồn gốc ở vùng nhiệt đới của châu Mỹ Latinh, thuộc khu vực sông Amazon, được loài người trồng cách đây 5000 năm. Trung tâm phát sinh sắn ở Đông Bắc Brazin và một trung tâm khác ở Trung Mỹ và Mexico. Nghiên cứu khảo cổ học cho thấy, một số di vật củ sắn đã được tìm thấy có niên đại khoảng 2700 năm trước công nguyên ở Venezuela, và khoảng 2000 năm trước công nguyên ở vùng ven biển Peru. Trong khi đó, những lò nướng bánh sắn phức hệ Ualabo có niên đại 1200 năm trước công nguyên đã được tìm thấy ở phía bắc Colombia và những hạt tinh bột có tuổi khoảng năm 900-200 trước công nguyên trong những phần hóa thạch được phát hiện tại Mexico cùng một số di tích khảo cổ học khác chứng tỏ cây sắn đã xuất hiện và được trồng như một loại cây nông nghiệp từ rất lâu đời [11]. Sắn được người Bồ Đào Nha đưa vào châu Phi lần đầu tiên vào giữa thế kỷ 16. Trải qua thế kỷ 17 phát triển chậm chạp, sắn được du nhập vào đảo Bourbon và Ilede (Pháp) vào các năm 1738-1739, và đưa sang Madagasca vào năm 1875, Xri lanca (1786), Calcutta (1794) và một số nước phía đông châu Phi như Zambiar (1799), Uganda (1878). Ở châu Á, sắn được du nhập vào Ấn Độ khoảng thế kỷ 17, Việt Nam và một số nước khác trong khu vực Đông Nam Á vào thế kỷ 18 [4].Tuy nhiên, mãi đến thế kỷ 19, nghề trồng sắn và tiêu thụ mới thực sự phát triển với sự du nhập các kỹ thuật chế biến ở Brazin bởi các nô lệ được phóng thích. Từ đó đến nay, diện tích, năng suất và sản lượng sắn ngày một tăng [5]. 1.1.2. Đặc điểm sinh học của cây sắn Rễ sắn Rễ sắn có thể mọc ra từ hạt hoặc từ hom (đoạn thân cây được lựa chọn giữ lại làm giống cho vụ kế tiếp). Rễ mọc từ hạt bắt đầu là một rễ cọc mọc thẳng cắm xuống đất sau đó các rễ phụ mọc ra. Cả rễ cọc và rễ phụ đều có khả năng phát triển 4
thành củ. Rễ mọc ra từ hom thì đầu tiên mọc ngang sau đó cũng cắm thẳng xuống đất. Hình 1.2 Hình ảnh rễ và củ sắn Rễ sắn có hai chức năng chính là đồng hóa và dự trữ. Rễ đồng hóa thường cắm sâu trong lòng đất có thể dài tới 30 cm để hút nước, chất dinh dưỡng và giúp cho cây vững chắc. Rễ dự trữ (rễ củ) do các rễ con tập trung dinh dưỡng mà thành. Khi cây mới ra rễ thì có rất nhiều rễ con nhưng sau đó chỉ một số rễ con được tập trung dinh dưỡng phát triển thành củ. Củ sắn thường có dạng hình trụ có thể dài tới 30 cm, có hoặc không có cuống củ [6],[9] 5
Thân cây Cây sắn thuộc loại thân gỗ, cao từ 1-3 m. Chiều cao của cây phụ thuộc vào giống, điều kiện chiếu sáng, mức độ thâm canh, mật độ và thời vụ trồng. Thân sắn có khả năng phân cành, tuy sự phân cành có ảnh hưởng đến khả năng ra hoa của cây. Hiện tại ngoài một số giống sắn truyền thống với các hình thái cũ thì có thêm các giống thân thẳng không phân cành hình thái rất đặc biệt. Thân và cành già đã hóa gỗ có màu trắng bạc, xám, nâu hoặc hơi vàng. Số lượng thân phụ thuộc vào cách đặt hom và số mắt trên hom. Về mặt cấu tạo, lớp cắt ngang thân sắn có bốn lớp: trong cùng là lõi xốp, tế bào rất lớn; tiếp đến là tầng gỗ; mô mềm của vỏ và ngoài cùng là lớp biểu bì rất mỏng. Khi nhân vô tính sắn người ta sử dụng các đoạn hom lấy từ thân cây, vì vậy ngoài việc lựa chọn các đoạn hom đẹp, sạch bệnh phải giữ cho lớp biểu bì không bị sây sát vì lớp này có chức năng bảo vệ cho hom không bị mất nước [6], [12]. Hình 1.3 Một số kiểu hình thân sắn 6
Lá sắn Lá sắn là loại lá đơn mọc xen kẽ trên thân, gồm hai phần cuống lá và phiến lá. Cuống lá dài từ 3-30 cm với nhiều màu sắc khác nhau tùy theo giống (màu vàng, xanh vàng, hồng, đỏ tươi...). Phiến lá thường chia 5-7 thùy nhưng cũng có khi không chia thùy. Lá của những cây sắn mọc từ hạt thì phiến lá thường nguyên vẹn hoặc chia thùy không đều. Các cây mọc từ hom, từ chỗ phân cành số thùy của phiến lá thường giảm. Cấu tạo phiến lá gồm một lớp biểu bì phía trên có tầng cutin dày, tầng mô dậu, tầng mô hổng và biểu bì. Mặt dưới có rất nhiều khí khổng đường kính khoảng 30 µm và có khoảng 700 lỗ/mm2 [5], [12]. Hình 1.4 Một số kiểu hình lá sắn Hoa sắn Hoa sắn là hoa đơn tính cùng gốc, mọc thành cụm, có cuống mọc ra từ chỗ phân cành, ngọn thân. Một số giống sắn không có hoa do không có sự phân hóa hoa hoặc do mầm hoa rụng đi. Những cụm sinh ra từ những cành thấp thường rụng sớm. Cụm hoa gồm một trục dài 2-10 cm và các trục bên hợp lại thành chùy [5], [6]. Hoa cái có năm lá đài và có màu sặc sỡ, ngoài rìa có lông. Giữa hoa cái có một bầu hoa có 6 cánh, chứa 3 lá noãn nằm ở trên đài. Trên bầu có 3 vòi nhụy ngắn với đầu nhụy uốn cong. Hoa đực có 5 lá đài dính với nhau trên một nửa chiều dài, nhẵn ở bên trong và có lông ở phía ngoài. Có khoảng 8-10 nhị đực xếp thành hai 7
vòng và mọc lên từ các thùy của một đĩa phía dưới. Bao phấn mềm, hạt phấn 3 ngăn, dày dính, màng ngoài hạt phấn có gai nhỏ. Hình 1.5 Hoa Sắn Số lượng hoa của mỗi giống sắn không giống nhau, thường hoa đực sẽ nhiều hơn hoa cái nhưng hoa cái lại thường nở trước hoa đực để tránh hiện tượng tự thụ phấn. Hoa cái nở cuối cùng thường nở cùng với hoa đực nở đầu tiên trên cây. Hoa đực thường nở vào giữa trưa còn hoa cái thường khép lại vào nửa cuối buổi chiều. Bao phấn bắt đầu mở trước khi hoa nở được khoảng 2 giờ và mở hoàn toàn trước khi hoa nở 1 giờ; sau đó phát tán nhờ gió hoặc côn trùng với phạm vi thụ phấn là trong khoảng 30 cm. Tuổi thọ của hạt phấn là một tuần còn thời gian tiếp 8
nhận hạt phấn của đầu nhụy trong vòng 24 giờ. Sau 24 giờ, đầu nhụy bắt đầu héo, chuyển sang màu nâu, khô đi và rụng chậm nhất là sau 1 ngày. Thời gian từ lúc thụ phấn đến thụ tinh kéo dài từ 8-19 giờ [5], [6]. Quả và hạt Quả sắn thuộc loại quả nang, mở khi chín, đường kính 1-1,5 cm. Quả có 3 ngăn, được tạo thành từ 6 cánh của bầu hoa, mỗi ngăn chứa một hạt. Màu sắc quả thường biến đổi từ lục nhạt, hơi vàng đến lục hay đỏ tía khá đậm. Cuống quả phình lên ở chỗ tiếp xúc với quả. Sau khi chín, quả tự mở chỉ còn lại trục giữa của quả. Hạt sắn hình trứng, tiết diện hơi giống hình tam giác. Hạt có vân hoặc những vết màu nâu đỏ trên nền màu kem hoặc xám nhạt [5], [6]. Hình 1.6 Quả và hạt sắn 1.1.3. Giá trị của cây sắn Sắn là một trong 3 cây lương thực quan trọng nhất thế giới bên cạnh lúa và ngô [8]. Củ sắn có hàm lượng tinh bột cao với khoảng 84-87% trọng lượng khô, là nguồn cung cấp carbohydrate cho hơn 500 triệu người ở các vùng nhiệt đới, cận nhiệt đới cũng như hơn 1 tỷ người trên thế giới. Trong củ sắn cũng có một số loại acid amin chứa lưu huỳnh tuy lượng không nhiều và hàm lượng thấp các protein, chất béo, một số chất khoáng (P, K, Mg,...) và vitamin (B1, B2,...) [7], [9]. Tại Châu Á, Châu Phi và Mỹ Latinh, có khoảng 600 triệu người với cuộc sống phụ 9
thuộc vào cây sắn. Ở những khu vực này, cây sắn được coi là cây lương thực xóa đói giảm nghèo quan trọng do là cây trồng phát triển tốt trên đất nghèo dinh dưỡng và có khả năng chịu hạn cao. Ở Đông Nam Á, sắn là một nguồn năng lượng chính cho người dân như tại Campuchia, Lào và Myanmar. Củ sắn cũng là nguồn thức ăn quan trọng để sản xuất thức ăn chăn nuôi. Lá sắn chứa nhiều chất dinh dưỡng với hàm lượng protein cao hơn trong củ từ 6-7% trọng lượng tươi và 21-25% trọng lượng khô. Hàm lượng lipit ở lá gấp 6 lần ở củ. Ngoài ra, lá sắn chứa nhiều canxi, carotene, vitamin B1, vitamin C, nhiều acid amin không thay thế đặc biệt lizin và triptophan nhưng thiếu methionin. Lá sắn được ủ chua làm thức ăn cho trâu, bò,… hoặc thức ăn tươi cho cá, tằm…. Bên cạnh vai trò cung cấp tinh bột làm thức ăn cho người và động vật, sắn còn góp phần vào sự đa dạng về kinh tế và tạo cơ hội cho phát triển công nghiệp công nghiệp nhẹ, công nghiệp thực phẩm và nhiên liệu sinh học với hơn 80 quốc gia có khả năng phát triển ngành công nghiệp từ sắn [4]. Tinh bột sắn được dùng để sản xuất các loại bánh, kẹo, bột ngọt, mì ăn liền, làm phụ gia dược phẩm và đặc biệt, sắn được sử dụng làm nguồn nguyên liệu quan trọng để sản xuất cồn sinh học đem lại hiệu suất và hiệu quả kinh tế cao. Thân sắn dùng để sản xuất nấm, nguyên liệu cho công nghiệp xenlulozơ và nguyên liệu để sản xuất một số sản phẩm khác như màng phủ sinh học, chất giữ ẩm, bao bì và phụ gia dược phẩm. 1.2. Giống Sắn KM94: Giống sắn KM94 là con lai của tổ hợp lai Rayong1 x Rayong90. Giống được nhập nội vào Việt Nam trong nguồn gen khảo nghiệm Liên Á. Giống sắn KM94 được công nhận quốc gia tại Quyết định số 97/NN-QLCN/QĐ ngày 25/11/1995. KM94 thuộc nhóm sắn đắng, thân cong ở phần gốc, ngọn tím, không phân nhánh ở vùng đồng bằng nhưng lại phân nhánh cấp một ở những tỉnh miền núi; giống ít bị nhiễm bệnh cháy lá, củ đồng đều, thịt củ màu trắng, năng suất củ tươi 10
28,1 tấn/ha, hàm lượng tinh bột 27,4-29,0%, thời gian thu hoạch 9-12 tháng sau trồng. Giống KM94 thích hợp với nhiều chân đất khác nhau. Đất tốt và trung bình trồng với khoảng cách 1,0 m x 1,0 m tương đương với 10.000 cây/ha, đất xấu trồng với khoảng cách 1,0 m x 0,9 m hoặc 1,0 m x 0,8 m (tương đương với 11.080- 12.500 cây/ha). Tùy theo các loại đất mà bón với các công thức khác nhau, có thể kết hợp giũa bón phân vô cơ với phân hữu cơ. Công thức phân bón NPK: 80 kg N + 40 kg P2O5 + 80 kg K2O/ha trên đất đỏ. Trên đất xám và đất có dinh dưỡng thấp 120-160 kg N + 60-80 kg P2O5 + 120-160 kg K2O kg/ha (tỷ lệ phối trộn N:P:K = 2:1:2) kết hợp với 5 tấn-10 tấn phân chuồng hoặc phân hữu cơ vi sinh. Giống sắn KM94 là giống sắn được trồng phổ biến nhất trên phạm vi toàn quốc và đang phát triển rộng ra hai nước Lào và Campuchia với diện tích trên 500 ngàn ha. Điển hình tại Tây Ninh và Đồng Nai, đã áp dụng giống KM94 với diện tích hàng trăm ha/hộ, đạt năng suất từ 30-40 tấn/ha. KM94 là giống có hàm lượng HCN cao (219 mg/kg vật chất khô) nên chỉ thích hợp cho hướng sử dụng cho chế biến công nghiệp. Hiện nay giống đang bị nhiễm nặng bệnh Chổi rồng (Phytoplasma) tại các tỉnh Đồng Nai, Bình Thuận, Bình Phước, Gia Lai, Kon Tum, Bình Định, Quảng Ngãi và Quảng Trị. 1.3. Hình thức nhân giống sắn truyền thống Có rất nhiều phương pháp để nhân giống cây trồng, đó là nhân giống hữu tính bằng hạt; nhân giống vô tính: giâm, cắt, ghép, chiết cành. Đối với nhân giống sắn thì có thể áp dụng phương pháp nhân giống bằng hạt hoặc giâm hom. Tuy nhiên, phương pháp nhân bằng hạt rất hiếm gặp mà hiện nay nhân dân sử dụng rộng rãi phương pháp giâm hom. Thân của cây sắn được 8-10 tháng tuổi sau vụ thu hoạch sẽ được giữ lại, lựa chọn những đoạn thân tốt và được giâm trồng cho vụ kế tiếp. Hom sắn được trồng lấy từ đoạn giữa thân cây, chiều dài mỗi hom từ 15-20 11
cm. Hom phải đảm bảo sạch bệnh, có dấu hiệu rõ ràng của mắt ngủ. Số lượng mắt ngủ trên mỗi đoạn hom phải đảm bảo từ 6-8 mắt. Đoạn hom không bị khô, trầy xước. Có hai cách thức trồng sắn bằng hom: trồng nằm ngang với những vùng đất bằng phẳng, thoát nước và trồng xiên, thẳng đứng với những vùng đất mưa nhiều hay ngập úng. Trước khi trồng, đoạn hom cần được xử lý với thuốc diệt nấm, sâu bệnh thông thường hoặc dải thuốc vào hốc đất. Để hom nảy mầm tốt không nên trồng sắn vào thời điểm mưa nhiều hoặc khô hạn. Ở Tây Nguyên, mùa xuống giống thường là đầu mùa mưa (từ tháng 4 đến tháng 5). Sắn cũng thường được trồng vào vụ Thu – Đông (từ giữa tháng 9 đến giữa tháng 10) [4]. Kỹ thuật nhân nhanh giống sắn bằng hom ít mắt đã được nghiên cứu ứng dụng trên giống sắn mới Sa06. Kết quả nghiên cứu cho thấy: Nhân bằng hom có 2 mắt đạt hệ số nhân giống cao và chất lượng cây giống tương tự như nhân giống bằng hom thông thường có 5-6 mắt, dài 15-20cm. Kỹ thuật nhân giống tóm tắt như sau: cắt hom giống có 2 mắt cấy trong bầu đất cho ra rễ rồi trồng ra ruộng, sau 4 tháng cắt cây để lấy hom nhân lần 2 và tiếp tục khai thác cây tái sinh từ gốc. Áp dụng kỹ thuật này đã thụ được 1.400 hom giống có 5 mắt thông thường từ 1 cây giống ban đầu sau một chu kỳ nhân giống 9-10 tháng, trong khi nhân giống từ hom thường chỉ thu được 100 hom giống. Ưu điểm: - Dễ làm, dễ thao tác. - Giảm chi phí cho vụ trồng mới do tận dụng được thân cây sắn từ vụ trước. - Nhân giống vô tính ổn định về mặt di truyền. Nhược điểm: - Thời gian bảo quản hom sắn sau thu hoạch ngắn (60 ngày). 12
- Trong thời gian bảo quản, cây giống dễ bị rệp sáp, côn trùng tấn công, dễ bị trầy xước trong quá trình vận chuyển. - Việc bảo quản, xuống giống và sự nảy mầm của hom phụ thuộc lớn vào thời tiết, ảnh hưởng tới chất lượng giống cây trồng. - Hệ số nhân giống thấp vì một đoạn thân chỉ lấy được 4-6 đoạn hom. Nói tóm lại, nhân giống bằng giâm hom dễ dàng thao tác, không đòi hỏi cao về kỹ thuật nhưng lại khó có thể đáp ứng được nhu cầu về giống cho một quy mô sản xuất lớn. Đặc biệt, kỹ thuật bảo quản còn thấp kém nên yêu cầu về nguồn giống sạch bệnh là rất khó khăn. Phương pháp nuôi cấy in vitro lại có thể khắc phục được những hạn chế trên. 1.4. Phƣơng pháp nhân in vitro Nuôi cấy in vitro là phạm trù khái niệm chung cho các loại nuôi cấy nguyên liệu sinh vật hoàn toàn sạch các vi sinh vật, trên môi trường dinh dưỡng nhân tạo, trong điều kiện vô trùng. Nhân giống vô tính cây trồng in vitro hay vi nhân giống (Micropropagation) là một lĩnh vực ứng dụng có hiệu quả nhất trong công nghệ nuôi cấy mô tế bào thực vật bao gồm: - Nuôi cấy cây con và cây trưởng thành. - Nuôi cấy cơ quan: rễ, thân, lá, hoa, quả, bao phấn, noãn chưa thụ tinh. - Nuôi cấy phôi: phôi non và phôi trưởng thành. - Nuôi cấy mô sẹo (callus). - Nuôi cấy tế bào đơn. - Nuôi cấy protoplast: nuôi cấy phần bên trong tế bào thực vật sau khi đã tách vỏ còn gọi là phương pháp nuôi cấy tế bào trần. 13