1
BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT
TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP ------------------
NGUYỄN VĂN PHONG
NGHIÊN CỨU NHÂN GIỐNG THÔNG CARIBÊ ( Pinus caribaea
Morelet ) BẰNG PHƯƠNG PHÁP NUÔI CẤY IN VITRO
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC LÂM NGHIỆP
HÀ NỘI - 2009
2
BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT
TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP ------------------- NGUYỄN VĂN PHONG
NGHIÊN CỨU NHÂN GIỐNG THÔNG CARIBÊ ( Pinus caribaea
Morelet ) BẰNG PHƯƠNG PHÁP NUÔI CẤY IN VITRO
Chuyên ngành: Lâm học Mã số: 60. 62. 60
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC LÂM NGHIỆP
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. CHU HOÀNG HÀ
HÀ NỘI - 2009
1
ĐẶT VẤN ĐỀ
Việc nâng cao chất lượng rừng, sử dụng các loài cây có giá trị về kinh tế
và môi trường, sinh trưởng nhanh, thích ứng được nhiều điều kiện sinh thái,
lập địa không tốt là chiến lược phát triển của ngành Lâm nghiệp từ năm 2010
đến 2020. Bên cạnh việc lựa chọn các loài cây bản địa cho trồng mới, khoanh
nuôi làm giàu rừng, công tác nghiên cứu, khảo nghiệm trồng thử các loài cây
ngoại lai đóng vai trò rất quan trọng (Quyết định số 18/2007/QĐ-TTg ngày 5
tháng 2 năm 2007 của thủ tướng chính phủ) [1]. Hiện nay, Thông caribê
(Pinus caribaea Morelet), là một trong những loài cây lâm nghiệp đang được
quan tâm phát triển [11], [19].
Thông caribê thuộc họ thông (Pinaceae) với 3 biến chủng là: Pinus
caribaea var caribaea, Pinus caribaea var hondurensis và Pinus caribaea var
bahamensis có phân bố tự nhiên ở vùng Trung Mỹ. Thông caribê đã được du
nhập vào nhiều nước khác nhau, chủ yếu là các nước thuộc vùng nhiệt đới và
á nhiệt đới. Ở Việt Nam, Thông caribê được đưa vào trồng khảo nghiệm từ
năm 1963 tại vùng Đà Lạt (Lê Đình Khả, 2003). Đây là loài cây lá kim sinh
trưởng nhanh, thẳng đẹp, cành nhánh nhỏ hơn Thông Ba lá, Thông Mã vĩ và
Thông nhựa, gỗ có thớ thẳng mịn, độ bóng vừa phải, thường được sử dụng
làm ván ép (Bredenkamp và Van Vuuen, 1987). Ngoài ra Thông caribê còn
được sử dụng làm gỗ xây dựng, gỗ trụ mỏ, ván dăm, ván ép, bột sợi giấy dai,
gỗ đóng tàu thuyền, gỗ đóng Contenơ, gỗ đóng nội thất, lấy nhựa… Thông
caribê còn có một lợi thế khác là có khả năng thích ứng với nhiều vùng sinh
thái khác nhau của nước ta [3], [9], [11], [19].
Khả năng gây trồng Thông cairibê ở nước ta đã được công bố trong tiêu
chuẩn ngành (04TCN 68 - 2004). Theo quyết định số 62/2006 QĐ-BNN, ngày
16/8/2006 của Bộ trưởng Bộ Nông nghiệp & PTNT về chiến lược phát triển
giống cây lâm nghiệp giai đoạn 2006 - 2020, nhu cầu lượng cây giống Thông
2
caribê cần hàng năm trong giai đoạn 2006 – 2015 là 14.000.000 cây/năm. Đây
là số lượng cây giống cần rất lớn, hiện nay Thông caribê hiện được trồng bằng
hạt sinh trưởng khá nhanh. Tuy vậy, việc nhân giống sinh dưỡng, đặc biệt là
nhân giống bằng hom và nuôi cấy mô là cơ sở để tạo nguồn giống có chất
lượng di truyền đồng đều, giữ được đặc điểm di truyền của cây lấy mẫu, làm
cơ sở cho công tác khảo nghiệm dòng vô tính của những cây trội được chọn
lọc. Nhân cây vô tính dễ dàng chủ động được nguồn giống, không bị ảnh
hưởng bởi mùa vụ và thời tiết.
Nhân giống sinh dưỡng Thông caribê đã và đang được nhiều nhà khoa học
trong và ngoài nước quan tâm nghiên cứu và bước đầu thu được một số kết
quả khả quan như: nhân giống bằng hom đã tạo được lượng lớn cây giống với
tỉ lệ hom ra rễ 93,3%…. Ở Việt Nam, nghiên cứu thăm dò nhân giống in vitro
Thông caribê đã được một số nơi nghiên cứu [7], [23] nhưng đạt hệ số nhân
chồi thấp 1,7 lần (Phạm Thị Kim Thanh, 2007) và chưa xây dựng được quy
trình để có thể ứng dụng trong sản xuất.
Xuất phát từ cơ sở trên, chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài: “Nghiên cứu
nhân giống Thông caribê (Pinus caribaea Morelet) bằng phương pháp nuôi
cấy in vitro”.
Với mục tiêu nghiên cứu như sau:
+ Tạo được nguồn mẫu sạch đủ lớn từ 2 loại nguyên liệu (hạt chín, chồi
cành từ thực địa).
+ Phát triển quy trình nhân nhanh chồi in vitro hiệu quả, hệ số nhân
chồi cao.
Nội dung nghiên cứu chính
+ Tạo mẫu sạch từ hạt và chồi cành của cây Thông caribê.
+ Tạo đa chồi trong điều kiện nuôi cấy in vitro.
+ Thử nghiệm khả năng tạo rễ in vitro cây Thông caribê.
3
Chương 1. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU
1.1. Giới thiệu cây Thông caribê
1.1.1. Nguồn gốc, phân loại và phân bố
Thông caribê (Pinus caribaea Morelet) là loài cây nhiệt đới, họ thông
(Pinaceae) và nằm trong bộ thông (Coniferales) ngành hạt trần (Gynospermae) [3].
Thông caribê là loài thông bản địa ở vùng Trung Mỹ. Dựa vào sự phân
bố tự nhiên của loài ở các vùng địa lý khác nhau, Thông caribê được chia
thành 3 biến chủng (Luckhof, 1964; Lamb, 1973) như sau:
- Pinus caribaea var hondurensis (PCH) phân bố dọc bờ biển Đại Tây Dương vùng Trung Mỹ, từ Belize tới bắc Nicaragua, từ 120 đến 180 vĩ độ Bắc, từ 83030’ tới 89025’ kinh độ Tây. PCH mọc tự nhiên ở Belize, Guatemala,
Honduras và Nicaragua ở độ cao dưới 1000m so với mặt nước biển. Cây trưởng thành có thể cao tới 35 - 40m, sinh khối đạt khoảng 10 - 40m3/ha/năm.
- Pinus caribaea var bahamensis (PCB) phân bố ở quần đảo Bahamas và Caicos (240 - 270 vĩ độ Bắc, 71040’ - 790 kinh độ Tây). Cây mọc ở độ cao
gần 12m so với mặt nước biển, cây trưởng thành cao khoảng 15 - 20m.
- Pinus caribaea var caribaea (PCC) phân bố ở phía tây Cuba và trên đảo thông (220 - 230 vĩ độ Bắc, 82020’ - 84015’ kinh độ Tây). Cây mọc tự
nhiên ở độ cao dưới 280m so với mặt nước biển.
Vùng phân bố tự nhiên của PCH từ bờ biển vào sâu trong lục địa nên
sự biến động của các yếu tố khí hậu là khá lớn. Ví dụ nhiệt độ mùa đông ở nội địa của Belize có thể xuống tới 50C, trong khi mùa hè có thể nóng tới 370C.
Tuy nhiên, nhiệt độ không bao giờ xuống tới mức đóng băng. Lượng mưa
phân bố không đều giữa các vùng, biến động từ 1.500mm/năm ở núi thông
(Belize) tới 3.900 mm/năm ở Bluefields (Nicaragua). Những lâm phần thông
ở sâu trong lục địa có lượng mưa thấp hơn so với ven biển. Lượng mưa hàng
năm ở thung lũng sông Choluteca ở Hunduras có thể xuống tới 660mm với 6
4
tháng lượng mưa không vượt quá 40mm/tháng. Vì phân bố ở vùng Trung Mỹ,
PCH thích hợp với nhiều loại đất, từ đất cát xốp, thoát nước tốt, đất phù sa
dọc bờ biển Đại Tây Dương tới các loại đất trong lục địa được hình thành từ
các loại đá mẹ phiến thạch, granite, schist và đá cát với độ PH từ 4 đến 5, tầng
đất từ dày tới mỏng. Đất sét chặt bí, thoát nước không tốt không thích hợp với
Thông caribê [6].
Quần đảo Bahamas và Caicos, nơi PCB mọc tự nhiên có khí hậu ấm áp,
mùa đông khô và không có sương muối. Biến động về nhiệt độ không quá lớn giữa các mùa trong năm. Nhiệt độ trung bình dao động từ khoảng 220C ở tháng lạnh nhất tới 280C ở tháng nóng nhất. Lượng mưa trung bình năm là
1.185mm và tập trung chủ yếu ở các tháng 9 và 10. Lượng mưa biến động từ
khoảng 177mm ở tháng có lượng mưa nhiều nhất tới 32mm ở tháng khô nhất.
Mùa khô từ tháng 11 tới tháng 4 năm sau. PCB nơi nguyên sản mọc tốt trên
đất phong hoá từ đá vôi san hô, thoát nước tốt. Loại đất này khá nông, nghèo
dinh dưỡng và chứa đựng nhiều ôxít sắt bị rửa trôi từ tầng đá vôi. Vì được
hình thành từ đá vôi nên có tính kiềm cao, độ PH = 8,4 hoặc có thể cao hơn.
Tuy nhiên, nấm cộng sinh ở rễ của PCB phát triển tốt ở đất có tính kiềm cao
và có thể sẽ là nguyên nhân chủng này không được gây trồng nhiều ở ngoài
nơi phân bố tự nhiên của chúng.
PCC sinh trưởng ở điều kiện biến động lớn về nhiệt độ thì phát triển kém. Nhiệt độ thấp nhất và cao nhất ở Cuba có thể là từ 120C tới 340C. Lượng
mưa biến động từ 1.060mm/năm ở bờ biển phía Nam tới 1.794mm/năm ở đảo
thông. Vùng phân bố của PCC cũng có một mùa đông khô và lượng mưa tập
trung vào một số tháng mùa hè. PCC nơi nguyên sản thích hợp với đất phát
triển trên đá mẹ phiến thạch hoặc đá cát, thoát nước tốt, độ PH < 5. PCC không
sinh trưởng trên đất đá vôi mặc dù dạng đất này có rất nhiều ở Cuba [10].
5
1.1.2. Đặc điểm sinh học và sinh thái học
Thông caribê cao 15 - 40m, đường kính có thể trên 100cm. Thân thẳng
tán hình tháp. Cành nghiêng sau xoè rộng. Vỏ màu nâu nhạt, nứt dọc sau bong
từng mảng dài. Chồi hình trụ tròn màu nâu thẫm. Lá hình kim mọc cụm trên
đầu cành ngắn, mỗi cụm 3 lá ít khi 4 hoặc 5 lá. Lá dài 15 - 25cm đường kính
1,5mm màu xanh vàng, hai mặt trên có dải phấn trắng, mép có răng cưa nhỏ.
Bẹ bao quanh gốc cụm lá dài 10 - 20mm màu nâu nhạt gồm nhiều lá hình vẩy
trong suốt, sống lâu.
Nón đực hình trụ, dài 1,3 - 3,2cm. Nón cái trên đầu cành non hình viên
chuỳ dài 5 - 10cm, đường kính 2,5 - 3,8cm. Nón cái chín trong 2 năm, lúc đầu
màu tím hồng sau màu xanh, khi chín hoá gỗ màu nâu. Nón có cuống ngắn
thuờng vẹo và quặp về phía cành. Vẩy nón hình thoi, mặt vẩy mỏng hơi lồi,
giữa có một gai nhọn gần 1mm. Hạt hình trứng dài 6mm, đường kính 3mm.
Vỏ hạt nâu có nhiều chấm tròn. Hạt có cánh mỏng dài 2 - 2,5cm.
Hệ rễ hỗn hợp, nơi tầng đất dày rễ cọc ăn sâu, nơi tầng đất mỏng hệ rễ
bên rất phát triển.
Là cây ưa sáng, nhạy cảm với sương giá và lửa, là một trong những loài
cây lá kim mọc nhanh trên thế giới, ở lập địa thích hợp cây 15 tuổi tăng
trưởng bình quân năm có thể đạt 1,5m chiều cao và 2,5cm đường kính. Ra
nón tháng 3 - 4. Nón chín tháng 7 - 8 năm sau.
1.1.3. Giá trị sử dụng
Gỗ màu vàng nhạt, lõi màu đỏ, có thớ thẳng mịn, độ bóng vừa phải,
thường được dùng làm ván ép. Thân thẳng, dễ cưa xẻ nhưng phụ thuộc nhiều
vào độ tuổi tương đối cứng tỉ trọng 0,5 - 0,7. Có thể dùng trong xây dựng, làm
trụ mỏ, tiện khắc và bột sợi giấy dai, gỗ đóng tàu thuyền, gỗ đóng Contenơ,
gỗ đóng đồ nội thất…và cho nhiều nhựa chất lượng cao [3].
6
Với tốc độ sinh trưởng nhanh và khả năng thích ứng rộng với các vùng
sinh thái khác nhau trên thế giới, đáp ứng được nhiều mục tiêu kinh tế. Vì thế
Thông caribê là loài cây rừng đặc biệt để trồng rừng công nghiệp, được rất
nhiều nước nhập giống gây trồng, chủ yếu là các nước thuộc vùng nhiệt đới
và á nhiệt đới. Việt Nam là một nước nhiệt đới có các điều kiện địa lý khá
tương đồng với sự phân bố tự nhiên của Thông caribê. Do vậy mà loài Thông
caribê được đưa vào trồng khảo nghiệm ở nước ta từ năm 1963 và đã có
những thành công nhất định [10], [19].
1.1.4. Tình hình sản xuất, gây trồng trong và ngoài nước
* Ở ngoài nước: Thông caribê đã được dẫn nhập và gây trồng ở trên 65
nước trên thế giới. Giới hạn vĩ độ vùng trồng được mở rộng đáng kể so với nơi nguyên sản, từ vĩ độ 550 nam ở Argentina tới 330 vĩ độ bắc ở Ấn độ. Giới hạn kinh độ cũng được mở rộng từ 1800 kinh độ Đông ở fiji tới 1580 kinh độ
Tây ở Hawaii. Độ cao vùng trồng biến động từ mặt nước biển tới 1200m ở
Zaire, 1220m ở Nigeria, trên 1820m ở Uganda và 2400m ở Kenya [11].
Như vậy, Thông caribê đã được gây trồng trên tất cả các dạng khí hậu
của các nước nhiệt đới và cận nhiệt đới. Vùng phân bố rừng trồng của loài đã
được mở rộng cả về độ vĩ và độ kinh, cả từ vùng có khí hậu miền núi tới khí
hậu cận miền núi và vùng ven biển.
Ở Malaysia, Thông caribê được trồng trên diện tích lớn và cho sinh khối bình quân khoảng 17m3/ha/năm. Ở Đặc khu miền Bắc Australia, các xuất
xứ tốt nhất của PCH sau 10 năm sinh trưởng rất nhanh, cho sinh khối bình quân 22m3/ha/năm. Ở bang Queensland (cũng thuộc Australia), ở 9,5 tuổi, PCH đạt 16 - 18m3/ha/năm trong khi biến chủng PCB đạt khoảng 14,8m3/ha/năm [38].
* Ở trong nước: Thông caribê được dẫn nhập đầu tiên vào nước ta năm
1963 để trồng thử nghiệm tại Lang Hanh và Lang Linh thuộc tỉnh Lâm Đồng
7
(Lê Đình Khả, 1990; Phí Quang Điện, 2001). Loài thông này đã được trồng
thử ở Vĩnh Yên, Phú Thọ, Ninh Bình, Hà Giang, Tuyên Quang, Quảng Ninh,
Bắc Giang, Quảng Nam, Đà Nẵng, gần đây trồng ở Đông Nam bộ và Tây
Nguyên. Kết quả bước đầu cho thấy có thể gây trồng và cho hiệu quả kinh tế
ở một số địa phương. Sau đó Trung tâm nghiên cứu Giống cây rừng (Viện
Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam), Trung tâm nghiên cứu cây nguyên liệu giấy
Phù Ninh phối hợp với nhiều cơ quan bố trí khảo nghiệm Thông caribê ở
nhiều vùng sinh thái khác nhau trong cả nước, như: Đại Lải (Vĩnh Phúc), Ba
Vì (Hà Nội), Yên Thế (Bắc Giang), Yên lập (Quảng Ninh), Đại Huệ (Nghệ
An), Đông Hà (Quảng Trị), Tiền Giang (Thừa Thiên Huế), Sông Mây (Đồng
Nai), Hàm Thuận Nam (Bình Thuận)…
Các kết quả bước đầu cho thấy đây là loài cây sinh trưởng nhanh, thích
nghi sinh thái rộng, có nhiều triển vọng để gây trồng trên nhiều dạng lập địa
của nước ta, đặc biệt là biến chủng PCH (Stahl, 1984; Phí Quang Điện, 1989,
2001). Ví dụ, trên lập địa nghèo kiệt ở Yên Lập (Quảng Ninh) Thông caribê cho năng suất khoảng 8 - 10m3/ha/năm. Ở Đại Lải (Vĩnh Phúc), chủng PCH
trồng trên đất feralít tầng trung bình, phát triển trên đá mẹ phiến thạch sét, thoát nước tốt, ở tuổi 15 đạt 16 - 18m3/ha/năm. Thông caribê biến chủng PCH
trồng năm 1984 tại Đông Hà (Quảng Trị) cho sinh trưởng bình quân là
2m/năm về chiều cao và 2,7cm/năm về đường kính.
Có nhiều nơi, Thông caribê không những sinh trưởng tốt mà còn ra hoa
kết hạt chắc từ tuổi 14 - 15 trở đi, có thể thu hái, gieo ươm tạo cây con như ở
Đại Lải (Vĩnh Phúc), Tiền Phong (Thừa Thiên Huế), Đông Hà (Quảng Trị)…
Ví dụ, hạt giống PCH tại Đại Lải đạt tỉ lệ nảy mầm tới 90%, cây con tạo từ
nguồn hạt này sinh trưởng tốt, ít sâu bệnh. Cây con 1 tuổi ở rừng trồng đạt
chiều cao trung bình là 1,17m, đường kính gốc đạt 1,8cm. Từ 3 đến 8 tuổi,
cây sinh trưởng nhanh hơn đạt chiều cao trung bình khoảng 1,8 - 2m/năm,
8
đường kính D1,3 = 1,6 - 1,8cm/năm. Từ đây chúng ta thấy ở 1 - 2 tuổi cây
sinh trưởng khá tốt trên cả 6 vùng địa lý - lập địa khác nhau, từ tuổi 3 PCH
sinh trưởng vượt PCC, sâu đục ngọn cây bắt đầu xuất hiện (tỉ lệ từ 2,5 - 3%),
ở PCH nhiều hơn PCC. Là một trong những loài cây chủ lực trồng rừng tổ
trên đất nghèo xấu phổ biến ở Việt Nam (Đại Lải và Đông Hà là những khu
vực điển hình), những kinh nghiệm có được cùng với những kết quả nghiên
cứu đã và đang được tiến hành, nghiên cứu của luận văn mong góp phần giúp
các cơ sở trồng rừng sản xuất Thông caribê đạt được kết quả tốt nhất, thiết
thực đóng góp chương trình trồng mới 5 triệu ha rừng của đất nước và kế
hoạch phát triển nghề rừng đến năm 2020 [6].
1.2. Kỹ thuật nuôi cấy mô tế bào thực vật và ứng dụng
Sự biệt hoá và phản biệt hoá cùng với tính toàn năng của tế bào thực
vật là cơ sở lý luận vững chắc để nghiên cứu kỹ thuật nuôi cấy in vitro.
Nuôi cấy in vitro là một phương thức nhân giống dựa trên cơ sở của
phân bào nguyên nhiễm, lối phân bào về cơ bản không có sự tổ hợp lại của
thể nhiễm sắc trong quá trình phân chia, vì thế đây là phương thức nhân giống
truyền đạt các biến dị di truyền của cây mẹ cho cây in vitro. Cây in vitro
không những giữ được các hình thái giải phẫu của cây mẹ, giữ được các biến
di truyền mong muốn mà còn giữ được các biến dị di truyền về sinh trưởng
nhanh và cho năng suất cao của chúng. Nhân giống in vitro là phương thức
giữ được ưu thế lai đời F1 và khắc phục được hiện tượng phân ly đời F2, nhân
giống in vitro làm rút ngắn chu kỳ sinh sản, rút ngắn thời gian thực hiện
chương trình cải thiện giống cây rừng và là phương thức nhân nhanh các loài
cây quí hiếm đang bị khai thác cạn kiệt. Đây là phương thức góp phần bảo tồn
nguồn gen cây rừng và nhân giống bổ sung cho các loài cây khó thu hái và
bảo quản hạt [12], [8], đặc biệt là nhân nhanh số lượng lớn nguồn giống tốt
phục vụ chương trình trồng rừng.
9
Vì thế, nhân giống bằng phương pháp nuôi cấy in vitro là một trong
những công cụ có hiệu quả nhất cho chọn giống cây rừng, là phương thức
đang được áp dụng phổ biến để nhân giống các dòng vô tính có năng suất cao.
Ngày nay cùng với công nghệ gen, nuôi cấy mô tế bào là một phần
quan trọng không thể thiếu, thúc đẩy ứng dụng công nghệ sinh học trong cải
thiện cuộc sống của con người. Hai nhiệm vụ lớn của công nghệ sinh học thực
vật ở nước ta từ nay tới năm 2020 là: Tạo ra các giống cây trồng mới bằng
phương pháp công nghệ sinh học thực vật, đặc biệt là công nghệ gen và nhân
nhanh các giống, dòng ưu việt bằng kỹ thuật nuôi cấy in vitro [28].
Kỹ thuật nuôi cấy mô, tế bào thực chất là kỹ thuật điều khiển phát triển
sự phát sinh hình thái của tế bào thực vật một cách có định hướng dựa vào sự
phân hoá và phản phân hoá của tế bào thực vật. Để điều khiển được sự phát
sinh hình thái của tế bào, người ta bổ sung vào môi trường nuôi cấy hai nhóm
chất điều hoà sinh trưởng thực vật chính là auxin và cytokinin. Tỉ lệ hàm
lượng của 2 nhóm chất điều hoà sinh trưởng này trong môi trường nuôi cấy
khác nhau sẽ định hướng cho sự phát sinh hình thái (phát sinh chồi, rễ, hoặc
mô sẹo) của mô nuôi cấy khác nhau. Trong môi trường nuôi cấy, tỉ lệ nồng độ
auxin/cytokinin thấp thì mô nuôi cấy phát sinh theo hướng tạo chồi, tỉ lệ này
cao thì mô nuôi cấy sẽ tạo mô sẹo [29], [5].
1.2.1. Phương pháp nhân giống in vitro
Phương pháp nhân giống in vitro đã bổ sung cho các kỹ thuật nhân
giống vô tính cổ điển như: chiết cành, ghép, giâm hom, tách dòng… Nhân
giống in vitro hay vi nhân giống trong ống nghiệm là một trong bốn lĩnh vực
ứng dụng chính của công nghệ tế bào thực vật (bao gồm: làm sạch virus, nhân
nhanh các giống cây quý, sản xuất và chuyển hoá sinh học các hợp chất tự
nhiên và cải biến về mặt di truyền các giống cây rừng) và đã mang lại hiệu
quả kinh tế lớn nhất [2]. Có 3 phương thức để tạo cây in vitro:
10
a. Hoạt hoá chồi nách
Hoạt hoá chồi nách bằng cách phá vỡ hiện tượng ưu thế ngọn khi nuôi
cấy các đỉnh chồi hoặc đoạn thân mang mắt ngủ. Theo phương pháp này thì
sự hoạt hoá của chồi nách diễn ra theo hai cách:
- Cách 1: Cây phát triển trực tiếp từ chồi đỉnh hoặc chồi nách (xảy ra khi
nuôi cấy loài cây hai lá mầm như: khoai tây, hoa cúc, cây thuốc lá…)
- Cách 2: Tạo cụm chồi từ đỉnh hoặc chồi nách (xảy ra với cây một lá mầm
như: Cây lúa, cây mía…)
b. Phương pháp tạo chồi bất định
Chồi bất định là chồi được hình thành từ các cơ quan, các bộ phận khác
của cây, không phải là phôi. Ví dụ như: chồi hình thành từ mô sẹo (callus).
Tạo chồi bất định sử dụng các bộ phận của cây như: đoạn thân, mô lá,
giẻ hành. Trong quá trình này cần thực hiện quá trình phản phân hoá và tái
sinh tế bào để bắt tế bào sôma hình thành chồi trực tiếp hoặc gián tiếp thông
qua giai đoạn phát triển mô sẹo.
c. Phương pháp tạo phôi vô tính
Trong quá trình nuôi cấy in vitro, phôi có thể hình thành từ các tế bào
sôma gọi là phôi vô tính. Các phôi vô tính có thể tái sinh thành cây hoàn
chỉnh hoặc có thể được sử dụng làm nguyên liệu để sản xuất hạt giống nhân
tạo. Tương tự như tạo chồi bất định, để tạo phôi vô tính cũng cần thực hiện
quá trình phản phân hoá và tái sinh tế bào để tách các tế bào sôma, hình thành
phôi trực tiếp hoặc gián tiếp thông qua giai đoạn phát triển mô sẹo. Sự hình
thành phôi trải qua 2 bước chính sau:
- Bước 1: Sự phân hoá các tế bào có khả năng phát sinh phôi. Trong quá
trình này cần môi trường giàu auxin vì auxin giúp cho việc cảm ứng để tạo
các tế bào phôi, đồng thời auxin giúp kích thích cho quá trình phát triển số
lượng tế bào thông qua việc liên tiếp phân chia tế bào. Các tế bào có khả năng
11
phát sinh phôi là các tế bào nhỏ, nhân lớn, nhiều hạch nhân, không có không
bào, tế bào chất đậm đặc, giàu protêin, ARN thông tin.
- Bước 2: Sự phát triển của phôi mới hình thành. Môi trường nuôi cấy của
giai đoạn này phải nghèo hoặc không có auxin, với nồng độ auxin cao thì kích
thích sự tạo thành phôi nhưng ức chế cho quá trình phân hoá và phát triển tiếp
theo của phôi này. Như vậy, với nồng độ chất điều tiết sinh trưởng hợp lý là
rất quan trọng để có các phản hồi thích hợp, nếu nồng độ thấp có thể gây sốc
cho phản ứng và nồng độ cao có thể gây ức chế hoặc gây độc [22].
1.2.2. Các yếu tố ảnh hưởng tới kết quả nuôi cấy in vitro
- Môi trường nuôi cấy
Môi trường nuôi cấy bao gồm hai loại là môi trường hoá học và môi
trường vật lý, chúng quyết định đến sự thành bại của quy trình nhân giống in
vitro. Ngoài chức năng làm giá thể cho mẫu cấy, môi trường nuôi cấy còn có
nhiệm vụ chính là cung cấp các chất dinh dưỡng cần thiết để cho mẫu cấy tồn
tại, phân hoá và phát triển. Vấn đề đặt ra ở đây là khi tiến hành nuôi cấy phải
lựa chọn được môi trường thích hợp cho sự sinh trưởng và phát triển tối ưu ở
từng giai đoạn của quá trình nuôi cấy và với từng đối tượng nuôi cấy cụ thể.
- Môi trường hoá học: cung cấp các chất dinh dưỡng cơ bản cần thiết
cho sự sinh trưởng và phân hoá của mô trong suốt quá trình nuôi cấy in vitro.
Thành phần của môi trường hoá học thay đổi theo loài cây, bộ phận cây, mục
đích nuôi cấy, nhưng nhìn chung thường gồm các nhóm chất sau [2], [30].
+ Nhóm các nguyên tố đa lượng: Nguyên tố đa lượng là những nguyên
tố muối khoáng được sử dụng ở nồng độ trên 30ppm, bao gồm các nguyên tố
sau: N, P, K, S, Mg và Ca...Các nguyên tố này có chức năng tham gia vào quá
trình trao đổi chất của tế bào và có chức năng xây dựng nên thành tế bào. Môi
trường nhiều nitơ thích hợp cho việc hình thành chồi. Môi trường nhiều kali
sẽ giúp cho quá trình trao đổi chất diễn ra mạnh.
12
+ Nhóm các nguyên tố vi lượng: Nguyên tố vi lượng là những nguyên
tố khoáng được sử dụng ở nồng độ dưới 30ppm, gồm có: Fe, Cu, Zn, Mo, Co,
Mn, Bo…Tuy chỉ cần một lượng nhỏ trong môi trường nuôi cấy, nhưng
chúng là thành phần không thể thiếu cho sự sinh trưởng và phát triển của mô.
Nếu thiếu Fe quá trình phân chia của tế bào bị rối loạn, thiếu Bo mô nuôi cấy
phát triển mô sẹo rất nhanh, nhưng có hiệu suất tái sinh thấp. Hàm lượng của
các nguyên tố đa lượng và các nguyên tố vi lượng phụ thuộc vào từng môi
trường nuôi cấy và từng đối tượng nuôi cấy.
+ Nguồn carbon: Mặc dù mẫu cấy vẫn có khả năng quang hợp, nhưng
rất yếu, vì vậy buộc phải bổ sung nguồn carbon để mẫu nuôi cấy có thể tổng
hợp được các chất hữu cơ giúp tế bào phân chia. Thông thường nguồn carbon
bổ sung là đường sucrose và glucose với liều lượng 20-30 g/lít. Trong trường
hợp cần thiết có thể thay thế bằng các loại đường khác như: maltose, lactose
hay fructose.
+ Các vitamin: Mô và tế bào thực vật khi nuôi cấy in vitro vẫn có khả
năng tự tổng hợp được một số vitamin cần thiết nhưng không đáp ứng đủ nhu
cầu sinh trưởng và phát triển nhanh của chúng. Vì vậy, phải bổ sung thêm các
loại vitamin cần thiết vào môi trường nuôi cấy để góp phần tạo các co-
enzyme xúc tác các phản ứng sinh hoá trong tế bào. Các vitamin thường được
sử dụng như: B1 (Thiamin), B2 (Ribofravin), B3 (Axit panthotenic), B5 (Axit
nicotinic), B6 (piridoxin) với nồng độ phổ biến là 0,5 - 1mg/l. Myo - inositol
cũng hay được sử dụng vì nó có vai trò quan trọng trong sinh tổng hợp thành
tế bào thực vật.
+ Các chất phụ gia hữu cơ: Các chất phụ gia được đưa vào môi trường
nuôi cấy nhằm kích thích sự sinh trưởng của mô sẹo và các cơ quan như:
nước dừa, khoai tây, chuối, dịch chiết nấm men. Trong thành phần của nước
dừa chứa các axit amin, axit hữu cơ, đường, Myo - inositol và các chất có
13
hoạt tính auxin, cytokinin. Ngoài ra, Khoai tây và Chuối cũng hay được sử
dụng, vì trong thành phần của chúng có chứa một số vitamin và các kích thích
tố có tác dụng tích cực đến sự sinh trưởng, phát triển của mẫu cấy.
+ Các chất điều hoà sinh trưởng: Các chất điều hoà sinh trưởng có vai
trò hết sức quan trọng đến kết quả nuôi cấy in vitro, quyết định sự thành công
của toàn bộ quá trình nuôi cấy. Nó ảnh hưởng tới sự biệt hoá, phản biệt hoá và
sự sinh trưởng của tế bào, đặc biệt là sự biệt hoá các cơ quan như chồi và rễ.
Nhu cầu về chất điều hòa sinh trưởng đối với từng loài cây và từng giai đoạn
nuôi cấy là khác nhau. Vì vậy, để nuôi cấy in vitro thành công cần phải tiến
hành các nghiên cứu cụ thể để tìm ra nồng độ cũng như tỉ lệ các chất điều hoà
sinh trưởng phù hợp. Trong nuôi cấy mô, tế bào thực vật thường sử dụng 3
nhóm chất chính là auxin, cytokinin và gibberellin.
Các chất thuộc nhóm auxin có tác dụng kích thích sự giãn tế bào, sự
hình thành rễ bất định và mô sẹo. Trong nuôi cấy mô tế bào thường sử dụng
bốn loại auxin là: IAA (Indol acetic acid), IBA (Indol butyric acid), NAA
(Naphthyl acetic acid) và 2.4-D (2,4-Dicloro phenoxy axetic axit). Các loại
auxin thường được sử dụng ở nồng độ từ 0,1-5,0mg/lít tuỳ từng loài cây, từng
loại chất và từng giai đoạn nuôi cấy.
Các chất thuộc nhóm cytokinin có tác dụng kích thích sự phân chia tế
bào và hình thành chồi. Các chất thuộc nhóm này thường được sử dụng là:
Kinetin và BAP (Benzyl amino purin). Tỉ lệ giữa auxin và cytokinin quy định
sự biệt hoá của mô, tế bào theo hướng tạo chồi, tạo rễ hoặc hình thành mô
sẹo. Theo nhiều nghiên cứu cho thấy trong môi trường nuôi cấy nếu tỉ lệ
auxin/cytokinin cao thì mô sẽ biệt hoá theo hướng tạo rễ, nếu thấp mô sẽ biệt
hoá theo hướng tạo chồi, còn nếu tỉ lệ này gần bằng 1 thì mẫu nuôi cấy sẽ biệt
hoá theo hướng tạo mô sẹo.
14
Các chất thuộc nhóm gibberellin có tác dụng kích thích sự giãn tế bào,
kéo dài lóng, đốt thân, cành cây. Ngoài ra, nó còn có tác dụng phá tính ngủ
nghỉ ở củ, hạt, ức chế tạo rễ phụ cũng như tạo chồi phụ. Chất thường được sử
dụng nhất trong nhóm này là GA3.
Ngoài ba nhóm chất trên còn có các chất có tác dụng ức chế sự sinh
trưởng và phát triển khác như ethylen. Chất này cũng gây ảnh hưởng khá rõ
đến sự phát sinh hình thái của một số cây trồng trong nuôi cấy in vitro.
+ Độ pH của môi trường: là yếu tố quan trọng, nó ảnh hưởng trực tiếp
tới quá trình hấp thụ các chất dinh dưỡng từ môi trường vào mẫu cấy. Thực tế
đã chứng minh khi pH thấp (pH< 4,5) hoặc cao (pH >7) đều gây ra ức chế
sinh trưởng, phát triển của mô và tế bào nuôi cấy. Cụ thể, nếu pH của môi
trường giảm mạnh sẽ làm rối loạn quá trình trao đổi Fe, làm giảm hay ngừng
hẳn quá trình sinh trưởng của mẫu cấy. Thông thường độ pH dao động trong
khoảng từ 5,5 - 6,5 trong nuôi cấy mô - tế bào thực vật.
- Môi trường vật lý: Nhiệt độ và ánh sáng là hai nhân tố vật lý có ảnh
hưởng cơ bản và quan trọng nhất trong nuôi cấy in vitro.
+ Nhiệt độ: là nhân tố vật lý quan trọng ảnh hưởng rõ rệt đến sự phân
chia tế bào và các quá trình trao đổi chất trong mô cấy, đồng thời nó ảnh
hưởng tới sự hoạt động của auxin do đó nó ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng ra rễ của cây mô. Nhiệt độ nuôi cấy cần được giữ ổn định ở 25 ± 20C.
+ Ánh sáng: các nghiên cứu đã cho thấy ánh sáng rất cần thiết cho sự
phát triển và phát sinh hình thái của mẫu cấy. Nó phụ thuộc rất nhiều vào thời
gian chiếu sáng, cường độ và chất lượng ánh sáng. Đặc biệt thời gian chiếu
sáng phải phù hợp với đặc tính sinh vật học của loài cây và bộ phận nuôi cấy.
Thời gian chiếu sáng thường biến động từ 12 - 16 giờ/ngày. Ánh sáng của đèn
huỳnh quang với cường độ 2000 - 3000 lux, tương đương với khoảng cách 30
cm từ đèn chiếu sáng tới mô nuôi cấy hoặc dùng ánh sáng tự nhiên với cường
15
độ thấp là phù hợp với nuôi cấy in vitro. Nuôi cấy mô sẹo có thể không cần
ánh sáng. Chất lượng ánh sáng cũng ảnh hưởng không nhỏ tới kết quả nuôi
cấy. Ánh sáng đỏ làm tăng chiều cao thân, chồi hơn so với ánh sáng trắng.
Ánh sáng xanh ức chế sự vươn cao, nhưng lại có ảnh hưởng tốt tới sinh
trưởng của mô sẹo.
1.2.3 Các bước chính trong nhân giống in vitro
Theo George (1993) [22], quá trình nhân giống in vitro bao gồm các
bước sau:
Bước 1: Chọn lọc và chuẩn bị cây mẹ
Trước khi tiến hành nhân giống in vitro cần chọn lọc cẩn thận các cây
mẹ (cây cho nguồn mẫu nuôi cấy). Các cây này cần phải sạch bệnh, đặc biệt
là bệnh virus và ở giai đoạn sinh trưởng mạnh. Việc trồng các cây mẹ trong
điều kiện thích hợp với chế độ chăm sóc và phòng trừ sâu bệnh hiệu quả trước
khi lấy mẫu cấy sẽ làm giảm tỉ lệ mẫu nhiễm, tăng khả năng sống và sinh
trưởng của mẫu cấy in vitro.
Mục tiêu của các chương trình cải thiện giống là thu nhận được một lượng
đáng kể tăng thu di truyền càng nhanh càng tốt, đồng thời duy trì được một vốn
di truyền phong phú để đảm bảo tăng thu trong tương lai. Để nhận được những
tăng thu như vậy phải dựa trên các phương pháp chọn lọc nhằm chọn ra những
cá thể đáp ứng tốt nhất những yêu cầu của nhà chọn giống để dùng như những
cây bố mẹ trong các chương trình chọn giống và sản xuất hạt.
Sau khi đã chọn được loài và xuất xứ đáp ứng mục tiêu kinh tế và phù
hợp với mỗi vùng thì chọn lọc cây trội là phần then chốt của bất kỳ một
chương trình nào về cải thiện giống cây rừng. Có cây trội được chọn lọc cẩn
thận, được khảo nghiệm hậu thế để đánh giá từ đó xây dựng các vườn giống
để cung cấp giống thì năng suất rừng mới từng bước được nâng cao, đáp ứng
yêu cầu ngày càng tăng của sản xuất xã hội. Cây trội là nền tảng của một
chương trình chọn giống [8].
16
Chọn cây trội là phương pháp lợi dụng biến dị cá thể tự nhiên trong quần
thể để nâng cao sản lượng đời sau so với giống đại trà. Tăng thu di truyền khi
chọn lọc cá thể có thể đạt 25 - 50%, mức độ biến động giữa các cá thể trong
quần thể càng lớn thì tăng thu di truyền đạt được càng cao.
Các cây trội đã chọn có thể được dùng để lấy giống phát triển trực tiếp vào
sản xuất. Còn nếu biết phối hợp với các phương pháp chọn giống khác như lai
giống, gây đột biến… sẽ mang hiệu quả cao hơn.
Bước 2: Nuôi cấy khởi động
Là giai đoạn khử trùng mẫu cấy in vitro. Trong giai đoạn này cần đảm
bảo các yêu cầu như tỉ lệ nhiễm thấp, tỉ lệ sống cao, mô tồn tại và sinh trưởng
tốt. Khi lấy mẫu cần chọn đúng loại mô, đúng giai đoạn phát triển của cây.
Quan trọng nhất là đỉnh chồi ngọn, đỉnh chồi nách và sau đó là hoa và cuối
cùng là đoạn thân, mảnh lá chồi ngọn, chồi nách được sử dụng để nhân nhanh
một số cây như măng tây, dứa khoai tây, thuốc lá, hoa cúc…
Bước 3: Nhân nhanh
Là giai đoạn kích thích mô nuôi cấy phát sinh hình thái và tăng nhanh
số lượng thông qua các con đường: hoạt hoá chồi nách, tạo chồi bất định, tạo
phôi vô tính.
Vấn đề đặt ra là cần xác định được môi trường và điều kiện ngoại cảnh
thích hợp để có hiệu quả cao nhất. Theo nguyên tắc chung, môi trường có nhiều cytokinin sẽ kích thích tạo chồi. Chế độ nuôi cấy thường là 25 - 270C và
12 - 16h chiếu sáng/ngày, cường độ chiếu sáng 2000 - 4000 lux. Tuy nhiên
đối với mỗi loại đối tượng nuôi cấy đòi hỏi có chế độ nuôi cấy khác nhau.
Bước 4: Tạo cây hoàn chỉnh
Để tạo rễ cho chồi, người ta chuyển chồi từ môi trường nhân nhanh
sang môi trường tạo rễ. Môi trường tạo rễ thường được bổ sung một lượng
nhỏ auxin. Một số chồi có thể phát sinh rễ ngay sau khi chuyển từ môi trường
17
không chứa chất kích thích sinh trưởng. Sau đó cây được ra ngoài vườn ươm
phát triển tốt thì cây phải đảm bảo một số yêu cầu:
+ Cây đảm bảo về các yêu cầu chiều cao, rễ, lá…
+ Giá thể phải tơi xốp, sạch sẽ, thoát nước tốt
+ Phải điều chỉnh độ ẩm, sự chiếu sáng của vườn ươm cũng như có chế
độ dinh dưỡng thích hợp [22].
1.3. Thành tựu về nuôi cấy in vitro
1.3.1. Thành tựu chung về nuôi cấy mô, tế bào thực vật trong và ngoài nước
Nhân giống cây trồng bằng phương pháp nuôi cấy mô, tế bào thực vật
đã và đang có nhiều ứng dụng trong thực tiễn sản xuất và trong nghiên cứu
phát triển khoa học công nghệ trên thế giới và Việt Nam.
* Ngoài nước
Hiện nay nuôi cấy in vitro đã và đang được ứng dụng rộng rãi trong sản
xuất thương mại cây lâm nghiệp ở nhiều nước trên thế giới, hàng trăm loài cây lá
rộng và hàng chục loài cây lá kim đã được nuôi cấy mô thành công. Cho tới năm
1991, Thái Lan đã nhân giống in vitro thành công cho 55 loài trong tổng số 67
loài tre - trúc thử nghiệm. Công nghệ này cho phép nhân nhanh loài
Dendrocalamus asper với số lượng khoảng 1 triệu cây mỗi năm đáp ứng được
nhu cầu cây con phục vụ cho trồng rừng.
Số lượng các loài Bạch đàn đã được nhân giống bằng phương pháp nuôi
cấy in vitro ngày càng tăng: đến năm 1987 đã có trên 20 loài Bạch đàn khác
nhau được nuôi cấy thành công.
Trung Quốc là nước thành công trong trong việc tạo cây in vitro cho các
loài cây thân gỗ. Đến nay đã có hơn 100 loài cây thân gỗ được nuôi cấy như:
Dương, Bạch đàn, Tếch, Bao đồng…
Nhiều loài cây lá rộng Châu Âu đã được thử nghiệm nhân giống thành
công bằng phương pháp nuôi cấy mô như: Acer, Beluta, Fagus, Quercus,
18
Carpinus… Nuôi cấy in vitro cũng là một biện pháp nhân giống được áp dụng
nhiều ở các loài cây lá kim nhằm phục vụ cho các chương trình trồng rừng
dòng vô tính…Có tới 30 loài trong số các loài cây lá kim được nghiên cứu
nuôi cấy mô đã đạt được những thành công bước đầu, trong đó phải kể đến
các loài Bách tán (Araucaria), Liễu sam (Cryptomeria japonica), Bách xanh
[10]...Một số loài Thông đã được nuôi cấy thành công đó là Pinus nigra, P.
pinaster của các tác giả như: Shakya và cộng sự (1989) [42], Thorpe và Harry
(1991) [47], Okamura và Kondo (1995) [39].
Shakya và cộng sự (1989) đã thành công trong nghiên cứu nhân giống
P. wallichiana bằng kỹ thuật nuôi cấy phôi có định hướng. Phôi tách ra được
nuôi cấy trên môi trường Aiken - Christie (LP - 1984) bổ sung BAP ở các
nồng độ từ 0 - 88µM trong 10; 14; 21 ngày. Kết quả đạt ít nhất 40 chồi/phôi
trong một chu kỳ cấy chuyển 4 tháng [42]
Thorpe và Harry (1991) đã nghiên cứu nuôi cấy thông Pinus
canariensis với nguồn vật liệu sử dụng chủ yếu từ lá mầm của cây con mới
nảy mầm vô trùng, tác giả đã sử dụng hai loại môi trường nuôi cấy chính là
môi trường SH (1972) và môi trường MCM (1983) có bổ sung 5 - 10 µM
BAP. Kết quả nghiên cứu đã xác định được môi trường MCM với nồng độ
BAP tối ưu trong giai đoạn tái sinh chồi là 10 µM, xác định được tổ hợp
phytohormon là BAP/2iP (tỉ lệ 1:1) là 5/5 µM cho kết quả tái sinh chồi tốt
hơn môi trường chỉ có BAP, xác định được giá thể ra rễ là hỗn hợp vô trùng
than bùn/vermiculate (tỉ lệ 1:1) chứa ¼ khoáng MCM, xử lý chồi ra rễ bằng
IBA 1µM trong 4 giờ. Kết quả đã đưa cây invitro vào giá thể trong bầu PVC
ở điều kiện nhà kính [47].
Năm 1995, Okamura và Kondo công bố “Hướng dẫn nuôi cấy mô cây
thông” giới thiệu tạo cây con thông Pinus thunbergi trong ống nghiệm từ nuôi
cấy phôi và lá mầm. Trong hướng dẫn này dùng môi trường GD (1972) và
19
môi trường AE để nuôi cấy giai đoạn nhân chồi. Giai đoạn nuôi cấy ban đầu
bổ sung 5 - 10 µM BAP và 3% đường. Giai đoạn ra rễ dùng môi trường
Risser and White có bổ sung 10 µM IBA và đã tạo thành công cây con trong
ống nghiệm [39].
Theo Aronen và cộng sự (2008), trong nghiên cứu tạo mô sẹo từ phôi
hạt của loài Pinus silvestris L cho thấy kết quả tái sinh từ mô sẹo rất cao (trên
90% ) [48].
Trong công trình nghiên cứu của mình Yiqun Lin và Michael R. Wagner
đã đưa ra kết luận: trên môi trường cơ bản MS bổ sung 0,5mg/l BAP và 1mg/l
2,4-D là môi trường tạo mô sẹo tốt nhất cho loài Pinus pondorosa [50].
Các thành tựu trên đã cho thấy kỹ thuật nhân giống bằng nuôi cấy mô, tế
bào đã và đang đóng góp quan trọng trong việc nhân nhanh, chọn tạo và cải
thiện giống cây trồng nông - lâm nghiệp. Nhiều giống cây trồng có giá trị
đang được ứng dụng vào thực tiễn sản xuất và mang lại hiệu quả kinh tế cao
cho người dân, các công ty ở nhiều quốc gia. Trong tương lai gần, nhiều
giống cây trồng chất lượng cao được sản xuất bằng phương pháp nuôi cây
mô, tế bào sẽ thay thế dần các cây giống sản xuất từ phôi hạt, đặc biệt là các
cây lâm nghiệp.
* Trong nước
Ở nước ta, các nghiên cứu nuôi cấy mô, tế bào phát triển mạnh từ năm
1995 trở lại đây, nhưng đã gặt hái được nhiều thành tựu trong nhân giống và
chọn giống cây trồng. Kỹ thuật nhân giống cây trồng bằng nuôi cấy mô, tế
bào thực vật đã trở thành một phương thức nhân giống phổ biến ở hầu hết các
tỉnh thành trong cả nước. Đã có rất nhiều loài cây trồng được nhân nhanh
bằng phương pháp này và đã được ứng dụng trong thực tiễn sản xuất.
Hiện nay, nước ta đã có rất nhiều cơ sở nhân giống bằng nuôi cấy mô ở
qui mô lớn, trong đó có những cơ sở nhân giống cây rừng như: Trung tâm
20
nghiên cứu giống cây rừng, Viện nghiên cứu nguyên liệu giấy Phù Ninh,
Công ty giống lâm nghiệp Trung Ương, Xí nghiệp giống thành phố Hồ Chí
Minh, Trường Đại học Lâm nghiệp…
Nuôi cấy mô ở nước ta đã áp dụng rộng rãi trong công tác nhân giống
một số giống Bạch đàn nhập nội, các dòng vô tính Bạch đàn và Keo lai có
năng suất cao. Cùng với những kết quả về cải thiện giống Trung tâm nghiên
cứu giống cây rừng đã nghiên cứu thành công kỹ thuật nuôi cấy in vitro cho
Keo lai, Bạch đàn và một số giống cây rừng khác [11], [12], [14].
Thời gian gần đây có khá nhiều nghên cứu nhân giống in vitro cây rừng như:
Đoàn Thị Mai và cộng sự (2000) đã nghiên cứu nuôi cấy mô thành công cho
giống Bạch đàn lai U29C3. Kết quả cho thấy thời kỳ mẫu nhiễm ít nhất và có tỉ lệ
bật chồi cao nhất là từ tháng 5 đến tháng 8. Môi trường MS có bổ sung 0,5 mg/l
BAP cho số chồi trung bình trong mỗi cụm cao nhất (16,6 chồi/cụm). Môi trường
ra rễ thích hợp là môi trường MS có bổ sung 1,0 mg/l IBA cho tỉ lệ ra rễ tới 83,8%
[14].
Dương Thị Thảo Trang và cộng sự (2006) đã đưa ra môi trường thích
hợp nhất tạo nguồn cây Bời lời con in vitro sạch bệnh ban đầu là MS có bổ
sung 5,0 mg/l BAP, ở nồng độ 1,5 mg/l thích hợp nhất với quá trình tái sinh
chồi, ở nồng độ 1,2 mg/l cho kết quả tạo rễ tốt nhất.
Tạ Minh Hoà và cộng sự (2006) đã nghiên cứu khả năng tái sinh chồi in
vitro ở cây Dó trầm và đưa ra kết luận: có thể tạo ra một bộ sưu tập Dó trầm in
vitro thông qua việc nuôi cấy chồi nách của cây nhiều năm tuổi. Đoạn thân chồi
nách là phần có khả năng tái sinh mạnh nhất so với các chồi khác trong nuôi
cấy in vitro. Cụm chồi xuất hiện sự tăng trưởng chồi nách hiện sẵn rong chồi
ngọn in vitro, chồi nách tạo mới trong quá trình kéo dài ngọn chồi in vitro trên
môi trường MS có bổ sung 0,2 mg/lBA, 0,2 mg/l Kinetin, 0,1 mg/l adenin.
21
Hồ Văn Giảng và cộng sự (2006) đã bước đầu xây dựng quy trình nhân
giống cây Dó trầm bằng kỹ thuật nuôi cấy mô tế bào. Môi trường thích hợp nhất
cho nhân chồi là MS cải tiến bổ sung 0,3 mg/l BAP, 20 g/l sucrose và 6 g/l agar
cho hệ số nhân chồi đạt 4,2 chồi/cụm. Môi trường ra rễ thích hợp nhất là WMP +
0,3 mg /l NAA + 20 g/l sucrose + 6 g/l agar tỉ lệ ra rễ đạt 88,7% và cây mô sống
đạt 98% khi đưa ra vườn ươm.
Bùi Văn Vinh và cộng sự (2006) chỉ ra môi trường nuôi cấy có bổ sung
BAP 0,2 ppm và Kinetin 0,2 ppm là thích hợp nhất cho sự mọc chồi của cây Khôi.
Môi trường nhân nhanh chồi là MS có bổ sung BAP 1 ppm + Kinetin 0,05 ppm
đạt hiệu quả cao hơn các thí nghiệm khác. Môi trường MS có bổ sung NAA 0,1
ppm cho kết quả ra rễ đạt 100% .
Nguyễn Văn Phong và cộng sự (2008). Nghiên cứu nhân giống cây Dầu
mè bằng kỹ thuật nuôi cấy invitro phục vụ trồng rừng nguyên liệu sản xuất dầu
diesel sinh học. Môi trường cảm ứng tạo đa chồi tốt nhất (MI = MS + BA
0,1mg/l + IBA 0,01mg/l) với hệ số nhân chồi là 4 lần [20].
Nguyễn Văn Phong và cộng sự (2009) đã nghiên cứu nhân giống Vù
hương bằng phương pháp nuôi cấy in vitro và giâm hom. Tạo được quy trình
hoàn chỉnh cho nhân giống loài cây này [21].
Đỗ Tiến Phát (2009), nghiên cứu tái sinh thành công cây Thông nhựa từ
hai loại nguyên liệu phôi hạt chín và thân mầm, đã chọn được môi trường
M16 trong 4 môi trường thử nghiệm [18].
Ngoài ra nhân giống cây trồng bằng nuôi cấy mô, tế bào còn được ứng
dụng để tạo ra giống cây sạch bệnh virus như: Khoai tây, Cà chua, Bưởi, Cam
Quýt; ứng dụng trong tạo cây trồng biến đổi gen như: Bông, Lúa, Ngô, Cà
chua, Đu đủ [2], [5], [17], [24], [29].
22
1.3.2. Các nghiên cứu về Thông caribê
1.3.2.1. Ở nước ngoài
Nhân giống hom Thông caribê đã được tiến hành rất sớm từ những
năm đầu thập kỷ 90 của thế kỷ 20 tại Queensland ở Australia. Hiện nay, tại cơ
sở nhân giống hom ở Gympie hàng năm đã đến 3 triệu cây hom để gây trồng
rừng Thông caribê [10].
Theo Henrique và cộng sự (2006) trong công trình nghiên cứu công bố
của mình, sử dụng hom với độ dài 4 - 6cm ở nồng độ 4000mg/l IBA với
100mg/l paclobutrazon, sau 60 ngày giâm cho tỉ lệ ra rễ của hom cao nhất
(95,31%) [31], các loài thông khác cũng đã được nhiều nhà khoa học quan
tâm nhân giống bằng hom từ sớm như: Stromquist và Hansen (1980) [44],
Silva (1985) [43], Oliveira (1989) [40]…đã công bố kết quả giâm hom trên
loài cây thông mình nghiên cứu với hiệu quả cao. Bên cạnh nhân giống bằng
hom, việc nhân giống Thông caribê bằng phương pháp nuôi cấy in vitro cũng
đã và đang được nhiều nhà khoa học ở một số phòng thí nghiệm lớn trên thế
giới quan tâm nghiên cứu và bước đầu thu được một số kết quả khả quan, tạo
tiền đề quan trọng cho nhân giống Thông caribê với số lượng lớn, chất lượng
cao phục vụ trồng rừng sản xuất đang có nhu cầu rất lớn.
Nuôi cấy mô tế bào thực vật là nền tảng của công nghệ sinh học thực
vật, nhân nhanh, tạo mô sẹo, lai đã đóng góp nhiều trong cải thiện giống cây
rừng. Nuôi cấy invitro đã được nhiều nhà khoa học quan tâm và nghiên cứu
như: Skidmore và cộng sự (1988), Akaneme và cộng sự (1997, 2008), Sturnia
và Nancy (1993), Ozkurt và cộng sự (2008).
Theo Skidmore và cộng sự (1988) đã tiến hành nuôi cấy chồi in vitro
Thông caribê trong môi trường lỏng cho kết quả phát triển nhanh hơn môi
trường rắn sau 4 tuần nuôi cấy [33].
23
Akaneme và cộng sự (2008) đã nghiên cứu ảnh hưởng của 2 loại auxin
và 2 loại cytokinin tới tạo mô sẹo, cho thấy tỉ lệ 1mg/l NAA và 2mg/l BAP
mô sẹo Thông caribê phát triển tốt nhất trên môi trường AE (Arnold ADN
Eriksson, 1997) [48].
Sturnia và Nancy (1993) công tác tại Viện nghiên cứu KHTN, thuộc
đại học Philipin, tạo thành công mô sẹo Thông caribê trên môi trường MSM
bổ sung 8,9µM BA [45].
Ozkurt và cộng sự (2008) nghiên cứu nhân giống invitro loài thông
nigra J F. Anrold subsp đã chỉ ra môi trường Douglas-fir cotyledon revised
(DCR) có bổ sung 13,6 µM 2,4-D và 2,2µM BAP cho kết quả mẫu phôi hạt
tái sinh mô sẹo tốt nhất [52].
Qua các kết quả nghiên cứu về loài thông nói chung và Thông caribê
nói riêng được đưa ra ở trên, trong các môi trường nuôi cấy thường bổ sung
thêm cytokinin (BAP), đôi khi kết hợp với một auxin ở nồng độ nhất định.
Chồi thông sau đó được ra rễ trên môi trường chứa IBA cho tỉ lệ ra rễ tốt nhất,
loài Thông caribê đã được quan tâm nghiên cứu từ sớm ở nhiều nước, không
giống như những đối tượng cây rừng khác, việc tái sinh invitro bằng cách tạo
đa chồi hay tái sinh cây thông qua mô sẹo và phôi soma trên cây thông gặp rất
nhiều khó khăn, các nghiên cứu ở đây chủ yếu đều tạo nguồn vật liệu từ phôi
hạt. Nguyên nhân chủ yếu do tính chất ngủ nghỉ sâu của hạt cũng như khả
năng sinh trưởng rất chậm của loại cây này trong điều kiện in vitro. Nhưng
đến nay, đã có những nghiên cứu thành công nhất định ở rất nhiều nước trên
thế giới, hiện nay các nhà khoa học đã và đang tiếp tục nghiên cứu đưa công
nghệ tạo giống, nhân nhanh giống áp dụng cho Thông caribê.
1.3.2.2.Ở trong nước
Ở Việt Nam, Thông caribê đã được chọn là loài cây trồng chủ yếu trong
nghề rừng [4], tuy vậy những nghiên cứu mới chỉ đi sâu về khảo nghiệm và
24
nhân giống bằng hom, cây trồng phải nhập hạt từ nước ngoài như: Australia
và các nước Đông Nam Á là chủ yếu. Những nghiên cứu về nhân giống bằng
công nghệ hiện đại còn rất ít và đạt những kết quả khiêm tốn chưa được ứng
dụng rộng rãi.
Qua một số tài liệu nghiên cứu trong nước về Thông caribê: Kết quả
khảo nghiệm cho thấy biến chủng hondurensis có sinh trưởng nhanh nhất ở
Việt Nam trên tất cả các vùng sinh thái đã trồng, trong đó Sông Mây - Đồng
Nai Thông caribê có sinh trưởng nhanh nhất, lượng tăng trưởng gấp từ 1,2 đến 3,5 lần so với ở các nơi được khảo nghiệp khác (30,6 dm3/cây/năm, ck4
năm) nhưng lại không có hạt hữu thụ [11].
Trung tâm Nghiên cứu thực nghiệm Lâm Đồng cho biết, đã xây dựng
vườn vật liệu, nhà giâm hom và ứng dụng công nghệ giâm hom tiến tiến của
Ôxtrâylia để sản xuất cây giống của loài Thông caribê. Đây là một nhánh
nghiên cứu của Dự án Card 32/05 VIE, do Ôxtrâylia tài trợ triển khai trong 2
năm qua tại Việt Nam. Hom giống Thông caribê đã được trồng khảo nghiệm
trên diện tích 9 ha ở Đồng Nai cùng một số tỉnh Tây Nguyên cho kết quả tốt
(cây phát triển nhanh, ít sâu bệnh…).
Thông caribê được Trung tâm Nghiên cứu giống cây rừng - Viện
KHLNVN, nghiên cứu giâm hom từ năm 1995, đến năm 1999 đã đạt được tỉ
lệ ra rễ 93,3% (Lê Đình Khả và cộng sự, 2003) [10].
Theo tác giả Nguyễn Đình Hải và cộng sự (2007) báo cáo về khảo
nghiệm, đánh giá và áp dụng công nghệ tiên tiến cho phát triển rừng trồng
Thông caribê thì mô hình rừng trồng Thông caribê 15 năm tuổi đã đạt sản lượng 17 - 30m3/ha/năm [6].
Bên cạnh đó, Thông caribê cũng đã được một số tác giả tiến hành
nghiên cứu nhân giống bằng kỹ thuật nuôi cấy mô-tế bào nhằm tạo ra lượng
lớn cây giống chất lượng cao cung cấp cho nhu cầu trồng rừng sản xuất, như:
25
Tác giả Trần Trung Hiếu và cộng sự đã tiến hành thực hiện đề tài “Bước đầu
nhân nhanh giống Thông caribê (Pinus caribaea) bằng phương pháp nuôi cấy
in vitro”, đã đưa ra một số kết luận có ý nghĩa: Thông caribê tái sinh tốt nhất
trên môi trường cơ bản SH (Schenk & Hildebrandt, năm 1973) có bổ sung
3mg/l BA và 0,5mg/l IBA [7].
Theo Phạm Thị Kim Thanh và Huỳnh Đức Nhân (2007) đã nghiên cứu
về nhân giống Thông caribê bằng kỹ thuật nuôi cấy In vitro, tỉ lệ mẫu sạch có
khả năng tái sinh rất thấp, chỉ đạt 8,5%, chồi Thông caribê nuôi cấy trong môi
trường MCM có bổ sung 0,5mg/l BAP có hệ số nhân thấp chỉ đạt 1,7 lần [23].
Như vậy, các kết quả nghiên cứu về nhân giống Thông caribê còn rất hạn chế,
không giống các đối tượng cây rừng khác như Bạch đàn, Keo, Tếch,
Hông...những nghiên cứu trên cây thông nói chung và cây Thông caribê nói
riêng mới chỉ là bước đầu và mang tính chất thăm dò. Một số kết quả công bố
ở trên chỉ dừng lại ở việc khảo sát nhân nhanh trong điều kiện in vitro và chưa
có được một quy trình tái sinh hoàn chỉnh, tuy nhiên những kết quả này là cơ
sở ban đầu quan trọng cho các nghiên cứu tiếp theo về nhân giống loài cây
này bằng công nghệ nuôi cấy in vitro.
Tóm lại, nhiều công trình nghiên cứu đã đi sâu vào giải quyết các nội
dung cơ bản về nuôi cấy in vitro và sử dụng cây mô trong sản xuất. Các tác
giả đã chỉ ra một số môi trường nuôi cấy, tạo rễ…Những kết quả nghiên cứu
này làm cơ sở cho những nghiên cứu tiếp theo và được ứng dụng cho từng
loài. Đó cũng là những dẫn liệu và định hướng quan trọng cho đề tài này. Kết
quả nghiên cứu chủ yếu tập trung vào nuôi cấy phôi vô tính và tạo chồi trực
tiếp từ các cơ quan của cây mầm. Mặc dù các công trình nghiên cứu ở các
nước trên thế giới đã giải quyết nhiều vấn đề liên quan tới việc nuôi cấy in
vitro thông, nhưng ít có tác giả nào đề cập tới vấn đề tái sinh chồi Thông
caribê trực tiếp từ chồi non một cách đầy đủ và xây dựng quy trình cho loài
26
cây này. Do vậy, nghiên cứu nhân giống Thông caribê (Pinus caribaea
Morelet) bằng phương pháp nuôi cấy in vitro là bước đi cần thiết và rất
quan trọng để nhân nhanh giống tốt của Thông caribê.
27
Chương 2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Vật liệu
Thông qua các công trình đã công bố, đối với Thông caribê thì vật liệu nhân
giống có hiệu quả nhất là chồi cành, ngoài ra phôi hạt chín cũng là nguồn vật liệu
thường được sử dụng. Do đó, trong nghiên cứu này chúng tôi lựa chọn chồi cành
và hạt chín lấy từ cây Thông caribê trội 15 tuổi, có mã số 12, thu thập từ Đại Lải
do trung tâm khoa học sản xuất Lâm nghiệp Đông Bắc bộ cung cấp để làm vật
liệu nghiên cứu.
B
A
C
D
Hình 2.1: Vật liệu nghiên cứu được lấy từ cây Thông caribê trội 15 tuổi
A: Cây Thông caribê trội 15 tuổi để thu vật liệu nghiên cứu
B: Chồi cành và quả lấy từ cây Thông caribê trội 15 tuổi, có mã số 12
C: Hạt lấy từ cây Thông caribê trội 15 tuổi, có mã số 12
D: Chồi cành được lấy từ cây hom 3 tuổi giâm cành từ cây trội 12 tuổi,
có mã số 12.
28
2.2. Thiết bị và hoá chất
- Thiết bị: thí nghiệm sử dụng các thiết bị, máy móc của Phòng Công
nghệ tế bào thực vật - Viện Công nghệ sinh học - Viện KHCN Việt Nam và
PTN Giống và Công nghệ sinh học - Trường Đại học Lâm nghiệp, gồm: các
loại box cấy vô trùng, panh, kéo, dao cắt, đèn UV, cân phân tích, cân kỹ thuật,
tủ sấy, nồi khử trùng, máy nước cất một lần, hai lần, máy đo pH, máy khuấy
từ, dàn nuôi cấy và một số dụng cụ, thiết bị và máy móc khác của các hãng:
Nuaire, Wealtec, Amerex, AB, Hoirba, Hettech, Sartorius, Olympus,…
- Hoá chất: Môi trường sử dụng để nuôi cấy mô, tế bào cây Thông
caribê là môi trường M16 (Pullman và cộng sự, 2003), các hoá chất trong môi
trường M16 được thể hiện ở phần phụ lục; các loại vitamin (B1, B6, B12);
các chất điều hoà sinh trưởng: benzyl amino purine (BAP), kinetin (Kin),
indol- 3- butiric acid (IBA), naphthyl acetic acid (NAA) và gibberellic acid
(GA3)… được cung cấp bởi các hãng uy tín và chất lượng trên thế giới như
Sigma, Research oganic (Mỹ), Mark (Đức), Wako (Nhật).
2.3. Địa điểm thí nghiệm
Thí nghiệm được tiến hành tại Viện Công nghệ sinh học - Viện khoa học
và Công nghệ Việt Nam - 18 Hoàng Quốc Việt - Hà Nội và Trung tâm Giống
& Công nghệ sinh học - Viện Sinh thái rừng & Môi trường - Trường Đại học
Lâm nghiệp Việt Nam.
Các thí nghiệm được tiến hành trong điều kiện nhân tạo với các chế độ:
Thời gian chiếu sáng: 16h/ngày.
Cường độ chiếu sáng: 2000-3000 lux. Nhiệt độ phòng nuôi: 250C ± 20C.
29
2.4. Phương pháp nghiên cứu
2.4.1. Phương pháp bố trí thí nghiệm
2.4.1.1 Tạo mẫu Thông caribê sạch in vitro từ phôi hạt
Để nghiên cứu kỹ thuật tạo mẫu sạch in vitro, chúng tôi tiến hành
nghiên cứu ảnh hưởng thời gian của hoá chất khử trùng đến tỉ lệ mẫu sạch.
Với mục đích: đạt được tỉ lệ mẫu sạch cao nhất.
+ Thu mẫu và xử lý mẫu:
Hạt của quả chín thu hoạch được lấy từ cây Thông caribê trội 15 tuổi,
trồng tại Đại Lải - Vĩnh Phúc. Sau khi thu về, quả được tách lấy hạt và cho
vào bình thuỷ tinh rửa sạch bằng cách lắc mạnh với nước xà phòng loãng
trong 20 phút, tiếp theo rửa lại bằng nước máy nhiều lần. Mỗi công thức lặp 3
lần, dùng 150 hạt/1công thức
+ Hạt Thông caribê được khử trùng theo 3 công thức:
Công thức khử trùng 1: C2H5OH(70%) thời gian 3 phút + Javen (60%)
thời gian 10 phút
Công thức khử trùng 2: C2H5OH(70%) thời gian 3 phút + Javen (60%)
thời gian 15 phút
Công thức khử trùng 3: C2H5OH(70%) thời gian 3 phút + Javen (60%)
thời gian 20 phút
Hạt Thông caribê được khử trùng bằng cồn 70% trong thời gian 3 phút,
loại bỏ cồn, rửa sạch cồn bằng nước cất vô trùng 3 lần. Sau đó khử trùng tiếp
bằng Javen 60% bổ sung Tween 20 trong thời gian như các công thức trên rồi
loại bỏ Javen bằng nước cất vô trùng 5 lần, thấm khô hạt bằng giấy thấm vô
trùng sau đó đem tách bỏ lớp vỏ gỗ rồi mang khử trùng lần nữa và dùng panh,
dao, kéo vô trùng tách phôi hạt khỏi nội nhũ cho vào môi trường nuôi cấy M16.
Phôi sau khi khử trùng được cấy vào môi trường dinh dưỡng M16 có
bổ sung thêm 0,5mg/lNAA và 0,1mg/l GA3, 30g/l đường và 8g/l agar, để kích
thích hạt nảy mầm.
30
2.4.1.2. Tạo mẫu sạch Thông caribê in vitro từ chồi thực địa
- Thu mẫu và xử lý mẫu:
Chồi cành thông có chiều dài 4 - 5 cm được lấy ngoài thực địa mang về.
Sau khi thu về, sử dụng chổi rửa chuyên dụng, dùng nước xà phòng loãng để loại
bỏ sơ bộ nguồn nấm bệnh bám vào mẫu vật và cho vào bình thuỷ tinh rửa sạch
bằng cách lắc mạnh với nước xà phòng loãng trong 20 phút, tiếp theo rửa lại
bằng nước máy nhiều lần. Mỗi công thức lặp 3 lần, dùng 105 mẫu/1 công thức
- Chồi Thông caribê được khử trùng theo 3 công thức.
+ Công thức khử trùng 1: C2H5OH(70%) thời gian 3 phút +
HgCl2(0,05%) thời gian 8 phút.
+ Công thức khử trùng 2: C2H5OH(70%) thời gian 3 phút +
HgCl2(0,1%) thời gian 8 phút.
+ Công thức khử trùng 3: C2H5OH(70%) thời gian 3 phút +
HgCl2(0,2%) thời gian 8 phút.
Chồi cành Thông caribê được đưa vào tủ cấy vô trùng, rửa sạch bằng
nước cất vô trùng 3 lần, ngâm mẫu trong dung dịch cồn 70% trong thời gian 3
phút, loại bỏ cồn, rửa sạch cồn bằng nước cất vô trùng 3 lần. Sau đó khử trùng
tiếp bằng HgCl2 ở các nồng độ như trên trong thời gian 8 phút, rồi loại bỏ
HgCl2, rửa bằng nước cất vô trùng 5 lần, sau đó đem cắt bớt 2/3 chiều dài của
lá, cắt mẫu cấy có chiều dài 2 cm và cho vào môi trường nuôi cấy ½ M16.
Chồi cành sau khi khử trùng được cấy vào môi trường dinh dưỡng M16 có bổ
sung thêm 30g/l đường và 8g/l agar, pH = 5,8.
- Kích thích nảy chồi. Các mẫu sạch tạo được sau 4 tuần mang cấy
chuyển sang môi trường mới để kích thích mẫu nảy chồi. Thành phần môi
trường nuôi cấy: M16 + vitamin (B5) + 30g/l sucrose + 8g/l agar bổ sung
thêm 0,1mg/l GA3 [18], [21].
31
2.4.1.3. Tạo đa chồi Thông caribê từ đỉnh chồi cây mầm
Đỉnh chồi cây mầm được cắt ngắn có kích thước khoảng 0,5 cm, đặt lên
môi trường nuôi cấy (P1-4) với thành phần môi trường là M16 + vitamin (B5)
+ 30g/l sucrose + 8g/l agar + BAP, pH = 5,8. Mỗi công thức lặp 3 lần với
tổng số mẫu bố trí 90 mẫu/1 công thức. Trong đó nồng độ BAP thay đổi theo
bảng 2.1 sau:
Bảng 2.1. Công thức bố trí thí nghiệm tạo đa chồi từ đỉnh chồi cây mầm
Công thức thí nghiệm Công thức môi trường
M16 + 0 mg/l BAP ĐC
M16 + 7 mg/l BAP P1
M16 + 8 mg/l BAP P2
M16 + 9 mg/l BAP P3
M16 + 10 mg/l BAP P4
2.4.1.4. Tạo đa chồi Thông caribê từ đoạn thân cây mầm
Đoạn thân cây mầm được cắt ngắn có kích thước khoảng 0,5 cm, đặt lên
môi trường nuôi cấy (P4-8) với thành phần môi trường là M16 + vitamin (B5) +
30g/l sucrose + 8g/l agar + BAP, pH=5,8. Trong đó nồng độ BAP thay đổi theo
bảng 2.2. Mỗi công thức được lặp 3 lần với tổng số 90 mẫu/1 công thức.
Bảng 2.2. Công thức thí nghiệm tạo đa chồi từ đoạn thân cây mầm
Công thức thí nghiệm Công thức môi trường
M16 + 0 mg/l BAP Đ/C
M16 + 2 mg/l BAP P5
M16 + 4 mg/l BAP P6
M16 + 6 mg/l BAP P7
M16 + 7,5 mg/l BAP P8
Sau 6 tuần nuôi cấy, xác định tỉ lệ mẫu tạo đa chồi, số chồi/mẫu, đánh
giá chất lượng chồi trên các công thức thí nghiệm.
32
2.4.1.5. Nhân nhanh Thông caribê từ đoạn thân cây mầm
Thân cây mầm Thông caribê được cắt thành các đoạn nhỏ có chiều dài
từ 0,3 - 1cm. Cấy các đoạn thân mầm lên môi trường tạo đa chồi tốt nhất
nghiên cứu ở mục trên, kích thước các đoạn thân được thay đổi theo bảng 2.3.
Bảng 2.3. Công thức bố trí thí nghiệm thay đổi
theo kích thước trên môi trường P6
Công thức thí nghiệm Kích thước các đoạn thân
0,3 cm P6
0,5 cm P6
0,7 cm P6
1,0 cm P6
2.4.1.6. Thử nghiệm tạo rễ in vitro cây Thông caribê
Sau khi các chồi Thông caribê sinh trưởng tốt trên môi trường thí
nghiệm, đủ tiêu chuẩn, chiều cao và độ mập của chồi... cây in vitro có kích
thước từ 1,5 cm trở lên được cắt và cấy lên môi trường tạo rễ SR: ½ M16 +
30g/l sucrose + 9g/l agar; bổ sung các nồng độ khác nhau của IBA như bảng
2.4.
Bảng 2.4. Công thức thí nghiệm tạo đa chồi từ đoạn thân cây mầm
Công thức thí nghiệm Công thức môi trường
M16 + 0 mg/l IBA Đ/C
M16 + 0,5 mg/l IBA PR1
M16 + 1,0 mg/l IBA PR2
M16 + 1,5 mg/l IBA PR3
M16 + 2,0 mg/l IBA PR4
33
2.4.2. Phương pháp thu thập, xử lý đánh giá kết quả
Các chỉ tiêu theo dõi:
Tổng số mẫu bị nhiễm
X 100 (%
Tỉ lệ mẫu nhiễm =
Tổng số mẫu nuôi cấy
Tỉ lệ mẫu nhiễm
Tổng số mẫu sạch tạo được
X 100 (%)
Tổng số mẫu nuôi cấy
Tỉ lệ mẫu sạch
Tỉ lệ mẫu sạch = Tỉ lệ mẫu nảy mầm
Tổng số mẫu nảy mầm
X 100 (%)
Tỉ lệ mẫu nảy mầm =
Tổng số mẫu nuôi cấy
Tổng số chồi
X 100 (%)
Số chồi TB/mẫu =
Tổng số mẫu nuôi cấy
Số chồi trung bình/mẫu
n
i
X
Tổng số mẫu tạo chồi Tỉ lệ mẫu tạo đa chồi = X 100 (%) Tổng số mẫu nuôi cấy
X n
0
Trung bình mẫu
x
Q x ( n
)1
n
Q
(
x
2)
x
x i
Sai tiêu chuẩn mẫu S
Trong đó:
i
1
xi là giá trị quan sát thứ i
Khoảng sai dị đảm bảo (tối thiểu) (Least Significant Diference)
LSD = Sed.t05(k)
Trong đó Sed là sai tiêu chuẩn của các trung bình mẫu
t05 (k) giá trị tra bảng ở mức xác suất có ý nghĩa 5% với bậc tự do k
34
Trong bảng phân tích phương sai Sig: là xác xuất của tiêu chuẩn F để
kiểm tra giả thuyết H0
Nếu Sig > 0,05: không có sự sai khác giữa các mẫu so sánh
Nếu Sig < 0,05: giữa các mẫu so sánh có sự sai khác.
Sau đó kết quả được thể hiện bằng các biểu phù hợp và sử dụng phần
mềm Excel và SPSS 15.0 để xử lý số liệu. Các bước tiến hành nghiên cứu
trong luận văn được mô phỏng theo sơ đồ 01.
Cây trội Thông caribê
Chồi cành Hạt
Khử trùng Javen
Khử trùng HgCl2
Tạo cây con
Nhân nhanh chồi
Nhân nhanh chồi
Kéo dài chồi Tạo rễ
Sơ đồ 01. Sơ đồ thí nghiệm nhân giống in vitro cây Thông caribê
35
Chương 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
3.1. Tạo nguyên liệu nuôi cấy in vitro cây Thông caribê
3.1.1. Tạo nguồn mẫu sạch từ phôi hạt
Đây là giai đoạn đầu tiên, có vai trò quan trọng nhằm cung cấp nguyên liệu sạch cho các giai đoạn tiếp theo của quá trình nhân giống in vitro. Yêu cầu của giai đoạn này là tỉ lệ phôi hạt nẩy mầm cao và tỉ lệ mẫu sạch cao. Để đáp ứng được yêu cầu trên thì các mẫu phôi hạt lấy từ ngoài môi trường tự nhiên cần được làm sạch nguồn vi sinh vật trước khi đưa chúng vào môi trường nuôi cấy.
Tạo được mẫu sạch là yếu tố đầu tiên quyết định đến sự thành bại của quá trình nhân giống. Là công việc rất khó: cần thực hiện thao tác nhanh, khéo léo, cẩn thận, tỉ mỉ, chính xác… nhằm huỷ diệt tuyệt đối các vi sinh vật (nấm, vi khuẩn…) bằng các hoá chất, nhưng vẫn phải giữ được sức sống cho mẫu cấy.
Trong nuôi cấy in vitro, người ta thường sử dụng các loại hoá chất như: HgCl2, Ca(OCl2)2 và NaOCl để khử trùng mẫu cấy tuỳ từng loài cây nuôi cấy mà sử dụng các loại hoá chất với nồng độ và thời gian khử trùng khác nhau nhằm đem lại hiệu quả cao nhất. Hạt Thông caribê khi lấy về được tách bỏ lớp vỏ gỗ bên ngoài và mang khử trùng bằng Javen (60%), chúng tôi dùng Javen ở nồng độ 60% so với lượng Javen trong chai của công ty hoá chất Lâm Thao sản xuất. Kết quả này được kế thừa từ tài liệu đã công bố của Nguyễn Văn Phong và cộng sự, năm 2009, dùng Javen trong khử trùng hạt cây Cọc dào [20] và trong phương pháp khử trùng hạt Thông nhựa của Đỗ Tiến Phát [18], Javen ở nồng độ này phù hợp cho khử trùng hạt, ít làm phôi hạt bị chết nhưng vẫn đảm bảo được khả năng diệt nguồn nấm bệnh của hạt mang từ bên ngoài vào với thời gian khử trùng như trình bày ở phần phương pháp (mục 2.4.1) rồi tách phôi cấy trên môi trường nuôi cấy M16 có các phần dinh dưỡng như trong phần phụ lục và bổ sung các hoá chất như mục 2.4.1.
Để tìm hiểu ảnh hưởng của Javen ở các thời gian khử trùng khác nhau đến mẫu cấy phôi hạt Thông caribê, tìm ra công thức khử trùng tốt nhất, thí nghiệm được tiến hành như mục 2.4.1.1 và thu được kết quả như bảng 3.1.
36
Kết quả nghiên cứu thu được cho thấy chất khử trùng Javen (60%) với thời gian khử trùng khác nhau đã đem lại hiệu quả khác nhau về các chỉ tiêu: tỉ lệ mẫu nhiễm; tỉ lệ mẫu sạch; tỉ lệ mẫu nẩy mầm.
Bảng 3.1. Tác dụng của Javen (60%) ở các thời gian khác nhau đến kết quả tạo mẫu sạch từ hạt
Số mẫu khử trùng (mẫu) Tỉ lệ mẫu sạch (%) Tỉ lệ mẫu phôi nảy mầm (%) Tỉ lệ mẫu nhiễm (%) Thời gian khử trùng (phút)
10 150 81,3 78,0 18,7
15 150 96,0 82,7 4,0
20 150 96,7 73,3 3,3
T
ỉ l ệ (
%
)
Thời gian (phút)
Qua bảng trên ta thấy: Sử dụng Javen 60% cho thấy khi thời gian khử trùng tăng lên mẫu nhiễm giảm nhưng mẫu chết tăng. Cụ thể tương ứng với các thời gian khử trùng 10 phút, 15 phút, 20 phút có các tỉ lệ mẫu nhiễm là 18,7%, 4%, 3,3% còn tỉ lệ mẫu chết là 3,3%, 13,3% và 23,4%. Đồng thời khả năng nẩy mầm của phôi cũng chịu ảnh hưởng của thời gian khử trùng. Khi thời gian khử trùng tăng lên khả năng nảy mầm của phôi giảm. Dung dịch Javen 60% không những diệt nấm, vi khuẩn mà còn ảnh hưởng trực tiếp tới khả năng nảy mầm của phôi.
Biểu đồ 3.1. Tác dụng của Javen (60%) tới tỉ lệ tạo mẫu sạch và nảy mầm của phôi hạt
37
Biểu đồ 3.1 cho thấy khử trùng bằng dung dịch Javen 60% với thời
gian 15 phút và 20 phút có tỉ lệ mẫu sạch khác nhau không đáng kể, nhưng
khử trùng trong 15 phút tỉ lệ mẫu nảy mầm cao hơn so với thời gian khử trùng
20 phút, với tỉ lệ tương ứng là: mẫu sạch 96% và 96,7%; mẫu nảy mầm
82,7% và 73,3%. Còn đối với thời gian khử trùng 10 phút thì tỉ lệ mẫu sạch
thu được tương đối cao (81,3%), nhưng có tỉ lệ mẫu nhiễm cao (18,7%). Vì
vậy, trong ba công thức khử trùng tạo mẫu sạch in vitro từ phôi hạt Thông
caribê, công thức khử trùng dùng Javen 60% với thời gian 15 phút là tốt nhất,
chất lượng thân mầm tốt đáp ứng đủ tiêu chuẩn cho các bước nghiên cứu tiếp
B: Phôi hạt Thông caribê
A: Hạt Thông caribê đã được bỏ lớp vỏ cứng bên ngoài
C: Phôi hạt chín nảy mầm sau 2 tuần nuôi cấy
D: Cây in vitro sinh trưởng tốt sau 6 tuần nuôi cấy
theo (hình 3.1 - D), với tỉ lệ mẫu sạch 96% và tỉ lệ nảy mầm 82,7%.
Hình 3.1. Nguồn mẫu sạch tạo được từ phôi hạt
A
B
38
3.1.2. Tạo nguồn mẫu sạch từ chồi cành
Tạo nguồn mẫu sạch in vitro từ chồi cành là công đoạn khá phức tạp,
khó khăn hơn so với tạo mẫu sạch từ phôi hạt nhưng nếu tạo được nguồn mẫu
sạch từ chồi cành của những cây trội sẽ có ý nghĩa hơn so với tạo nguồn mẫu
sạch từ phôi hạt trong quy trình kỹ thuật nhân giống in vitro. Vì các cây con
được tạo ra từ chồi cành lấy từ cây trội nên sẽ có phẩm chất di truyền tốt như
cây mẹ, cây sinh trưởng, phát triển đồng đều trong cùng một điều kiện sinh
thái gây trồng. Còn nhân giống in vitro từ nguồn mẫu ban đầu là phôi hạt sẽ
không mang lại hiệu quả cao. Tuy nhiên, đối với những loài cây nguồn hạt
giống không dồi dào, tỉ lệ hạt nảy mầm thấp, việc tạo mẫu sạch từ chồi gặp
nhiều khó khăn thì phương thức tạo mẫu sạch từ phôi hạt cũng có ý nghĩa. Để
xây dựng thành công một quy trình nhân giống in vitro cho một loài cây nào
đó, cần thiết phải tạo được một lượng mẫu sạch đáng kể để tiến hành thiết kế
các thí nghiệm. Vì vậy, để nhanh chóng đạt được thành công, người ta thường
tạo nguồn mẫu sạch tạm thời từ phôi hạt để nhằm tối ưu hoá quy trình.
Để tạo mẫu sạch từ chồi cành Thông caribê, khi mang chồi cành từ cây
hom Thông caribê 3 tuổi, được nhân giống từ cây trội có mã số 12 tại Đại Lải
- Vĩnh Phúc, đựng vào hộp giữ ẩm sau đó được thao tác và khử trùng như
trình bày ở mục 2.4.1.2. Sau 5 tháng theo dõi, thống kê và xử lý số liệu, kết
quả thu được trình bày như ở bảng 3.2.
39
Bảng 3.2. Tác dụng HgCl2 ở các nồng độ khác nhau đến kết quả tạo mẫu
sạch từ chồi thực địa
Số mẫu khử trùng (mẫu) Tỉ lệ mẫu sạch (%) Tỉ lệ mẫu chết (%) Tỉ lệ mẫu nhiễm (%)
Nồng độ khử trùng (%)
105 48,6 5,3 51,4 0,05
105 68,6 11,3 31,4 0,1
105 71,4 14,7 28,6 0,2
Qua bảng 3.2 cho thấy: ở thời gian 8 phút khử trùng, sử dụng HgCl2 ở
các nồng độ khử trùng tăng, tỉ lệ mẫu nhiễm giảm và tỉ lệ mẫu chết tăng rõ rệt.
Tương ứng ở các nồng độ 0,05%, 0,1% và 0,2%, tỉ lệ mẫu nhiễm lần lượt là
51,4%, 31,4% và 28,6%. Đồng thời, thời gian khử trùng cũng ảnh hưởng trực
T
ỉ l ệ (
%
)
Nồng độ HgCl2 (%)
tiếp tới khả năng nảy mầm của chồi, được thể hiện trực quan qua biểu đồ 3.2.
Biểu đồ 3.2. Tác dụng HgCl2 tới tỉ lệ tạo mẫu sạch từ chồi cành
Biểu đồ 3.2 cho thấy với nồng độ khử trùng 0,2% tỉ lệ mẫu sạch tạo ra
trong thời gian khử trùng 8 phút là 71,4% nhưng tỉ lệ chết cao là 14,7%.
Nguyên nhân do HgCl2 là một chất cực độc đối với mọi tế bào sống, ở nồng
độ cao, muối HgCl2 có thể ngấm nhanh vào trong tế bào, gây độc làm cho tế
40
bào mẫu chồi bị chết hoặc mất khả năng nảy chồi. Mặc dù vậy, nhưng tỉ lệ
mẫu chết này thấp hơn rất nhiều so với công thức khử trùng tốt nhất H2O2 5%
trong 20 phút là 10,1% (Phạm Thi Kim Thanh, 2007) [23], đây là thành công
mới của luận văn.
Từ hiệu quả khử trùng chồi bằng HgCl2 ở các nồng độ khác nhau, nhận
thấy sử dụng HgCl2 nồng độ 0,1% có hiệu quả cao hơn so với sử dụng ở các
nồng độ 0,05% và 0,2%. Với nồng độ khử trùng 0,1% cho tỉ lệ mẫu sạch
(68,6%) có khả năng nẩy mầm tốt (hình 3.2-B), mẫu có triển vọng nảy chồi
mới cao hơn các nồng độ khác. Đây là nguồn vật liệu rất tốt, đầy ý nghĩa
trong nuôi cấy in vitro để sau này ứng dụng công thức tối ưu của bước nghiên
cứu sau, nhằm nhân nhanh nguồn vật liệu này lên.
B
A
Hình 3.2. Tạo mẫu sạch từ chồi cành
A: Chồi ngọn từ thực địa
B: Mẫu sạch tạo được từ chồi ngọn
3.2. Nghiên cứu tạo đa chồi trong điều kiện in vitro
Kết quả tạo mẫu sạch từ chồi cành sau 6 tháng mới bắt đầu xuất hiện nảy
chồi, các chồi này phát triển tốt nhưng sinh trưởng chậm. Trong giới hạn thời
gian của luận văn không cho phép nên chúng tôi chưa sử dụng nguồn chồi mới
này cho các nghiên cứu tiếp, nhưng kết quả nghiên cứu vẫn đang được theo
dõi, ở đây chúng tôi dùng nguồn cây mầm nảy từ phôi hạt để nghiên cứu tìm
41
công thức môi trường phù hợp nhất cho tạo đa chồi, sau đó tiếp tục kiểm
nghiệm lại nguồn chồi tái sinh từ chồi càch trên công thức môi trường tốt nhất
đó.
3.2.1. Tác dụng của BAP đến khả năng cảm ứng tạo đa chồi từ đỉnh
chồi cây mầm in vitro
Trong nhân giống in vitro, môi trường nuôi cấy là nguồn cung cấp các
chất dinh dưỡng cần thiết cho cây trong cả quá trình. Do các mẫu vật khi bị
tách rời khỏi cây mẹ không còn khả năng tự dưỡng, nếu không tiếp tục cung
cấp chất dinh dưỡng thì chúng sẽ bị chết. Để tồn tại, phân hoá và tiếp tục phát
triển trong điều kiện in vitro, chúng cần được cung cấp đầy đủ các chất dinh
dưỡng cần thiết và phù hợp cho sự sống của mô. Khả năng tái sinh và phát
triển của chồi trong quá trình nuôi cấy in vitro là nhân tố quan trọng quyết
định sự thành bại và tốc độ của việc ứng dụng quy trình nhân giống in vitro
cho một đối tượng cụ thể, tuy nhiên khả năng này không những phụ thuộc vào
từng loài, từng dòng và giai đoạn tuổi của từng đối tượng cụ thể mà còn phụ
thuộc vào môi trường nuôi cấy thích hợp.
Hệ số nhân chồi của cây Thông caribê trong quá trình nuôi cấy in vitro
phụ thuộc nhiều vào môi trường nuôi cấy, hàm lượng khoáng, các chất điều
hoà sinh trưởng… Các nghiên cứu giai đoạn này nhằm tìm ra được môi
trường thích hợp nhất cho quá trình nhân chồi. Đây là giai đoạn quyết định
hiệu quả của kỹ thuật nhân giống. Giai đoạn này, các thử nghiệm được tiến
hành để xác định được ảnh hưởng của môi trường dinh dưỡng khoáng, tác
dụng của chất điều hoà sinh trưởng lên quá trình nhân chồi thông in vitro.
Các chất điều hoà sinh trưởng có vai trò quan trọng gây ảnh hưởng
chọn lọc đến các gen, kích thích sự phát sinh hình thái và phân hoá theo
những hướng khác nhau của các tế bào trong nuôi cấy in vitro [47]. BAP là
chất điều hoà sinh trưởng có ảnh hưởng đến cảm ứng tạo mô sẹo, phôi soma
của cây Thông caribê.
42
BAP là chất điều hoà sinh trưởng tổng hợp nhân tạo thuộc nhóm
cytokinin, có tác dụng tích cực trong việc kích thích phân chia tế bào, kéo dài
thời gian hoạt động của mô phân sinh và làm hạn chế sự hoá già của tế bào.
Trong nuôi cấy mô tế bào thực vật, BAP có vai trò rất quan trọng trong việc
kích thích mạnh mẽ sự hình thành các chồi non, quyết định hệ số nhân và chất
lượng chồi. Theo báo cáo của Joarder và cộng sự (1993), BAP thuộc nhóm
cytokinin rất tốt cho việc phát sinh chồi cây neem (Azadirachta indica Juss.
Meliaceae). BAP tốt hơn các cytokinin khác trong việc cảm ứng phát sinh
chồi ở cây gỗ [46], [51].
Phôi hạt sau khi nuôi cấy 8 tuần trên môi trường M16 phát triển thành cây
mầm (hình 3.1 - D) . Các đỉnh chồi cây mầm được cắt với kích thước 0,5 cm cấy
trên các công thức môi trường cảm ứng tạo đa chồi từ P1, P2, P3 và P4 với các chất
hoá học trong môi trường như trình bày ở mục 2.4.1.3. Sau đó chúng tôi tiến hành
quan sát, đánh giá, thu thập và xử lý số liệu. Kết quả thu được trình bày như ở
bảng 3.3.
Bảng 3.3: Tác dụng của BAP đến khả năng tạo đa chồi
từ đỉnh chồi cây mầm
Công thức Số mẫu cấy (mẫu) Tỉ lệ tạo đa chồi (%) Nồng độ (mg/l) Số chồi TB/mẫu (chồi)
ĐC 0 90 0,0 1,2 ± 0,40
7 90 77,8 3,8 ± 0,40
8 6,5 ± 0,33 86,7 90
5,7 ± 0,51 83,3 90 9
4,3 ± 0,40 78,9 90 10
P1 P2 P3 P4 Kết quả từ bảng trên cho thấy: việc bổ sung vào môi trường nuôi cấy
chất điều hoà sinh trưởng BAP đã thể hiện rõ hiệu quả cảm ứng tạo đa chồi. Ở
công thức môi trường đối chứng không bổ sung chất điều hoà sinh trưởng, có
43
hệ số nhân chồi thấp nhất là 1,2 lần, còn trên các công thức môi trường có bổ
sung chất điều hoà sinh trưởng đã cho kết quả cảm ứng tạo đa chồi với các tỉ
lệ và tính chất chồi khác nhau. Ở các công thức thí nghiệm với cùng một loại
chất điều hoà sinh trưởng nhưng có nồng độ và tỉ lệ các chất khác nhau cũng
T
ỉ l ệ (
%
)
Nồng độ BAP (mg/l)
cho kết quả tạo đa chồi khác nhau.
Biểu đồ 3.3. Tác dụng của BAP tới tỉ lệ tạo đa chồi và số chồi TB/mẫu
Từ bảng 3.3 và biểu đồ 3.3, ta thấy trên các môi trường bổ sung BAP ở
nồng độ 9 mg/l và 10 mg/l tương ứng với các công thức P3, P4 có tỉ lệ mẫu
hình thành đa chồi khá cao, tương ứng là 83,3% và 78,9%. Song nhìn chung
chất lượng chồi không đồng đều, hiện tượng mô sẹo hoá xảy ra mạnh nên hệ
số chồi tái sinh được có xu hướng giảm dần (5,7 ± 0,51; 4,3 ± 0,40). Sự phát
triển của chồi ở công thức môi trường P4 bổ sung 10 mg/l BAP có tỉ lệ mẫu
tạo chồi khá cao song lại có xu hướng tái sinh chồi nách và chồi phụ mạnh,
tạo nhiều chồi nhỏ bao quanh thân chồi đỉnh, khiến cho sự phát triển của chồi
theo hướng kéo dài chồi bị hạn chế và có hệ số nhân chồi là 4.3 ± 0,4 lần
44
Mặt khác, ở công thức này hiện tượng thuỷ tinh hoá diễn ra khá mạnh,
hình thành khá nhiều mô sẹo xốp, gây ảnh hưởng lớn đến sự hình thành chồi
và chất lượng chồi (chồi phát sinh yếu ớt, không đồng đều và không có ý
nghĩa) và có xuất hiện mẫu thí nghiệm bị chết, có thể nồng độ BAP cao không
phù hợp với sự phát triển của đỉnh chồi. Khi đó ở công thức đối chứng (ĐC)
nhanh thích ứng với môi trường mới, chồi xanh nhưng hầu như không có
phân hoá tạo chồi mới, được thể hiện qua hình 3.3-A. Ở công thức P2 có bổ
sung 8 mg/l BAP có tỉ lệ mẫu tạo đa chồi cao nhất (86,7%) và hệ số nhân chồi
cao nhất 6,5 lần (hình 3.3-B ), mẫu không bị chết.
Kết quả kiểm tra phân tích phương sai trong SPSS, cho thấy xác suất
Ftính < 0,05 (phụ lục) nghĩa là nồng độ BAP ảnh hưởng rõ rệt tới kết quả thí
nghiệm. Từ đây, lần nữa khẳng định được công thức P2 cho kết quả tạo đa
chồi tốt nhất, với hệ số nhân là: 6,5 ± 0,33 lần.
B A
Hình 3.3. Tạo đa chồi từ đỉnh chồi cây mầm
A: Cụm chồi tạo được trên môi trường P1
B: Cụm chồi tạo được trên môi trường P2
45
3.2.2. Tác dụng của BAP đến khả năng cảm ứng tạo đa chồi từ đoạn
thân cây in vitro
Để nghiên cứu khả năng cảm ứng đa chồi từ đoạn thân mầm, chúng tôi
tiến hành bố trí các công thức thí nghiệm như đối với cảm ứng đa chồi từ đỉnh
chồi, với chất điều hoà sinh trưởng BAP ở các nồng độ khác nhau.
Các đoạn thân mầm được cắt thành các đoạn nhỏ với kích thước 0,5 cm
và đặt lên môi trường cảm ứng tái sinh chồi với chất điều hoà sinh trưởng
BAP ở các nồng độ khác nhau. Sau 6 tuần nuôi cấy, quan sát, thu thập và xử
lý số liệu, kết quả thu được ghi ở bảng 3.4.
Bảng 3.4. Tác dụng của BAP đến khả năng tạo đa chồi
từ đoạn thân cây mầm
Công thức Nồng độ Số mẫu cấy Tỉ lệ tạo đa Số chồi
thí nghiệm (mg/l) (mẫu) chồi (%) TB/mẫu
(chồi)
ĐC 0 90 1,2 ± 0,02 0,0
P5 2 90 3,9 ± 0,04 77,8
P6 4 90 5,2 ± 0,05 88,9
P7 6 90 4,6 ± 0,04 78,9
P8 7,5 90 3,4 ± 0,06 76,7
Khác với đỉnh chồi, đoạn thân mầm Thông caribê cảm ứng với BAP
chậm hơn. Sau 2 tuần đầu nuôi cấy, đa số các đoạn thân mầm cảm ứng mô
sẹo hoá rất mạnh, sau đó hình thành chồi, số lượng chồi tạo ra cao. Sau 6 tuần
nuôi cấy, quan sát thấy hầu hết các mô sẹo hình thành chồi trên các công thức
môi trường thí nghiệm từ P5 đến P8 với tỉ lệ mẫu tạo đa chồi từ 76,7 – 88,9%,
còn ngược lại ở công thức đối chứng (không bổ sung chất điều hoà sinh
trưởng), tỉ lệ mẫu tạo đa chồi 0%. Ở các công thức môi trường P7 và P8 có
một số mẫu cấy bị chết nhiều các mô mới hình thành, nguyên nhân là khi
đoạn thân mầm non, cảm ứng với nồng độ BAP cao nên đã bị chết. Màu xanh
46
chồi nhạt hơn, do bị kích thích chồi quá mạnh, và số chồi hình thành mới có
xu hướng giảm dần.
Kết quả ở bảng 3.4 cũng cho thấy rằng, đối với đoạn thân mầm khi nuôi
cấy trên môi trường không có chất điều hoà sinh trưởng ít có khả năng tái sinh
chồi, với tỉ lệ rất thấp 1,2 lần. Khi sử dụng đơn lẻ BAP từ nồng độ 2 mg/l đến
8 mg/l cho tạo đa chồi từ thân mầm kết quả cho thấy ở nồng độ 4 mg/l có tỉ lệ
tái sinh chồi đạt 5,2 ± 0,05 lần cao hơn so với các nồng độ khác. Đối với
nghiên cứu gần đây nhất về Thông caribê đã công bố thì tỉ lệ nhân chồi là 1,7
lần trên môi trường ¼ MCM bổ sung 0,5 mg/l BAP (Phạm Thị Kim Thanh,
2007), cho thấy tỉ lệ tái sinh chồi của luận văn này cao hơn 3,5 lần. Điều này
chứng tỏ rằng BAP ở nồng độ 4m/l phù hợp với tạo đa chồi đoạn thân cây
mầm Thông caribê. Kết quả này dùng toán thống kê để kiểm tra như trong
phụ biểu, với xác suất của Ftính < 0,05 cho thấy các công thức nghiên cứu có
T
ỉ l ệ (
%
)
Nồng độ BAP (mg/l)
sự sai khác rõ rệt với 3 lần lặp, kết quả thí nghiệm đảm bảo độ tin cậy 95%.
Biểu đồ 3.4. Tác dụng của BAP tới tỉ lệ tạo đa chồi và số chồi
TB/mẫu từ đoạn thân mầm
So sánh kết quả cảm ứng tạo đa chồi từ đoạn thân mầm và chồi đỉnh cây mầm cho thấy: Ở các công thức môi trường không có chất điều hoà sinh trưởng của đỉnh chồi và đoạn thân mầm đều không có khả năng tạo đa chồi,
47
(tỉ lệ mẫu tạo được đa chồi 0,0%). Nhưng ngược lại, trong các công thức môi trường có bổ sung chất điều hoà sinh trưởng BAP, tỉ lệ tái sinh chồi từ các đoạn thân mầm thấp hơn so với tạo đa chồi từ đỉnh chồi cây mầm.
Thực tế khi nghiên cứu cho thấy, sau khoảng 4 tuần nuôi cấy trong môi trường cảm ứng tạo đa chồi, các đỉnh chồi cây mầm hầu hết đã tạo đa chồi, còn các đoạn thân mầm ở công thức có nồng độ BAP cao 7,5 mg/l các mô sẹo chưa tạo chồi, chỉ có lác đác một số ít có chồi đơn. Mặt khác, đa số các đoạn thân mầm đều tạo mô sẹo có màu nâu vàng, hoặc tạo mô sẹo xốp có màu trắng không có khả năng hình thành chồi (hình 3.4-A).
Như vậy, trong môi trường có các chất điều hoà sinh trưởng, Môi trường P6 có khả năng cảm ứng tạo đa chồi và có tỉ lệ tạo chồi cao hơn so với khả năng tạo đa chồi từ các công thức nghiên cứu. Công thức môi trường P6: M16 + vitamin (B5) + 4mg/l BAP + 30 g/l sucrose + 8 g/l agar, là môi trường thích hợp nhất cho việc cảm ứng tạo đa chồi cây mầm Thông caribê in vitro (hình 3.4-B).
P6
P5
P7
P8
B ĐC A
Hình 3.4. Tác dụng của BAP tới tạo đa chồi từ đoạn thân cây mầm
A: Đoạn thân cây mầm (0,5 cm) cấy trên các công thức môi trường sau 4 tuần
B: Đoạn thân cây mầm (0,5 cm) cấy trên môi trường P6 sau 6 tuần nuôi cấy
3.2.3. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của kích thước đoạn thân cây in
vitro Thông caribê tới việc tạo đa chồi
48
Nhân nhanh chồi là bước quyết định hiệu quả của cả quá trình nhân
giống. Do đây là bước tạo ra số lượng lớn nguồn vật liệu in vitro để tạo cây
con hoàn chỉnh. Sau khi nghiên cứu tìm ra được công thức môi trường tạo đa
chồi tốt nhất phần trên (P6), để tối ưu hoá quy trình tạo đa chồi. Chúng tôi tiến hành nghiên ảnh hưởng của kích thước đoạn thân ở các kích thước: 0,3; 0,5;
0,7 và 1,0 (cm). Sau 6 tuần nuôi cấy dưới dàn đèn, chúng tôi tiến hành thu
thập và phân tích số liệu kết quả thu được trình bày như ở bảng 3.5.
Bảng 3.5. Ảnh hưởng của kích thước đoạn thân đến hệ số nhân chồi
Kích thước đoạn thân mầm (cm) Số mẫu cấy (mẫu) Tỉ lệ mẫu tạo đa chồi (%) Số chồi TB/mẫu (lần)
0,3 0,5 0,7 90 90 90 75,6 88,9 88,9 3,0 ± 0,04 5,5 ± 0,06 6,1 ± 05
1,0 90 90,0 7,2 ± 0,06
Đây là bước nghiên cứu tối ưu hoá kỹ thuật nuôi cấy in vitro Thông
caribê, qua các công trình trong và ngoài nước đã công bố, chúng tôi chưa
thấy tác giả nào đề cập đến công đoạn này, ở nước ta các công trình nghiên
cứu của Trần Trung Hiếu và cộng sự [7], Phạm Thị Kim Thanh và Huỳnh
Đức Nhân [23] đều không đưa ra cụ thể kích thước đoạn chồi và thân cây
Thông in vitro trong các thí nghiệm của mình. Kích thước đoạn thân cây in
vitro ảnh hưởng rất lớn đến kết quả thí nghiệm như: hệ số nhân chồi, tỉ lệ tạo
đa chồi… khi nghiên cứu kích thước đoạn thân sẽ giúp người sản xuất cây
giống in vitro tạo được số lượng nhiều cây mô hơn trong cùng một thời gian
cấy chuyển, từ đây mang lại năng suất lao động của những người sản xuất cây
mô cao hơn.
Từ kết quả số liệu ở bảng trên cho chúng ta thấy: ở tất cả các công thức
đều cho hệ số nhân và tỉ lệ mẫu tạo đa chồi tăng dần, tỉ lệ thuận với kích
thước đoạn thân mầm tăng lên, kích thước mẫu cấy từ 0,3; 0,5; 0,7 và 1,0
(cm) có hệ số nhân tương ứng là 3,3 lần; 5,5 lần; 6,1 lần; 7,2 lần với tỉ lệ mẫu
tạo đa chồi cao tương ứng là 75,6; 88,9; 88,9; 90%. Độ dài đoạn thân 0,5 cm
49
có hệ số nhân gấp 1,5 lần đoạn thân 0,3 cm, khi đó độ dài đoạn thân lớn hơn
1,7 lần. Vì vậy, hiệu quả sử dụng kích thước đoạn 0,5 cm có hệ số nhân chồi
cao hơn kích thước đoạn thân mầm 0,3 cm. Đối với các đoạn có kích thước
0,7 cm và 1,0 cm có độ dài lớn hơn 0,5 cm tương ứng là 1,4 lần; 2 lần nhưng
lại có hệ số nhân chồi lớn hơn là 1,1 lần và 1,3 lần. Điều này chứng minh cho
ta thấy là sử dụng đoạn 0,5 cm (hình 3.5-B) dùng để nhân nhanh là tốt nhất,
hơn thế nữa khi sử dụng đoạn 0,5 cm dễ làm, thao tác nhanh…làm rút ngắn
được thời gian cắt mẫu mà hiệu quả nhân chồi lại cao nhất, bên cạnh đó tỉ lệ
tạo đa chồi biến động không lớn. Nhằm tăng độ tin cậy của kết quả nghiên
cứu, chúng tôi tiến hành phân tích phương sai như trong phụ biểu, với xác
suất của Ftính < 0,05 cho thấy các công thức nghiên cứu có sự sai khác rõ rệt với 3 lần lặp, kết quả thí nghiệm đảm bảo độ tin cậy 95%. Điều này được thể
H ệ s ố n h â n c h ồ i
Kích thước đoạn thân mầm (cm)
hiện trực quan hơn qua biểu đồ dưới đây.
Biểu đồ 3.5. Ảnh hưởng kích thước đoạn thân mầm tới số chồi TB/mẫu
50
B
A
Hình 3.5. Tạo đa chồi từ kích thước thân cây mầm trên môi trường P6
A: Kích thước 0, 3 cm B: Kích thước 0,5 cm
3.3. Kết quả tạo rễ in vitro cây Thông caribê
Giai đoạn tạo cây con hoàn chỉnh (cây có đầy đủ thân, lá và rễ) là một
giai đoạn quan trọng trong quy trình nhân giống in vitro, cây con có bộ rễ
khoẻ mạnh sẽ có khả năng sống và sinh trưởng tốt khi đưa từ điều kiện phòng
thí nghiệm ra trồng ở nhà lưới. Nhiều quy trình nhân giống các loài cây lâm
nghiệp đã không thành công do chồi nuôi cấy in vitro không có khả năng ra rễ
hoặc tỉ lệ ra rễ rất thấp (cây Dó trầm, cây Bách xanh, Pơmu, Trẩu...). Do vậy,
chúng tôi đã tiến hành thử nghiệm môi trường tạo rễ in vitro cây con Thông
caribê hoàn chỉnh.
Trong quá trình nuôi cấy, các chồi hình thành có thể phát sinh rễ tự
nhiên, nhưng thông thường các chồi này cần phải được cấy chuyển sang một
môi trường khác để kích thích tạo rễ. Ở một số loài, các chồi có thể sẽ tạo rễ
khi được chuyển trực tiếp ra đất. Môi trường kích thích tạo rễ thường bổ sung
các chất điều hoà sinh trưởng thuộc nhóm auxin.
Auxin là nhóm chất điều hoà sinh trưởng thực vật được sử dung thường
xuyên trong nuôi cấy mô, tế bào thực vật. Auxin kết hợp chặt chẽ với các
thành phần khác của môi trường dinh dưỡng để kích thích sự tăng trưởng của
51
mô sẹo, huyền phù tế bào, điều hoà sự phát sinh hình thái, đặc biệt là phát
sinh rễ.
IBA là chất kích thích sinh trưởng thường được sử dụng trong nuôi cấy
mô với mục đích kích thích tạo rễ, đã được nhiều tác giả sử dụng trong tạo rễ
in vitro cây thông [48], [52]. Để nghiên cứu vai trò của IBA trong việc cảm
ứng tạo rễ của chồi Thông caribê, chúng tôi tiến hành thí nghiệm với các công
thức môi trường có bổ sung IBA với nồng độ khác nhau.
Chồi Thông caribê khi đạt chiều dài từ 1,5 cm trở lên (hình 3.6-A) sẽ
được cấy chuyển sang môi trường tiền cảm ứng ra rễ M16 có bổ sung thêm
IBA ở các nồng độ từ 1,0 mg/l – 2 mg/l. Thời gian tiền cảm ứng tạo rễ từ 3 - 4
ngày, sau đó chồi sẽ được cấy chuyển sang môi trường dinh dưỡng ½ M16 +
vitamin (B5) không có chất điều hoà sinh trưởng, nuôi tiếp trong thời gian 6
tuần, thu thập và phân tích số liệu kết quả thu được thể hiện như ở bảng 3.6.
Bảng 3.6. Ảnh hưởng của IBA tới tỉ lệ ra rễ Thông caribê
Công thức IBA (mg/l) Chất lượng rễ
0 0,5 1,0 1,5 2,0 Tỉ lệ tạo rễ (%) 0,0 31,1 65,6 55,6 43,3 Số rễ trung bình (rễ) - 1,0 ± 0,12 1,0 ± 0,07 1,7 ± 0,05 2,0 ± 0,05 - +++ +++ + + ĐC PR1 PR2 PR3 PR4
Ghi chú: (+) Rễ phình to, đen; (+++) Rễ phát triển nhanh, dài, màu trắng, phân nhiều rễ cấp 1. Quan sát tỉ lệ hình thành rễ của chồi sau thời gian 6 tuần nuôi cấy,
chúng tôi thấy rằng trong công thức (ĐC) không bổ sung IBA, không thấy
hình thành rễ, còn ở các công thức thí nghiệm bổ sung thêm IBA có tỉ lệ chồi
Thông caribê ra rễ đạt từ 31,1 đến 65,6%, cao nhất là công thức PR2 (1mg/l)
và thấp nhất là công thức môi trường PR1 (0,5 mg/l), tỉ lệ cây ra rễ giảm
xuống do xuất hiện của các dạng mô sẹo nhỏ, rễ phình to, đen và chậm kéo
52
dài. Khi tăng dần nồng độ IBA bổ sung vào môi trường tiền cảm ứng ra rễ thì
số rễ hình thành từ chồi in vitro cũng tăng dần lên và cho số lượng rễ cao nhất
ở công thức PR4 (2mg/l), cùng với điều kiện như vậy thì tỉ lệ dị hình cũng
tăng theo, hầu hết rễ cây phát sinh từ khối mô sẹo hình thành ở phần gốc cây
in vitro nên dễ bị đứt gãy khi ra cây. Mặc dù số rễ tạo được nhiều nhưng dị
dạng (phình to, xốp và không có khả năng kéo dài), phần rễ còn lại không bị
dị hình nhưng phát triển chậm, đen, dễ gãy và không phân nhánh, không xuất
hiện rễ cấp 1. Kết quả này phù hợp với báo cáo của Konstantin và cộng sự
(2003) [52], Trần Trung Hiếu và cộng sự (2003) [7], Đỗ Tiến Phát (2009)
[18]. Khi nghiên cứu ra rễ cho chồi thông, sử dụng IBA ở nồng độ thấp
0,2mg/l tỉ lệ chồi ra rễ chỉ đạt 17% và công thức ra rễ tốt nhất qua kết quả của
Phạm Thị Kim Thanh [23] là 34,38% ở nồng độ 2mg/l IBA Như vậy, qua kết
quả thí nghiệm, căn cứ vào tỉ lệ ra rễ và chất lượng của rễ cây in vitro ở các
công thức trên, chúng tôi thấy nồng độ 1mg/l IBA là phù hợp cho việc tạo rễ
của chồi Thông caribê in vitro, tuy số rễ tạo được ít nhưng chất lượng rễ tốt
(rễ dài, phát triển nhanh, màu trắng và phân nhiều rễ cấp 1; hình 3.6-D).
Chúng tôi tiến hành phân tích phương sai như trong phụ biểu, với xác suất của
Ftính < 0,05 cho thấy các công thức nghiên cứu có sự sai khác rõ rệt với 3 lần
lặp, kết quả thí nghiệm đảm bảo độ tin cậy 95%. Kết quả qua quá trình nghiên
cứu tạo rễ này được thể hiện qua hình 3.6. Qua quá trình nghiên cứu thực hiện
các thí nghiệm, chúng tôi đã hoàn thành được mục tiêu đặt ra của luận văn.
Nhằm mô phỏng tổng hợp những kết quả đó, chúng tôi mô phỏng qua sơ đồ
số 02.
53
A
C
A C
D C
B C
Hình 3.6. Tạo cây con hoàn chỉnh
A: Cây Thông caribê in vitro đủ tiêu chuẩn chuyển sang môi trường tạo rễ;
B: Cây Thông caribê in vitro được chuyển sang môi trường tạo rễ;
C: Cây Thông caribê in vitro được chuyển sang môi trường tạo rễ sau 3 tuần;
D: Rễ Thông caribê in vitro tạo được sau 6 tuần.
54
Cây trội Thông caribê
Chồi cành Hạt
Khử trùng HgCl2 (0,1%) 15 phút Khử trùng Javen 60% 08 phút
Tạo đa chồi: từ chồi đỉnh dài 0,5cm (P2), từ đoạn thân dài 0,5cm (P6) (5 tuần nuôi cấy)
8 tuần
Tạo cây Thông caribê hoàn chỉnh
Sơ đồ 02. Tóm tắt kết quả nhân giống in vitro cây Thông caribê
55
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
1.Kết luận
* Đối với tạo mẫu sạch: Đã tạo được mẫu sạch đủ lớn và tìm được
công thức tốt nhất.
+ Sử dụng Javen 60% với thời gian khử trùng 15 phút đối với mẫu phôi
hạt, đạt hiệu quả khử trùng tốt nhất với tỉ lệ mẫu sạch tạo được 96%, tỉ lệ nảy
mầm đạt 82,7%.
+ Sử dụng HgCl2 0,1% với thời gian 8 phút khử trùng chồi cành thu từ
thực địa, cho kết quả tạo mẫu sạch tốt nhất 68,6%.
* Tạo đa chồi:
+ Tạo đa chồi từ đỉnh sinh trưởng có tỉ lệ chồi cao nhất là môi trường
P2, có hệ số nhân chồi là 6,5 ± 0,33 lần, tỉ lệ tạo đa chồi là 86,7%.
+ Số chồi thu được của đoạn thân mầm trên môi trường P6: Môi trường
M16 có bổ sung 4mg/l BAP cho hệ số nhân cao nhất (5,2 ± 0,05 lần) và có
chất lượng cây mầm tốt sau 8 tuần nuôi cấy.
* Nhân nhanh chồi: Xây dựng được kỹ thuật tạo đa chồi in vitro cây
Thông caribê đạt hiệu suất cao: Với đỉnh chồi cây mầm tỉ lệ tạo đa chồi đạt
86,7% và trung bình 6,5 ± 0,33 chồi/cụm nuôi trên công thức môi trường P2.
Với đoạn thân mầm kích thước 0,5 cm có hiệu quả kinh tế cao nhất, tỉ lệ tạo
đa chồi là 88,9% và trung bình 5,5 chồi/cụm nuôi trên công thức môi trường
M16 có bổ sung 4mg/l BAP(P6).
* Kết quả tạo rễ cây Thông caribê in vitro: Tỉ lệ chồi ra rễ đạt 65,6%
khi nuôi trên công thức môi trường PR4 tiền cảm ứng trong 3 ngày, sau đó cấy
chuyển sang môi trường mới ½ M16 bổ sung vitamin(B5). Tổng thời gian
tính từ khi vào mẫu đến ra cây trồng trong nhà lưới là 06 tháng.
56
2. Kiến nghị
- Tiếp tục nghiên cứu các giai đoạn tiếp theo như: tiếp tục lấy chồi tái
sinh từ mẫu chồi cành để thử nghiệm trên môi trường tốt đã được xác định
cho nuôi cấy cây mầm từ phôi hạt, huấn luyện cây và đưa cây ra môi trường
tự nhiên.
- Hoàn thiện kỹ thuật vi nhân giống Thông caribê, nhân nhanh cây từ
chồi cành và để ứng dụng vào sản xuất cây giống chất lượng tốt phục vụ trồng
rừng sản xuất.
57
MỤC LỤC
Trang phụ bìa
Lời cảm ơn.........................................................................................................i
Danh mục bảng:................................................................................................ii
Danh mục hình:................................................................................................iii
Danh mục biểu đồ:...........................................................................................iv
ĐẶT VẤN ĐỀ .................................................................................................. 1
Chương 1. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU .................................................... 3
1.1. Giới thiệu cây Thông caribê ................................................................. 3
1.1.1. Nguồn gốc, phân loại và phân bố .................................................... 3
1.1.2. Đặc điểm sinh học và sinh thái học ................................................ 5
1.1.3. Giá trị sử dụng .................................................................................. 5
1.1.4. Tình hình sản xuất, gây trồng trong và ngoài nước ...................... 6
1.2. Kỹ thuật nuôi cấy mô tế bào thực vật và ứng dụng ........................... 8
1.2.1. Phương pháp nhân giống in vitro ................................................... 9
1.2.2. Các yếu tố ảnh hưởng tới kết quả nuôi cấy in vitro ..................... 11
1.2.3 Các bước chính trong nhân giống in vitro ..................................... 15
1.3. Thành tựu về nuôi cấy in vitro ........................................................... 17
1.3.1. Thành tựu chung về nuôi cấy mô, tế bào thực vật trong và ngoài nước
......................................................................................................... 17
1.3.2. Các nghiên cứu về Thông caribê ................................................... 22
1.3.2.1. Ở nước ngoài ............................................................................ 22
1.3.2.2.Ở trong nước .............................................................................. 23
58
Chương 2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .................. 27
2.1. Vật liệu ................................................................................................. 27
2.2. Thiết bị và hoá chất ............................................................................. 28
2.3. Địa điểm thí nghiệm ............................................................................ 28
2.4. Phương pháp nghiên cứu ................................................................... 29
2.4.1. Phương pháp bố trí thí nghiệm ..................................................... 29
2.4.1.1 Tạo mẫu Thông caribê sạch in vitro từ phôi hạt ....................... 29
2.4.1.2. Tạo mẫu sạch Thông caribê in vitro từ chồi thực địa .............. 30
2.4.1.3. Tạo đa chồi Thông caribê từ đỉnh chồi cây mầm ..................... 31
2.4.1.4. Tạo đa chồi Thông caribê từ đoạn thân cây mầm .................... 31
2.4.1.5. Nhân nhanh Thông caribê từ đoạn thân cây mầm ................... 32
2.4.1.6. Thử nghiệm tạo rễ in vitro cây Thông caribê ............................32
Chương 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ........................ 35
3.1. Tạo nguyên liệu nuôi cấy in vitro cây Thông caribê ........................ 35
3.1.1. Tạo nguồn mẫu sạch từ phôi hạt .................................................. 35
3.1.2. Tạo nguồn mẫu sạch từ chồi cành ................................................ 38
3.2. Nghiên cứu tạo đa chồi trong điều kiện in vitro ............................... 40
3.2.1. Tác dụng của BAP đến khả năng cảm ứng tạo đa chồi từ đỉnh
chồi cây mầm in vitro ..................................................................... 41
3.2.2. Tác dụng của BAP đến khả năng cảm ứng tạo đa chồi từ đoạn
thân cây in vitro .............................................................................. 45
3.2.3. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của kích thước đoạn thân cây in
vitro Thông caribê tới việc tạo đa chồi .......................................... 47
3.3. Kết quả tạo rễ in vitro cây Thông caribê .......................................... 50
59
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................... 55
1.Kết luận .................................................................................................... 55
2. Kiến nghị ................................................................................................. 56
TÀI LIỆU THAM KHẢO
TÓM TẮT LUẬN VĂN
PHỤ LỤC