nghiên cứu ảnh hưởng của một số hệ thống chiếu sáng đến sinh trưởng một số giống hoa nuôi cấy in vitro

nghiên cứu ảnh hưởng của một số hệ thống chiếu sáng đến sinh trưởng một số giống hoa nuôi cấy in vitro nghiên cứu ảnh hưởng của một số hệ thống chiếu sáng đến sinh trưởng một số giống hoa nuôi cấy in vitro nghiên cứu ảnh hưởng của một số hệ thống chiếu sáng đến sinh trưởng một số giống hoa nuôi cấy in vitro nghiên cứu ảnh hưởng của một số hệ thống chiếu sáng đến sinh trưởng một số giống hoa nuôi cấy in vitro nghiên cứu ảnh hưởng của một số hệ thống chiếu sáng đến sinh trưởng một số giống hoa nuôi cấy in vitro nghiên cứu ảnh hưởng của một số hệ thống chiếu sáng đến sinh trưởng một số giống hoa nuôi cấy in vitro nghiên cứu ảnh hưởng của một số hệ thống chiếu sáng đến sinh trưởng một số giống hoa nuôi cấy in vitro nghiên cứu ảnh hưởng của một số hệ thống chiếu sáng đến sinh trưởng một số giống hoa nuôi cấy in vitro nghiên cứu ảnh hưởng của một số hệ thống chiếu sáng đến sinh trưởng một số giống hoa nuôi cấy in vitro nghiên cứu ảnh hưởng của một số hệ thống chiếu sáng đến sinh trưởng một số giống hoa nuôi cấy in vitro nghiên cứu ảnh hưởng của một số hệ thống chiếu sáng đến sinh trưởng một số giống hoa nuôi cấy in vitro nghiên cứu ảnh hưởng của một số hệ thống chiếu sáng đến sinh trưởng một số giống hoa nuôi cấy in vitro nghiên cứu ảnh hưởng của một số hệ thống chiếu sáng đến sinh trưởng một số giống hoa nuôi cấy in vitro nghiên cứu ảnh hưởng của một số hệ thống chiếu sáng đến sinh trưởng một số giống hoa nuôi cấy in vitro nghiên cứu ảnh hưởng của một số hệ thống chiếu sáng đến sinh trưởng một số giống hoa nuôi cấy in vitro nghiên cứu ảnh hưởng của một số hệ thống chiếu sáng đến sinh trưởng một số giống hoa nuôi cấy in vitro nghiên cứu ảnh hưởng của một số hệ thống chiếu sáng đến sinh trưởng một số giống hoa nuôi cấy in vitro nghiên cứu ảnh hưởng của một số hệ thống chiếu sáng đến sinh trưởng một số giống hoa nuôi cấy in vitro nghiên cứu ảnh hưởng của một số hệ thống chiếu sáng đến sinh trưởng một số giống hoa nuôi cấy in vitro

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

-

HOÀNG THỊ NGA

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG ðẾN SINH TRƯỞNG MỘT SỐ GIỐNG HOA

NUÔI CẤY IN VITRO

CHUYÊN NGÀNH : CÔNG NGHỆ SINH HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

PGS TS NGUYỄN THỊ LÝ ANH

HÀ NỘI, 2014

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình thực hiện luận văn, tôi ñã nhận ñược sự quan tâm, giúp ñỡ của nhiều cá nhân và cơ quan ñơn vị Nay luận văn ñã hoàn thành, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành, sâu sắc tới:

PGS TS Nguyễn Thị Lý Anh, Ths Nguyễn Thị Thanh Phương người ñã tận tình hướng dẫn và tạo mọi ñiều kiện, giúp ñỡ tôi nghiên cứu và thực hiện ñề tài

Các thầy giáo, cô giáo thuộc Khoa Công nghệ sinh học, trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội ñã nhiệt tình giảng dạy và tạo mọi ñiều kiện cho tôi hoàn thành khóa học

Các cán bộ, kỹ thuật viên Viện Sinh học Nông nghiệp - Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội ñã nhiệt tình hướng dẫn, giúp ñỡ và tạo mọi ñiều kiện cho tôi thực hiện luận văn Phòng Công nghệ tế bào thực vật - Viện Sinh học Nông nghiệp

ñã cung cấp mẫu vật nghiên cứu

Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn những người thân trong gia ñình và bạn bè ñã giúp ñỡ và ñộng viên tôi trong suốt thời gian học tập

Hà Nội, tháng năm 2014

Học viên

Hoàng Thị Nga

LỜI CAM ðOAN

Tôi xin cam ñoan rằng số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và không trùng lặp với các ñề tài khác

Tôi cũng xin cam ñoan rằng các thông tin trích dẫn trong luận văn ñều ñược ghi rõ nguồn gốc

Học viên

Hoàng Thị Nga

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

LỜI CAM ðOAN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT vi

DANH MỤC BẢNG vii

DANH MỤC HÌNH ix

MỞ ðẦU 1

1.1 ðặt vấn ñề 1

1.2 Mục ñích, yêu cầu 2

1.2.1 Mục ñích 2

1.2.2 Yêu cầu 2

1.3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 3

1.3.1 Ý nghĩa khoa học 3

1.3.2 Ý nghĩa thực tiễn 3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 4

1.1 Giới thiệu về ñối tượng nghiên cứu 4

1.1.1 Cây salem 4

1.1.2 Cây ñồng tiền 5

1.1.3 Cây cẩm chướng 6

1.1.4 Tình hình sản xuất giống cây hoa salem, cẩm chướng, ñồng tiền bằng nuôi cấy mô 8

1.2 Ánh sáng và tác ñộng của ánh sáng ñối với thực vật 11

1.2.1 Ánh sáng với sự sống và thực vật 11

1.2.2 Vai trò của nhân tố ánh sáng trong vi nhân giống 17

1.3 Một số nguồn chiếu sáng nhân tạo ñược sử dụng trong nuôi cấy mô thực vật 19

1.3.1 Một số thiết bị tạo nguồn sáng nhân tạo hiện nay 19

1.3.2 Một số nguồn sáng ñược sử dụng cho nuôi cấy mô thực vật 20

1.4 Những nghiên cứu sử dụng các nguồn sáng nhân tạo khác nhau trong nuôi cấy mô 22

1.4.1 Ở Việt Nam 22

1.4.2 Trên thế giới 25

1.5 Ảnh hưởng của phương pháp nuôi cấy thoáng khí và không thoáng khí tới cây trồng trong ñiều kiện in vitro 28

CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP 31

2.1 ðối tượng, vật liệu, ñịa ñiểm và thời gian nghiên cứu 31

2.1.1 ðối tượng 31

2.1.2 Vật liệu 31

2.1.3 Thời gian và ñịa ñiểm thí nghiệm 32

2.2 Nội dung nghiên cứu 32

2.2.1 Nội dung 1: Nghiên cứu sự ảnh hưởng của các loại ñèn chiếu sáng tới quá trình nhân nhanh 3 giống hoa (cẩm chướng, salem, ñồng tiền) 32

2.2.2 Nội dung 2: Nghiên cứu sự ảnh hưởng của các loại ñèn chiếu sáng tới quá trình ra rễ 3 giống hoa (cẩm chướng, salem, ñồng tiền ) 32

2.2.3 Nội dung 3: Bước ñầu xác ñịnh hiệu quả kinh tế của việc sử dụng hệ thống chiếu sáng mới ñến sự sinh trưởng của 3 giống hoa (cẩm chướng, salem, ñồng tiền ) 32

2.3 Phương pháp nghiên cứu 33

2.3.1 Phương pháp nuôi cấy in vitro 33

2.3.2 Phương pháp bố trí thí nghiệm 34

2.3.3 Các chỉ tiêu theo dõi 36

2.3.4 Phương pháp xử lý số liệu 37

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 38

3.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của một số phổ ánh sáng tới quá trình nhân nhanh 3 giống hoa 38

3.1.1 Nghiên cứu sự ảnh hưởng của một số hệ thống chiếu sáng ñến khả

năng nhân nhanh giống cây salem 38

3.1.2 Nghiên cứu sự ảnh hưởng của một số hệ thống chiếu sáng ñến khả năng nhân nhanh giống cẩm chướng hồng hạc 44

3.1.3 Nghiên cứu sự ảnh hưởng của một số hệ thống chiếu sáng ñến khả năng nhân nhanh giống hoa ñồng tiền 49

3.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của một số phổ ánh sáng tới quá trình ra rễ 3 giống hoa 56

3.2.1 Nghiên cứu sự ảnh hưởng của một số hệ thống chiếu sáng ñến khả năng tạo cây hoàn chỉnh cây salem 58

3.2.2 Nghiên cứu sự ảnh hưởng của một số hệ thống chiếu sáng ñến khả năng tạo cây hoàn chỉnh cây cẩm chướng 63

3.2.3 Nghiên cứu sự ảnh hưởng của một số hệ thống chiếu sáng ñến khả năng tạo cây hoàn chỉnh cây ñồng tiền 68

3.3 Bước ñầu ñánh giá hiệu quả kinh tế trong việc sử dụng các loại ñèn chiếu sáng 75

KẾT LUẬN VÀ ðỀ NGHỊ 78

1 Kết luận 78

1 Giai ñoạn nhân nhanh 78

2 ðề nghị 79

TÀI LIỆU THAM KHẢO 80

PHỤ LỤC 85

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

α-NAA α- naphtyl axetic acid

IBA Indol butyric acid

CV% Sai số thí nghiệm

LSD5% ðộ lệch tiêu chuẩn mức ý nghĩa 5%

CðBXQH Cường ñộ bức xạ quang hơp

MTCB Môi trường cơ bản

SPAD Chỉ số ñánh giá hàm lượng diệp lục trong lá

HQNN Huỳnh quang nông nghiệp

nhanh giống cây salem nuôi cấy trong bình trụ có nút thoáng khí (sau 4 tuần theo dõi) 42 Bảng 3.3: Ảnh hưởng của một số hệ thống chiếu sáng ñến khả năng nhân

nhanh giống cây cẩm chướng nuôi cấy trong bình trụ có nút không thoáng khí (sau 4 tuần theo dõi) 45 Bảng 3.4: Ảnh hưởng của một số hệ thống chiếu sáng ñến khả năng nhân

nhanh giống cây cẩm chướng nuôi cấy trong bình trụ có nút thoáng khí (sau 4 tuần theo dõi) 48 Bảng 3.5: Ảnh hưởng của một số hệ thống chiếu sáng ñến khả năng nhân

nhanh giống cây ñồng tiền nuôi cấy trong bình trụ có nút không thoáng khí(sau 4 tuần theo dõi) 50 Bảng 3.6: Ảnh hưởng của một số hệ thống chiếu sáng ñến khả năng nhân

nhanh giống cây ñồng tiền nuôi cấy trong bình trụ có nút thoáng khí(sau 4 tuần theo dõi) 52 Bảng 3.7: Ảnh hưởng của một số hệ thống chiếu sáng ñến khả năng tạo cây

hoàn chỉnh giống cây salem nuôi cấy trong bình trụ có nút không thoáng khí (sau 4 tuần theo dõi) 58 Bảng 3.8: Ảnh hưởng của một số hệ thống chiếu sáng ñến khả năng tạo cây

hoàn chỉnh giống cây salem nuôi cấy trong bình trụ có nút thoáng khí(sau 4 tuần theo dõi) 60 Bảng 3.9: Ảnh hưởng của một số hệ thống chiếu sáng ñến khả năng tạo cây

hoàn chỉnh giống cây cẩm chướng nuôi cấy trong bình trụ có nút không thoáng khí (sau 3 tuần theo dõi) 64

Bảng 3.10: Ảnh hưởng của một số hệ thống chiếu sáng ựến khả năng tạo cây

hoàn chỉnh giống cây cẩm chướng nuôi cấy trong bình trụ có nút thoáng khắ (sau 3 tuần theo dõi) 66 Bảng 3.11: Ảnh hưởng của một số hệ thống chiếu sáng ựến khả năng tạo cây

hoàn chỉnh giống cây ựồng tiền nuôi cấy trong bình trụ có nút không thoáng khắ (sau 4 tuần theo dõi) 69 Bảng 3.12: Ảnh hưởng của một số hệ thống chiếu sáng ựến khả năng tạo cây

hoàn chỉnh giống cây ựồng tiền nuôi cấy trong bình trụ có nút thoáng khắ(sau 4 tuần theo dõi) 71 Bảng 3.13 đánh giá hiệu quả kinh tế của các loại ựèn sử dụng trong nghiên

cứu 76

DANH MỤC HÌNH

Hình 3.1 Chồi in vitro salem ñược nuôi trong bình trụ có nút nilon không

thoáng khí ñặt dưới các hệ thống chiếu sáng khác nhau trong giai ñoạn nhân nhanh (sau 3 tuần) 40

Hình 3.2 Chồi in vitro salem ñược nuôi trong bình trụ có nút nilon thoáng khí

ñặt dưới các hệ thống chiếu sáng khác nhau trong giai ñoạn nhân nhanh (sau 3 tuần) 42 Hình 3.3 Ảnh hưởng của các hệ thống chiếu sáng ñến khả năng nhân nhanh cây

salem khi sử dụng loại hình bình nút thoáng khí và không thoáng khí (sau 4 tuần theo dõi) 43

Hình 3.4: Chồi in vitro cẩm chướng ñược nuôi trong bình trụ có nút nilon không

thoáng khí ñặt dưới các hệ thống chiếu sáng khác nhau trong giai ñoạn nhân nhanh (sau 3 tuần) 45

Hình 3.5: Chồi in vitro cẩm chướng ñược nuôi trong bình trụ có nút nilon

thoáng khí ñặt dưới các hệ thống chiếu sáng khác nhau trong giai ñoạn nhân nhanh (sau 3 tuần) 46 Hình 3.6 Ảnh hưởng của các hệ thống chiếu sáng ñến khả năng nhân nhanh cây

cẩm chướng hồng hạc khi sử dụng loại hình bình nút thoáng khí và không thoáng khí 48

Hình 3.7 Chồi in vitro ñồng tiền ñược nuôi trong bình trụ có nút nilon không

thoáng khí ñặt dưới các hệ thống chiếu sáng khác nhau trong giai ñoạn nhân nhanh (sau 3 tuần) 50

Hình 3.8 Chồi in vitro ñồng tiền ñược nuôi trong bình trụ có nút nilon thoáng

khí ñặt dưới các hệ thống chiếu sáng khác nhau trong giai ñoạn nhân nhanh (sau 3 tuần) 53 Hình 3.9 Ảnh hưởng của các hệ thống chiếu sáng ñến khả năng nhân nhanh cây

ñồng tiền khi sử dụng loại hình bình nút thoáng khí và không thoáng khí 53

Hình 3.10 Cây in vitro hoàn chỉnh loài salem ñược nuôi trong bình trụ có nút

nilon thoáng khí ñặt dưới các hệ thống chiếu sáng khác nhau trong giai ñoạn nhân nhanh (sau 4 tuần) 61 Hình 3.11 Ảnh hưởng của các hệ thống chiếu sáng ñến khả năng ra rễ cây

salem khi sử dụng loại hình bình nút thoáng khí và không thoáng khí 62

Hình 3.12 Cây in vitro hoàn chỉnh loài cẩm chướng ñược nuôi trong bình trụ có

nút nilon không thoáng khí ñặt dưới các hệ thống chiếu sáng khác nhau trong giai ñoạn nhân nhanh (sau 3 tuần) 65

Hình 3.13 Cây in vitro hoàn chỉnh loài cẩm chướng ñược nuôi trong bình trụ có

nút nilon thoáng khí ñặt dưới các hệ thống chiếu sáng khác nhau trong giai ñoạn nhân nhanh (sau 3 tuần) 67 Hình 3.14 Ảnh hưởng của các hệ thống chiếu sáng ñến khả năng ra rễ cây cẩm

chướng hồng hạc khi sử dụng loại hình bình nút thoáng khí và không thoáng khí 68

Hình 3.15 Cây in vitro hoàn chỉnh loài ñồng tiền ñược nuôi trong bình trụ có

nút nilon không thoáng khí ñặt dưới các hệ thống chiếu sáng khác nhau trong giai ñoạn nhân nhanh (sau 4 tuần) 69

Hình 3.16 Cây in vitro hoàn chỉnh loài ñồng tiền ñược nuôi trong bình trụ có

nút nilon thoáng khí ñặt dưới các hệ thống chiếu sáng khác nhau trong giai ñoạn nhân nhanh (sau 4 tuần) 72 Hình 3.17 Ảnh hưởng của các hệ thống chiếu sáng ñến khả năng ra rễ cây ñồng

tiền khi sử dụng loại hình bình nút thoáng khí và không thoáng khí 72

MỞ đẦU

1.1 đặt vấn ựề

Ánh sáng là một yếu tố sinh thái có vai trò quan trọng ựối với thực vật Nhờ ánh sáng, thực vật có thể kết hợp các vật chất vô cơ trong tự nhiên thành các hợp chất hữu cơ từ ựơn giản ựến phức tạp cần thiết cho hoạt ựộng sống chắnh mình và các sinh vật khác trong chuỗi thức ăn tự nhiên Vì vậy, nguồn sáng là yếu tố vô cùng quan trọng trong ngành nông nghiệp nói chung và công nghệ nuôi cấy mô thực

vật in vitro nói riêng

Trong những năm gần ựây, công nghệ nuôi cấy mô tế bào ựã phát triển nhanh chóng và trở thành công nghệ cho hiệu quả cao trong quá trình nhân giống cây trồng Hầu hết các viện, trung tâm, phòng nuôi cấy mô ựược ựầu tư thêm thiết bị và xây dựng mới với chi phắ cao Trong ựó, năng lượng phục vụ cho quá trình thắp sáng chiếm ựến 65% và làm mát chiếm ựến 25% trong tổng năng lượng của một quy trình nhân giống (Nguyễn Quang Thạch, 2013) Một trong các phương án hạ giá thành sản phẩm trong nuôi cấy mô ựó là dùng các thiết bị tiết kiệm ựiện năng

đèn huỳnh quang là loại ựèn ựược sử dụng rộng rãi trong cuộc sống hàng ngày của con người Trong nuôi cấy mô, ựèn huỳnh quang cũng ựược sử dụng phổ biến Vì quang phổ của ựèn huỳnh quang còn bao gồm cả những tia có bước sóng ngắn gây hạn chế quá trình sinh trưởng của cây trồng nên gần ựây nhiều nhà nghiên cứu ựã quan tâm tới việc thử nghiệm những nguồn sáng nhân tạo khác, ựặc biệt là ựèn LED (Light-Emitting Diodes) nhằm ựánh giá khả năng sinh trưởng của thực vật trong các ựiều kiện ánh sáng này cũng như tắnh toán chi phắ ựiện năng khi sản xuất

Sự phát triển của công nghệ ựèn LED và ứng dụng của ựèn LED trong sản xuất nông nghiệp ựã ựược triển khai ở nhiều nước trên thế giới (Stutte, 2009) Ở Việt Nam, Nhựt và cs ựã tiến hành nghiên cứu sử dụng công nghệ ựèn LED trong nuôi cấy mô cây dâu tây, bạch ựàn, ựịa lan, hồ ựiệp, chuối, lan Ý, lily, cúc, lan hài cho thấy cây sinh trưởng và phát triển tốt khi chiếu sáng bằng ựèn LED tốt hơn so với

hệ thống ựèn huỳnh quang

Bên cạnh vấn ựề tiết kiệm ựiện năng thì việc cải tiến hệ thống nuôi cấy ựể tạo

ra cây con chất lượng tốt cũng ựược quan tâm đã có nhiều nghiên cứu về ảnh hưởng của hình dạng, kắch thước bình nuôi cấy, vật liệu bình nuôi cấy ựến chất lượng và giá thành cây mô khi ra nhưng nghiên cứu về hệ thống nuôi cấy thoáng khắ

và không thoáng khắ tới cây nuôi cấy mô còn hạn chế Do ựó, trong phạm vi ựề tài tác giả ựã tiến hành khảo sát sự ảnh hưởng của bình thủy tinh hình trụ có nút nilon thoáng khắ và bình thủy tinh hình trụ có nút nilon không thoáng khắ nhằm lựa chọn

ra loại hình nút thuận lợi nhất cho sự phát triển của cây trồng

Trong nuôi cấy mô, người ta thường làm về các cây hoa và những cây có giá

trị kinh tế cao Hoa salem (Limonium sinuatum L Mill), hoa ựồng tiền (Gerbera jamesonii), hoa cẩm chướng (Dianthus caryophyllus L) là những loài hoa có giá trị

thương mại cao và ựược dùng phổ biến do có sự ựa dạng về hình dáng và màu sắc

đã có nhiều nghiên cứu trên ba giống hoa này về khả năng tái sinh, nhân giống in vitro, tạo giống, Ầ nhưng các nghiên cứu về chất lượng cây in vitro dưới tác ựộng

của các phổ ánh sáng nhất ựịnh còn hạn chế

để góp phần ứng dụng và phát triển những loại ựèn chiếu sáng mới trong

công nghệ nuôi cấy mô tế bào thực vật, chúng tôi ựã thực hiện ựề tài: ỘNghiên cứu

ảnh hưởng của một số hệ thống chiếu sáng ựến sinh trưởng một số giống hoa nuôi cấy in vitroỢ

1.2 Mục ựắch, yêu cầu

1.2.1 Mục ựắch

- Bước ựầu khảo sát ảnh hưởng của phổ ánh sáng một số loại ựèn chiếu sáng

khác nhau ựến khả năng sinh trưởng in vitro của các giống hoa: salem, cẩm chướng,

ựồng tiền trong ựiều kiện nuôi cấy thoáng khắ và không thoáng khắ nhằm xác ựịnh ựược hệ thống chiếu sáng hiệu quả cho các loại cây trên

1.2.2 Yêu cầu

- Xác ựịnh ựược phổ ánh sáng thuận lợi cho quá trình nhân nhanh của 3 giống hoa salem, cẩm chướng, ựồng tiền

- Xác ñịnh ñược phổ ánh sáng thuận lợi cho quá trình tạo cây hoàn chỉnh của

3 giống hoa salem, cẩm chướng, ñồng tiền

- Xác ñịnh ñược loại bình nuôi cấy phù hợp trong quá trình nhân nhanh và tạo cây hoàn chỉnh của 3 giống hoa salem, cẩm chướng, ñồng tiền

- Bước ñầu tính toán ñược hiệu quả kinh tế trong việc sử dụng một số loại

ñèn chiếu sáng trong quá trình nuôi cấy in vitro salem, cẩm chướng, ñồng tiền

1.3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

1.3.1 Ý nghĩa khoa học

Kết quả nghiên cứu của ñề tài góp phần cung cấp những dẫn liệu chứng minh hiệu quả của các loại ñèn chiếu sáng, ñặc biệt là ñèn LED trong lĩnh vực chiếu sáng trong nuôi cấy mô thực vật

Kết quả nghiên cứu của ñề tài là tài liệu tham khảo có giá trị cho nghiên cứu

và giảng dạy về chiếu sáng nhân tạo trong phát triển nông nghiệp công nghệ cao

1.3.2 Ý nghĩa thực tiễn

Trên cơ sở lựa chọn ñược loại ñèn chiếu sáng và loại bình nuôi cấy phù hợp

cho nhân giống in vitro 3 giống hoa salem, cẩm chướng, ñồng tiền ñề xuất ñược

phương án giảm chi phí sản xuất và hạ giá thành cây giống cấy mô

Kết quả nghiên cứu của ñề tài góp phần thúc ñẩy sử dụng các loại ñèn chiếu sáng hiệu quả cao trong lĩnh vực sản xuất giống cây trồng bằng công nghệ nuôi cấy

mô ở nước ta hiện nay

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 Giới thiệu về ñối tượng nghiên cứu

* Yêu cầu sinh thái

Salem thích hợp khí hậu ôn hòa Nhiệt ñộ thích hợp cho cây sinh trưởng, phát triển tốt là 18 - 250C salem là cây thân thảo cường ñộ quang hợp cao, ñòi hỏi ñược chiếu sáng tương ñối nhiều, chế ñộ chiếu sáng ảnh hưởng ñến sự ra hoa, trải

lá salem yêu cầu ñộ ẩm ñất không cao Có khả năng chịu hạn tốt, song salem có bộ

lá rộng phủ trên mặt luống nên cần ñộ thông thoáng Cây hoa salem cũng như các loại hoa khác, có thể trồng trên nhiều loại ñất, song tốt nhất là ñất giàu dinh dưỡng, hàm lượng mùn cao, ñất tơi xốp, thoáng khí, giữ ẩm tốt và thoát nước tốt, không úng ngập

* ðặc ñiểm hình thái

Salem là loại cây thân thảo, cao từ 0,15-0,6m Cây thuôn dài, lá thùy dài lên tới 16 cm bao gồm cả cánh và cuống lá Salem là loại hoa có thân dài, khả năng chống chịu bệnh tốt, có sức sống mãnh liệt, khả năng chịu hạn tốt Màu sắc hoa tươi sáng, bền lâu, ña dạng về màu sắc, phổ biến nhất là salem màu trắng, ngoài ra còn

hình thức là hoa cắt cành ựã mang lại giá trị kinh tế khá cao tạo nguồn thu ựáng kể

cho người trồng hoa

1.1.2 Cây ựồng tiền

* Nguồn gốc - phân loại

đồng tiền hay cúc ựồng tiền (Gerbera), có tên khoa học là Gerbera jamesonii, là một chi của một số loài cây cảnh trong họ Cúc (Asteraceae)

Cúc là họ thực vật có giá trị thương mại hoa ựứng thứ năm trên toàn thế giới trong số tất cả cá loài hoa thảo Họ ựa dạng các chủng loại từ hoang dại ựến cây thuần hóa, phân bố rộng khắp ở Nam Mỹ, Nam Phi, nhiệt ựới Á Châu

đây là một trong 10 loại hoa thương mại quan trọng nhất ựược trồng trên thế giới, có nguồn gốc từ Châu Á, Nam Phi và Tasmania đồng tiền thắch hợp với khắ hậu ôn ựới hoặc cận nhiệt ựới Hiện nay, ở Việt Nam có khoảng hơn 30 giống hoa ựồng tiền ựang ựược trồng ngoài sản xuất, các giống này có nguồn gốc từ Hà Lan, Trung Quốc, màu sắc phong phú, ựa dạng Hoa ựược trồng chủ yếu ở đà Lạt và các nơi có khắ hậu mát mẻ

* Yêu cầu sinh thái

Nhiệt ựộ tối ưu là từ 16 - 25ᴼC Mặc dù biên ựộ nhiệt cúc ựồng tiền có thể chịu ựựng ựược là từ 8 - 35ᴼC, khi nhiệt ựộ xuống dưới 8ᴼC hay trên 35ᴼC, cây

sẽ sinh trưởng và phát triển kém độ ẩm cây ựòi hỏi khá cao trong thời kỳ sinh trưởng với ẩm ựộ ựất là 60 - 75%, ẩm ựộ không khắ là từ 55 - 65%, vào thời kỳ thu hoạch cần giảm ựộ ẩm ựất, tránh ựọng nước trên vết cắt, vết thương gây nấm bệnh cho cây

* đặc ựiểm hình thái

Cây hoa ựồng tiền thuộc loại thân thảo Thân ngầm, không phân cành chỉ ựẻ nhánh, lá và hoa phát triển từ thân, lá mọc chếch so với mặt ựất một góc 15 - 45 ựộ, hình dáng lá thay ựổi theo sinh trưởng của cây (từ hình trứng thuôn ựến thuôn dài);

lá dài 15 - 25cm, rộng 5 - 8cm, có hình lông chim, xẻ thuỳ nông hoặc sâu (tuỳ thuộc vào từng loại giống), mặt lưng lá có lớp lông nhung

Hoa có cuống dài, là loại hoa tự ựơn hình ựầu và bông hoa ựược tạo bởi hai loại cánh hoa hình lưỡi và hình ống Cánh hình lưỡi lớn hơn, xếp thành một vòng hoặc vài vòng phắa ngoài; cánh hình ống nhỏ hơn, do sự thay ựổi hình thái và màu sắc nên ựược gọi là mắt hoa hoặc tâm hoa Trong quá trình hoa nở, cánh hoa hình lưỡi nở trước, cánh hoa hình ống nở sau theo thứ tự từ ngoài vào trong theo từng vòng một (đặng Văn đông và cs, 2003)

* Giá trị

đồng tiền là loại hoa có sản lượng và giá trị kinh tế cao Ở ựiều kiện thắch hợp có thể ra hoa quanh năm; trồng trọt và chăm sóc ựơn giản, ắt tốn công, ựầu tư 1 lần có thể thu hoa từ 4-5 năm đồng tiền có hình dáng cân ựối, hài hòa, hoa tươi lâu, giá trị thẩm mỹ cao, nên là loại hoa lý tưởng trong cắm hoa nghệ thuật cũng như trang trắ khuôn viên, nhà cửa, Ầ

Trong y học, hoa ựồng tiền cũng ựược coi là một bài thuốc quý Trong đông

y Trung Quốc gọi là Nhật Quế hoa Hoa ựồng tiền có tác dụng thanh nhiệt, tiêu ựờm, làm ngừng cơn ho (bằng cách: phơi khô cánh hoa trong mát, rồi nấu nước uống); dùng chữa trị rắn cắn hay bị thương, sưng ựau (cánh hoa ựâm nhuyễn, pha với nước chắn, lấy nước uống, còn xác thì ựắp lên vết cắn, chỗ sưng) Ngoài ra, trong cây hoa ựồng tiền có chứa các dẫn xuất của coumarin (thành phần của thuốc chống ựông máu) nguồn gốc tự nhiên

1.1.3 Cây cẩm chướng

* Nguồn gốc - phân bố

Cẩm chướng hay còn gọi là hoa Phăng có tên tiếng Anh là Carnation, tên

khoa học là Dianthus caryophyllus L, thuộc chi: Dianthus họ: Caryophyllaceae

Cẩm chướng có nguồn gốc từ vùng địa Trung Hải Ở Việt Nam, người Pháp ựưa vào gây trồng từ thế kỷ 19, chủ yếu ựược trồng ở một số nơi thoáng mát như Sa Pa

và đà Lạt, gần ựây loài hoa này ựã ựược nhân rộng trên cả nước

* Yêu cầu sinh thái

Ánh sáng: cẩm chướng là cây ưa sáng và thắch hợp với thời gian chiếu sáng ngày dài Cường ựộ ánh sáng thắch hợp là 1500 - 3000 lux, tối thắch: 2000 - 2500 lux

Cẩm chướng phát triển tối ưu trong ñiều kiện nhiệt ñộ là 19 - 21oC Chênh lệch nhiệt ñộ giữa ban ngày và ban ñêm cũng dẫn tới số hoa mù cao ðộ ẩm tối thích cho cây phát triển là 70% Cẩm chướng ưa khí hậu mát mẻ và thông thoáng Khoảng 70% số rễ của cẩm chướng tập trung ở tầng ñất mặt, kết cấu ñất tơi xốp,

pH từ 6 - 6,5

* ðặc ñiểm hình thái

Rễ: Cẩm chướng có bộ rễ chùm, có rất nhiều nhánh phát triển mạnh ñể hút nước

và chất dinh dưỡng Chiều dài của rễ 15 - 20 cm, phân bố tập trung ở tầng ñất mặt

Thân: Thân thảo, thân thẳng ñứng, phân nhánh nhiều, chiều cao cây khoảng

30 - 100 cm (tùy theo giống) và thân nửa hóa gỗ Thân rất dễ gẫy ở ñốt Thân thường có mầu xanh nhạt, bao phủ một lớp phấn trắng xung quanh có tác dụng chống thoát hơi nước và bảo vệ cây khỏi bị sâu bệnh

Lá: Lá kép mọc từ các ñốt thân, lá mọc ñối Phiến lá dày hình lưỡi mác, mép

lá trơn Mặt lá nhẵn không có ñộ bóng Trên mặt lá có phủ một lớp phấn trắng, mỏng và mịn có tác dụng làm giảm sự thoát hơi nước

Hoa: Có hai dạng hoa chính: hoa chùm và hoa ñơn Về cánh hoa có thể xếp thành 2 loại: hoa ñơn, hoa kép Hoa ñơn mọc từng chiế một, hoa chùm và có nhiều hoa trên 1 cành Hoa nằm trên ñầu cành và có nhiều mầu sắc khác nhau Ngay cả trên một hoa cũng có thể có 2 - 3 mầu khác nhau Hoa ñẹp, có mùi thơm thoang thoảng Nụ hoa có ñường kính 2 - 2,5 cm Khi hoa nở hoàn toàn có ñường kính kính

6 - 7 cm Chiều cao bông hoa (tính từ ñốt trên cùng của cành) khoảng 4 - 7,5 cm Hạt: Hạt cẩm chướng nhỏ, nằm trong quả Mỗi quả thường có từ 300 - 600 hạt

Ở Việt Nam, hoa salem ựược trồng ựầu tiên là ở đà Lạt từ khoảng trước năm

1975 và hiện nay ựã ựược nhân rộng mô hình sản xuất Gần ựây, người ta ựã tiến hành nhân giống hoa salem theo phương pháp nuôi cấy mô ựể xây dựng các mô hình trồng hoa trong khu vực đà Lạt nhằm cung cấp nguồn hoa sử dụng trong nước

và phục vụ xuất khẩu Tại đà Lạt, salem ựược bán dưới hình thức là hoa cắt cành ựã mang lại giá trị kinh tế khá cao tạo nguồn thu ựáng kể cho người trồng hoa

* Hoa ựồng tiền

Trên thế giới, công tác nghiên cứu và sản xuất hoa ựồng tiền rất phát triển Trình ựộ tạo giống sản xuất rất cao tại các quốc gia như Hà Lan, Nhật Bản, Mỹ, đứcẦ Các quốc gia trên có nguồn lực lượng mạnh về nghiên cứu khoa học và trang thiết bị sản xuất, cũng như công tác xử lý sau thu hoạch, bảo quản hiện ựại ựã góp phần tăng sản lượng và chất lượng sản phẩm Tại Thượng Hải Trung Quốc, nhờ áp dụng kỹ thuật nuôi cấy mô vào sản xuất ựã khắc phục ựược tình trạng thoái hoá giống hoa ựồng tiền ựã ựược khôi phục và phát triển Hiện nay, Thượng Hải là nơi có diện tắch trồng hoa lớn nhất với 35 ha, ựứng ựầu là nông trường đông Hải với trung tâm nhân giống hoa Hà Viên Nghê Ngoài ra, khu vực Giang Tô cũng là nơi phát triển mạnh về nhân giống và sản xuất hoa ựồng tiền trong những năm gần ựây Nhờ sự ứng dụng tiến bộ khoa học kỹ thuật trong sản xuất cây giống tại các viện nghiên cứu, các trung tâm và nông trường, diện tắch trồng hoa ngày càng ựược mở rộng

Tại Việt Nam, hoa ựồng tiền là một trong nhiều giống hoa ựã và ựang ựược tiến hành nghiên cứu nhân giống và sản xuất rộng khắp trên cả nước đặc biệt là tại các viện nghiên cứu, các trường ựại học và các khu vực có thế mạnh trong sản xuất cây hoa như Hà Nội, đà Lạt, Sa Pa,Ầ Hoa ựồng tiền có thể nhân giống bằng nhiều

phương pháp như nhân giống bằng hạt, tách cây và nuôi cấy mô Trong ñó, nuôi cấy

mô trong môi trường nhân tạo là phương pháp thông dụng nhất, sử dụng phương pháp này cho số lượng cây lớn, sạch bệnh, cây con sinh trưởng và phát triển tốt Ngoài ra, phương pháp nhân giống cho sản lượng hoa cao, chất lượng hoa tốt, hệ số nhân giống cao

* Cây hoa cẩm chướng

Cẩm chướng (Dianthus caryophyllus L.) là hoa cắt cành ñược trồng phổ biến

trên thế giới với số lượng hơn 10 tỷ cành hoa hàng năm (Agricultural Biotechnology Council of Australia, 2014)

Ở châu Á, hoa cẩm chướng ñược trồng nhiều ở Trung Quốc, Malaysia, Srilanka,… Ở Trung Quốc, hoa cẩm chướng cùng hoa hồng là hai loại hoa phổ biến nhất Cẩm chướng chiếm khoảng 25% tổng lượng hoa trên thị trường tại Bắc Kinh

và Côn Minh Trung tâm sản xuất hoa cẩm chướng tập trung ở Côn Minh và Thượng Hải Hầu hết các giống của Trung Quốc ñược nhập từ Israel, Hà Lan và ðức (Yang Xiaohan, Liu Guangshu And Zhu Lu, 1998) Tỉnh Vân Nam của Trung Quốc có kim ngạch xuất khẩu hoa cắt cành ngày càng cao, theo thống kê tháng 11 năm 2006 ñạt 10,4 triệu USD với sản lượng 4,3 nghìn tấn, trong ñó cẩm chướng là một trong 3 loại hoa xuất khẩu chủ lực Năm 2012 Trung quốc trồng tới 3.380ha cẩm chướng cắt cành (Jan Plasmeijer and Chumi Yanai, 2013)

Tại Malaysia, sản lượng hoa cẩm chướng ñứng thứ ba sau cây hoa hồng và hoa cúc, chiếm 9,02% tổng sản lượng hoa Ở ñây, hoa cẩm chướng ñược trồng bao

gồm cả loại hoa chùm và hoa ñơn (Lim Heng Jong et al, 1998)

Ở Philippin, cẩm chướng trồng rất ít và phải nhập khẩu từ các nước khác Tỷ

lệ nhập khẩu hoa cẩm chướng ñứng thứ hai trong tổng giá trị nhập khẩu hoa với 22,05% chỉ ñứng sau hoa cúc (36,98%) (Teresita L Rosario, 1998)

Tại Srilanka, hoa cẩm chướng là cây hoa ôn ñới quan trọng nhất Hoa cẩm chướng ñược trồng chủ yếu ñể xuất khẩu, còn các loại hoa khác chỉ tiêu thụ ñược ở nội ñịa Hai giống cẩm chướng châu Mỹ và cẩm chướng ðịa Trung Hải của Srilanka rất nổi tiếng trên thị trường thế giới có phần lớn diện tích ñược trồng trong

môi trường bảo vệ hoàn toàn (D.M.U.B Dhanasekera, 1998)

Israel có 150 ha hoa cẩm chướng chiếm 7,5% tổng diện tắch trồng hoa, mỗi năm nước này xuất khẩu ựạt 119 triệu USD (đặng Văn đông và đinh Thế Lộc, 2005)

Ở Việt Nam, hoa cẩm chướng ựược trồng rộng rãi ở Hà Nội, Hải Phòng, Sapa - Lào Cai và nhất là ở đà Lạt - Lâm đồng Các vùng chuyên canh hoa như An Hải (Hải Phòng), Tây Tựu - Từ Liêm, Phú Thượng - Tây Hồ (Hà Nội ) trồng nhiều hoa cẩm chướng Trước ựây, vào mùa hè, hoa cẩm chướng trên thị trường nước ta chủ yếu phải nhập từ Côn Minh (Trung Quốc) và Hà Lan, vài năm gần ựây, ựể ựáp ứng nhu cầu thị trường cẩm chướng ựã ựược trồng ở đà Lạt, Lào Cai, Sa Pa và ựang dần chiếm lĩnh thị trường trong nước Tổng diện tắch trồng cẩm chướng tại đà Lạt ựạt khoảng 300 ha, hàng năm cung cấp khoảng 300 triệu cành hoa cẩm chướng các loại cho thị trường (http:// www.baolamdong.vn/kinhte).)

Theo số liệu thống kê của Tổng cục Hải quan, trong 8 tháng ựầu năm 2009

có 17 thị trường nhập khẩu hoa tươi và khô của Việt Nam, tăng 6 thị trường so với cùng kỳ 2008 Trong ựó, Nhật Bản vẫn là thị trường nhập khẩu hoa lớn nhất của Việt Nam với kim ngạch ựạt 6,2 triệu USD, tăng 50,6% so với cùng kỳ 2008 Kim ngạch xuất khẩu sang thị trường này chiếm tới 84% tổng kim ngạch xuất khẩu hoa các loại Sản phẩm hoa xuất khẩu chủ yếu là hoa cúc, hoa cẩm chướng Trong ựó sản lượng hoa cẩm chướng ựứng thứ 2 sau hoa cúc, với ựơn giá xuất khẩu trung bình 0,19 USD/cành và doanh số ựạt 1,5 triệu USD (http://www.rauquavietnam.vn)

Ở nước ta cẩm chướng chủ yếu ựược nhân giống bằng phương pháp nhân

giống vô tắnh in vitro và giâm cành Hiện nay, ựể có ựược giống hoa cẩm chướng

chất lượng tốt thì các phòng nuôi cấy mô tại đà Lạt và Hà Nội ựã nghiên cứu và

hoàn thiện quy trình nuôi cấy mô và cung cấp cây in vitro làm cây ựầu dòng cho sản

xuất cây giống giâm cành

Từ nhu cầu thị trường về hoa cẩm chướng, hoa salem, hoa ựồng tiền như nói

ở trên cho thấy việc tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của các chế ựộ ựèn chiếu sáng

và loại hình bình nuôi cấy tới sự sinh trưởng nhằm góp phần cải tiến quy trình nuôi

cấy mô của ba loại hoa trên sẽ có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao và mang lại lợi ích thiết thực cho người sản xuất

1.2 Ánh sáng và tác ñộng của ánh sáng ñối với thực vật

1.2.1 Ánh sáng với sự sống và thực vật

* Vai trò của ánh sáng trong quá trình quang hợp

Dưới tác dụng của ánh sáng mặt trời, chúng ta biết ñến quang hợp là quá trình giúp thực vật dùng năng lượng ánh sáng ñể tạo glucose và phóng thích oxygen

từ carbon dioxide và nước Ở thực vật bậc cao, ánh sáng ñỏ, tím, xanh ñiều khiển quá trình quang hợp hiệu quả nhất Những màu này nằm trong vùng ánh sáng khả kiến có bước sóng trong khoảng từ 380 - 750 nm

* Vai trò của các loại ánh sáng lên quá trình sinh trưởng và phát triển thực vật Kozai et al., (1992) ñã chỉ ra nhiều ñặc tính về phát triển hình thái của thực vật ex vitro bị ảnh hưởng bởi các ñiều kiện môi trường như ánh sáng (về chất lượng,

cường ñộ, thời gian và hướng chiếu sáng), nhiệt ñộ, thành phần khí (CO2, O2, H2O,

C2H4), thành phần môi trường

Ouyang et al., (2003) ñã khẳng ñịnh sự chiếu sáng có ảnh hưởng lên sự sinh

trưởng của tế bào, mô thực vật và sự sinh tổng hợp chất biến dưỡng sơ cấp và thứ cấp Cùng thời ñiểm, các tác giả này cũng chỉ ra sự chiếu sáng với cường ñộ ánh sáng và chất lượng phổ ánh sáng khác nhau có tác ñộng ñáng kể lên sự sinh trưởng

của mô sẹo của Cistanche deserticola và sự sinh tổng hợp phenylethanoid

Zhong et al., (1991) ñã chỉ ra rằng: Trong nuôi cấy dịch huyền phù của

Perilla frutescens, chiếu ánh sáng trắng với cường ñộ 27,2 W.m-2 trong suốt thời gian nuôi cấy cho hiệu quả cao và lượng anthocyanin ñược tạo ra cao gấp hai lần so với không chiếu sáng

Liu et al., (1999) nghiên cứu về cây Artemisia annua L chỉ ra ánh sáng trắng

tăng cường sự sinh trưởng của chồi và làm tăng hàm lượng artemisinin còn trong ñiều kiện tối, chồi không sinh trưởng và artemisinin không tạo ra

Bảng 1.1 Ảnh hưởng của các bước sóng ánh sáng khác nhau lên thực vật Loại

610

Quang hợp cực ñại (635 nm) do ñược chlorophyll hấp thụ cực ñại Nảy mầm (660 nm)

Mở lá Hình thành hoa

UV – B 280 Không tốt cho quang hợp (ở cường ñộ cao);

làm tổn thương các mô thực vật

Ánh sáng ñỏ (700-780 nm)/ñỏ xa (trên 750 nm)

Kéo dài rễ

Trong nuôi cấy rễ tơ của Artemisia annua L., sinh khối rễ tơ và hàm lượng

artemisia dưới ánh sáng ñỏ cao hơn 17 ñến 67% so với dưới ánh sáng trắng (Wang

et al.,, 2001)

Kéo dài lóng thân

Tỉ lệ bức xạ tia ñỏ: ñỏ xa (R:Fr) có ảnh hưởng ñến sự kéo dài lóng thân

ở thực vật (Klein, 1969)

Ánh sáng xanh

Thúc ñẩy sự sinh trưởng của mô sẹo

Mô sẹo ñược nuôi cấy dưới ánh sáng xanh 435 nm cho nhiều sinh khối (18,4

g DW/l) và PeG (2,4 g/l) nhất, lần lượt cao hơn 19 và 41% so với khi nuôi cấy dưới ánh sáng trắng ðiều này ñược giải thích do hoạt tính của PAL trong mô sẹo ñược nuôi cấy dưới ánh sáng xanh cao hơn so với dưới ánh sáng trắng trong toàn bộ thời

gian nuôi cấy (Ouyang et al.,, 2003)

Ức chế sự kéo dài thân

Việc chiếu ánh sáng xanh liên tục trong nuôi cấy cây diếp cá Lactuca sativa

trong môi trường nước làm giảm ñáng kể sự kéo dài trục hạ diệp so với việc chiếu

ánh sáng ñỏ (Volmaro et al.,, 1998) Ánh sáng xanh tăng cũng làm giảm chiều cao của Antirrhinum (Khattaket al.,, 2004)

Ánh sáng xanh lục và tia UV gần

Bước sóng UV gần (200 - 380 nm) và xanh lục có khả năng kìm hãm sự sinh trưởng của thực vật do tác ñộng ñến quang hợp và sự phát triển bình thường của cây Ngược lại khi loại bỏ có chọn lọc các tia UV gần và xanh lục từ ánh sáng trắng sẽ tăng cường sinh trưởng cho cây

* Quang phát sinh hình thái

Quang phát sinh hình thái ñược ñịnh nghĩa là những thay ñổi về hình dạng và chức năng của một cơ quan ñáp ứng những thay ñổi trong môi trường chiếu sáng Quang phát sinh hình thái (sinh trưởng dưới ánh sáng) bao gồm sự phân hóa các lục lạp, tích tụ các chất diệp lục (chlorophyll) và phát triển lá Quá trình phát sinh hình thái có thể ñược cảm ứng bởi ánh sáng ñỏ (700 - 780 nm), ñỏ xa (trên

750 nm) và ánh sáng xanh (430 - 500 nm)

Ánh sáng có ảnh hưởng rất lớn lên sự quang phát sinh hình thái ở thực vật thông qua các quang thụ quan của chúng Thực vật bậc cao có ít nhất ba loại quang thụ thể (photoreceptor) có ñộ hấp thu chọn lọc với các ánh sáng quang phổ khác nhau, ñiều hòa sự phát sinh hình thái, ñó là:

Phytochrome – thụ quan ánh sáng ñỏ và ñỏ xa ở thực vật

Phytochrome là một homodimer, trong ñó mỗi phân tử protein xác ñịnh có trọng lượng khoảng 125 kDa với 1128 amino acid, nối với một phân tử hấp thu ánh sáng khác (rhodopsin) Ở thực vật có 5 phytochrome là PhyA, PhyB, PhyC, PhyD

và PhyE với chức năng riêng biệt khác nhau Các phytochrome khác nhau cũng hấp thu tốt nhất các phổ (bước sóng) khác nhau

Các phytochrome hiện diện trong hai dạng có thể chuyển ñổi qua lại:

- PR khi nó hấp thu ánh sáng ñỏ (R; 660 nm)

- PFR khi nó hấp thu ánh sáng ñỏ xa (FR; 730 nm)

Có các mối quan hệ sau:

- PR hấp thu ánh sáng ñỏ chuyển ñổi thành PFR

- PFR hấp thu ánh sáng ñỏ xa chuyển thành PR

- Trong tối, PFR chuyển ngay thành PR

Ánh sáng mặt trời giàu tia ñỏ (660 nm) hơn tia ñỏ xa (730 nm), do vậy khi mặt trời lặn tất cả phytochrome ở dạng PFR, ñây là dạng hoạt ñộng mang tính sinh lý học, có thể ảnh hưởng ñến hoạt tính của các enzyme và sự biểu hiện gene

(Wanget al., 1991) Trong suốt ban ñêm, PFR phần lớn chuyển thành PR và một phần bị phá hủy Không thể tách riêng ñược hai dạng PFR và PR Trong 100% ánh sáng ñỏ có 85% PFR và 100% ánh sáng ñỏ xa có 97% PR Tỉ lệ cân bằng ñỏ/ñỏ xa ñược gọi là trạng thái quang cân bằng (photoationary)

Chức năng của phytochrome

Phytochrome có chức năng trong các ñáp ứng ánh sáng và quang kỳ của thực vật: phân hóa lục lạp từ proplastid, nảy mầm hạt, kéo dài thân và ra hoa

Phytochrome là nhân tố trung gian trong sự ñáp ứng ức chế kéo dài trục hạ

diệp của ánh sáng xanh Nó có thể tham gia vào quá trình truyền tín hiệu của cry1 Tuy nhiên, sự ức chế kéo dài trục hạ diệp phụ thuộc cry1 có thể ñộc lập với

phytochrome Khi ñó PhyA có thể hoạt ñộng như một thụ quan của ánh sáng xanh, ñiều khiển quá trình mở rộng lá mầm dưới sự cảm ứng của ánh sáng xanh

Kiểm soát sự biểu hiện gene bởi ánh sáng

Phytochrome kiểm soát sự phiên mã một số gene bao gồm tiểu phần nhỏ rubisco, protein gắn kết với chlorophyll a hay b và enzyme ly giải phenylalanine ammonia Dưới ánh sáng ñỏ, tốc ñộ phiên mã của tiểu phần nhỏ rubisco có thể tăng

Cấu tạo và ñặc tính của cryptochorme

Hầu hết các cryptochorme thực vật là các protein 70 - 80 kDa Cryptochrome

là một flavoprotein của nhân, khác với phytochrome ñược chuyển ñến nhân do áp lực của ánh sáng, ñược xác ñịnh bởi phổ hoạt ñộng của nó, là thụ quan ánh sáng xanh giống như photoplyase, một enzyme có chức năng sửa chữa sai hỏng DNA dưới tác dụng ánh sáng (Gressel, 1979)

Chức năng của cryptochrome

Cryptochrome không có hoạt tính sinh hóa, nhưng sự biểu hiện của gene cryptochrome lại ñược ñiều hòa bởi ánh sáng bằng các cơ chế khác nhau từ sự phiên

mã cho ñến sự thoái hóa

Chức năng của cryptocchrome trong sự phát sinh hình thái thực vật chồng

lấp với hầu hết các chức năng của phytochrome (như ở Arabidopsis) Vai trò của cryptochrome ở Arabidopsis ñược thể hiện trong ñiều khiển phản vàng

hóa, biểu hiện gene và ra hoa theo quang kỳ ñược biểu diễn bởi cả cryptochrome và phytochrome, lần lượt ñóng vai trò khởi ñầu trong ñáp ứng với ánh sáng xanh/UV -

A và ánh sáng ñỏ/ñỏ xa

* Phototropin

Cho ñến nay, phototropin ñã ñược xác ñịnh ở nhiều loài thực vật khác nhau,

từ loài tảo xanh Chlamydomonas reinhardtii cho ñến các loài thực vật bậc cao hơn

(Briggs và cộng sự, 2001)

ðặc ñiểm chung của phototropin

Phototropin ban ñầu ñược biết ñến như một protein liên kết với màng sinh chất có trọng lượng 120 kDa, có thể cảm ứng quá trình phosphoryl hóa bởi ánh

sáng xanh ở cây con Arabidopsis thaliana (Gällagher et al.,, 1988)

Chức năng của phototropin

Phototropin ñược xem là một họ quang thụ quan flavoprotein mới, ñiều khiển không chỉ sự quang hướng ñộng ở thực vật, mà còn có vai trò quan trọng khác

như: sự tích lũy lục lạp (Sakaiet al.,, 2001), sự mở khí khẩu (Kinoshita et al.,, 2001)

và ức chế nhanh việc khởi ñầu sinh trưởng trụ hạ diệp (Folta and Spalding, 2001) ở

cây Arabidopsis và chu trình sinh sản ở Chlamydomonas (Huang and Beck, 2003)

Các thụ quan tia cực tím (UV receptor) ở thực vật

Tia cực tím làm tổn thương các tế bào thực vật, do vậy các tế bào tổng hợp các chất bảo vệ như flavonoid trong biểu bì và lớp siêu dính trong cutin Những ñáp ứng này ñược kích thích bởi tia UV - B, tia này không ñược nhận biết bởi một chromophore thật Thay vào ñó, tiểu phần D2 của quang hệ thống II (PSII) hấp thụ và bị phá hủy bởi UV - B, các chu trình này ñược cảm ứng bởi các sản phẩm thoái hóa Chất bảo vệ flavonoid có màu vàng (flava Lat), do ñó hầu hết chúng hấp thu ánh sáng (gồm cả tia xanh xa như UV) Flavonoid là chất chống oxy hóa (như vitamin A, C và E), thu gom các gốc tự do

1.2.2 Vai trò của nhân tố ánh sáng trong vi nhân giống

Ánh sáng nhân tạo trong nuôi cấy mô có tác dụng trong việc quang hợp ñể tổng hợp các chất dinh dưỡng nuôi sống cây Sự phân phối phổ ánh sáng, quang

kỳ và hướng chiếu sáng cũng ñóng vai trò quan trọng trong quá trình sinh trưởng của thực vật nuôi cấy mô Hiện nay, ánh sáng trắng (phổ ánh sáng từ khoảng

200 nm ñến 800 nm) của ñèn huỳnh quang ñược sử dụng phổ biến nhất trong các

phòng thí nghiệm nuôi cấy mô Ánh sáng ñơn sắc từ ñèn LED (light – emitting diodes) cũng ñã và ñang ñược nghiên cứu làm nguồn sáng trong nhân giống thực

vật Sử dụng ánh sáng ñơn sắc ñỏ (600 - 700 nm) hoặc ñỏ xa (700 - 800 nm) hoặc kết hợp với xanh lam của ñèn LED làm cây tăng trưởng rất tốt và tiết kiệm ñiện

năng hơn so với dùng ñèn huỳnh quang

Một trong những yếu tố của môi trường ảnh hưởng lên quá trình tạo rễ của mẫu cấy là ánh sáng Ánh sáng góp phần vào việc tạo rễ và chồi bất ñịnh của ñoạn cắt Ánh sáng có cường ñộ thấp thuận lợi cho quá trình tạo rễ Ánh sáng ñỏ cam thích hợp cho sự ra rễ hơn ánh sáng xanh da trời

Hughes (1981) ñã chỉ ra sự phát sinh hình thái thực vật và sự tăng trưởng chồi bị ảnh hưởng bởi các nhân tố của môi trường như nhiệt ñộ, CO2, chất dinh dưỡng, chất lượng ánh sáng, thời gian và cường ñộ chiếu sáng

Công trình nghiên cứu của Ziv (1991) và Debergh et al.,(1992) ñã cho thấy

cường ñộ chiếu sáng có tác dụng ñiều hòa kích thước lá và thân cũng như con ñường phát sinh hình thái ñồng thời ảnh hưởng ñến sự hình thành sắc tố và thủy tinh thể của cây con Chất lượng ánh sáng có ảnh hưởng quan trọng trên một số ñặc tính hình thái như sự kéo dài ở cây cúc và cây cà chua (Mortensen and Stromme, 1987),

sự hình thành chồi bất ñịnh ở cây nho (Chee, 1986; Chee and Pool, 1989), hình thái

giải phẫu lá và kích thước lá ở cây Phong (Soebo and et al.,1995) và sự phát sinh

rễ giả ở cây lê (Bertazza and et al.,1995)

Thời gian chiếu sáng

Thời gian chiếu sáng có vai trò quan trọng trong quá trình phát triển của mô nuôi cấy Với ña số các loài cây, thời gian chiếu sáng thích hợp là 8 - 12 h/ngày

Tuy nhiên, một số loài cần thời gian chiếu sáng tới 16 h/ngày như loài ñu ñủ Carica papapaya L (Nguyễn Thị Phương Thảo và cs, 2013), khoai môn sọ (Nguyễn Quang

Thạch và cs.,2010)

Cường ñộ ánh sáng

Cường ñộ ánh sáng từ 1000 - 2500 lux ñược dùng phổ biến cho nuôi cấy nhiều loại mô Cường ñộ ánh sáng là nhân tố quan trọng trong quang hợp, ảnh hưởng ñến khả năng nuôi cấy in vitro ở những cây có diệp lục tố, mức cường ñộ ánh sáng ñiển hình cho vi nhân giống là từ 40 - 80 µmol/m2/giây Với cường ñộ ánh sáng lớn hơn thì sinh trưởng của chồi chậm lại nhưng thúc ñẩy quá trình tạo

rễ Theo Ammirato (1987), ánh sáng ở cường ñộ cao tạo ñiều kiện cho sự sinh trưởng của mô sẹo, ở cường ñộ trung bình kích thích tạo chồi; ngoài ra, ở cường ñộ thấp sẽ gia tăng chiều cao và có màu xanh ñậm

Quang phổ ánh sáng

Bên cạnh thời gian chiếu sáng, cường ñộ ánh sáng thì chất lượng ánh sáng cũng ảnh hưởng khá rõ tới sự phát sinh hình thái của mô nuôi cấy Ánh sáng có bước sóng quang trọng nhất cho quang hợp và sự phát sinh quang hình thái là từ 400 -

800 nm Chất lượng ánh sáng cũng làm thay ñổi phản ứng sinh trưởng của chồi in vitro Nuôi cấy cây phong lữ (Pelargonium) trong ánh sáng ñỏ làm tăng chiều dài

chồi hơn so với ánh sáng trắng, trong khi ñó ánh sáng xanh làm giảm sự kéo dài chồi Ánh sáng ñỏ có hiệu quả quang hợp rất cao Ở cùng một cường ñộ chiếu sáng, nếu là ánh sáng ñỏ thì hiệu quả quang hợp có thể tăng gấp ñôi so với ánh sáng xanh

(blue).Tuy nhiên khả năng quang hợp cao nhất khi chồi cây bulo (Betula) ñặt trong

ánh sáng xanh so với ánh sáng trắng hoặc ñỏ, ánh sáng xanh cũng kích thích phát sinh diệp lục và gia tăng kích thước lá

Chất lượng ánh sáng cũng có thể tác ñộng gián tiếp lên sự phát triển chồi

và trong môi trường ánh sáng yếu sẽ thuận lợi cho rễ phát triển (Hartmann et

al.,, 1997)

1.3 Một số nguồn chiếu sáng nhân tạo ñược sử dụng trong nuôi cấy mô thực vật

1.3.1 Một số thiết bị tạo nguồn sáng nhân tạo hiện nay

Năm 1870, bóng ñiện dây tóc nóng sáng ñầu tiên ra ñời trên thế giới bởi Edison ðến nay, các nguồn sáng nhân tạo ñã phát triển không ngừng về số lượng, chất lượng, thể loại, cũng như kiểu dáng, gồm các nguồn bức xạ nhiệt và phóng ñiện tử Có thể phân làm 3 loại chính là ñèn sợi ñốt, ñèn huỳnh quang và ñèn phát quang

Trong các nguồn chiếu sáng nhân tạo hiện nay, 6 nguồn sáng chủ yếu ñược

sử dụng cho thực vật là: ñèn nóng sáng (incandescent lamp), ñèn huỳnh quang thủy ngân cao áp (high pressure mercury fluorescent lamp), ñèn thủy ngân không cần ballast (self–ballasted mercury lamp), ñèn halogen kim loại (metal halide lamp), ñèn natri cao áp (high pressure sodium lamp) và ñèn huỳnh quang (fluorescent lamp) Ngoài ra, ñèn xenon (xenon lamp) và ñèn natri cao áp (low pressure sodium lamp) cũng ñược sử dụng trong nghiên cứu (Shinji, 1998)

1.3.2 Một số nguồn sáng ựược sử dụng cho nuôi cấy mô thực vật

* đèn huỳnh quang T10

đèn huỳnh quang có cấu tạo gồm hai bộ phận chắnh ựó là ống tuýp ựèn và hai ựiện cực ở hai ựầu Cơ chế phát sáng của ựèn huỳnh quang khá phức tạp ựiễn ra bên trong ống thủy tinh hình trụ bịt kắn Ống ựược hút chân không, bên trong có một chút thủy ngân và ựược bơm ựầy khắ trơ, thường là khắ argon hay neon Mặt bên trong ống ựược tráng một lớp lớp huỳnh quang tức là bột phốt pho Ống có hai ựiện cực ở hai ựầu, ựược nối với mạch ựiện xoay chiều

Quá trình này tỏa nhiệt sẽ làm thủy ngân trong ống hóa hơi Khi các electron

và ion di chuyển trong ống, chúng sẽ va chạm vào các nguyên tử khắ thủy ngân Những va chạm này sẽ làm các nguyên tử thủy ngân phát xạ ra các photon ánh sáng cực tắm tức là các tia tử ngoại mà mắt thường không thấy ựược Do ựó, loại ánh sáng này cần phải ựược chuyển ựổi thành ánh sáng nhìn thấy ựể thắp sáng bóng ựèn

và ựây chắnh là nhiệm vụ của lớp huỳnh quang trong ống

Khi những tia cực tắm này va chạm vào mặt trong bóng ựèn, nó sẽ làm cho các nguyên tử phốt pho giải phóng ra các hạt photon dạng tia hồng ngoại với ánh sáng trắng mắt thường có thể thấy ựược mà không sinh ra nhiệt lượng lớn Các nhà sản xuất có thể thay ựổi màu sắc của ánh sáng bằng cách sử dụng các hợp chất huỳnh quang khác nhau

* đèn huỳnh quang cải tiến: đèn huỳnh quang T8-36W DELUX

Sử dụng 100% bột huỳnh quang ba phổ, ựộ hoàn màu cao cho ánh sáng trung thực tự nhiên Sử dụng dây tóc xoắn 3, tăng trữ lượng bột ựiện tử, giúp bóng ựèn dễ sáng, tăng hiệu suất phát quang, tăng tuổi thọ bóng ựèn Áp dụng công nghệ tráng bột nước và phủ lớp bột oxắt nhôm ( Al2O3) bảo vệ, tăng tuổi thọ của ựèn, giảm hiện tượng suy giảm quang thông Sử dụng vòng chắn ựiện cực giúp ngăn chặn sự bắn phá của tia tử ngoại và hạt ựiện tử chống hiện tượng ựen ựầu ựèn

Ưu ựiểm: Sáng hơn 20% nhờ hiệu suất quang cao, ánh sáng trung thực tự

nhiên ( Ra>80) Tiết kiệm 25% ựiện năng khi dùng ựồ bộ với balát ựiện tử Rạng đông Tuổi thọ cao, giảm chi phắ thay thế, lắp ựặt Giảm 38% thể tắch bóng ựèn,

giảm thiểu phế thải,thân thiện với môi trường

* đèn huỳnh quang cải tiến: đèn huỳnh quang T8-36W R/B

Loại ựèn này bột huỳnh quang hai phổ, ựộ hoàn màu cao cho ánh sáng màu hồng So sánh cùng công suất với các loại ựèn khác thì bóng ựèn T8 Ờ 36W R/B phát sáng nhiều hơn ựèn T10 hơn 20% Sử dựng cả ựược chấn lưu từ và chấn lưu

ựiện tử

* đèn compact

đèn compact thực chất là loại ựèn huỳnh quang công suất nhỏ có ống thuỷ tinh bé uốn gấp hình chữ U, 2U, 3U hoặc ống xoắn thu gọn kắch thước gần bằng với bóng sợi ựốt thông thường Do kắch thước thu gọn nên trong tiếng Anh gọi là compact, hiện tại chưa có tên gọi loại ựèn này bằng tiếng việt nên vẫn dùng tên tiếng Anh hoặc phiên âm (com pắc) Bên trong ống thuỷ tinh ựược phủ một lớp bột huỳnh quang loại mới tốt hơn loại dùng trong bóng huỳnh quang thông thường trước ựây, phát ra nhiều ánh sáng hơn và phù hợp với cảm nhận của mắt người đèn này sử dụng chấn lưu ựiện tử ựể khởi ựộng và duy trì phát sáng ổn ựịnh, tạo dòng ựiện dao ựộng hàng chục ngàn lần trong một giây nên không gây hiện tượng ánh sáng nhấp nháy làm mỏi mắt như ựèn huỳnh quang thông thường đèn compact phát ra lượng ánh sáng nhiều gấp 4 - 5 lần ựèn sợi ựốt có cùng công suất Do vậy thay thế ựèn sợi ựốt bằng ựèn compact sẽ tiết kiệm ựược 80% ựiện tiêu thụ

* đèn ựiỜốt phát quang (light Ờ emitting diodes)

điỜốt phát quang (LED) là nguồn sáng bán dẫn, sẽ cung cấp lượng ánh sáng ựơn sắc (1/2 chiều rộng dài sóng khoảng 30 nm) khi có dòng ựiện một chiều chạy qua nó LED ựầu tiên ựược phát minh bởi Texas Instrument vào năm 1960 Cường

ựộ sáng của LED rất thấp và chỉ có ánh sáng ựơn sắc ựỏ Sau này cường ựộ sáng của LED ựã tăng lên rất nhiều và biên ựộ dải màu cũng tăng theo (ựỏ, cam, vàng, xanh lá, xanh dương, trắngẦ)

đến những năm cuối thế kỷ 20 và ựầu thế kỷ 21, ựèn LED tạo nên một cuộc cách mạng nhanh chóng, ựem lại nhiều tiện dụng cho các thiết bị kỹ thuật số và một dãy các thiết bị mới ựa chức năng, như tắn hiệu ra vào, ựèn nổi, ựèn giao thông, ựèn

vòm, ñèn tường, ñèn dưới nước, ñèn ngoài trời Trong những năm gần ñây, LED mới thực sự ñược quan tâm như là một nguồn bức xạ cho thực vật do tiềm năng ứng dụng thương mại của nó rất lớn (Dương Tấn Nhựt và cs., 2002)

Cơ sở của việc sử dụng ñèn LED chiếu sáng cho cây trồng là dựa trên khả năng hấp thụ các bước sóng ánh sáng của cây trồng trong quá trình quang hợp Cụ thể: Diệp lục a có 2 miền hấp thụ ánh sáng chính là dải 662 nm và dải 430 nm, diệp lục b có 2 miền hấp thụ tối ña trong aceton là dải 642 nm và dải 453 nm, phytochrome hấp thụ vùng ánh sáng hồng ngoại tại cực ñiểm 730 nm, phytochrome

hấp thụ vùng ánh sáng ñỏ tại cực ñiểm 660 nm (Yanagi et al., 2006)

Ưu ñiểm của ñèn LED: Phổ ánh sáng rõ ràng, ít tỏa nhiệt, tiết kiệm ñiện, dễ lắp ñặt, ít bị hư hỏng

Nhược ñiểm của ñèn LED: Ít sự lựa chọn, chất lượng ánh sáng, tiêu chuẩn hóa sản phẩm, giá thành cao

1.4 Những nghiên cứu sử dụng các nguồn sáng nhân tạo khác nhau trong nuôi cấy mô

1.4.1 Ở Việt Nam

Dương Tấn Nhựt và cs, năm 2003 tiến hành nghiên cứu ñáp ứng của cây dâu

tây in vitro dưới ánh sáng ñơn sắc siêu sáng ñỏ và xanh Mẫu dâu tây ñược sử dụng

trong nghiên cứu là những chồi có ba lá và ñã cắt hết rễ ñược cấy trong hệ thống Culture Pack - rock wool, môi trường không có ñường và bơm khí CO2 Cây dâu tây sinh trưởng bình thường dưới ñiều kiện chiếu sáng 90% ánh sáng LED ñỏ + 10% ánh sáng LED xanh, 80% ánh sáng LED ñỏ + 20% ánh sáng LED xanh, 70% ánh sáng LED ñỏ + 30% ánh sáng LED xanh ở cường ñộ 45 µmol.m-2.s-1 Trong ñó, dưới ñiều kiện chiếu sáng 70% ánh sáng LED ñỏ + 30% ánh sáng LED xanh, các chỉ tiêu ñánh giá sự sinh trưởng của cây dâu tây ñều tốt hơn so với các ñiều kiện chiếu sáng còn lại Cây dâu tây sinh trưởng khác nhau dưới các cường ñộ chiếu sáng khác nhau

Cùng năm 2003, Dương Tấn Nhựt và cs tiếp tục nghiên cứu sự sinh trưởng và

phát triển của cây Chuối nuôi cấy in vitro dưới nguồn ánh sáng ñơn sắc (LED) ñỏ

và xanh dương Chồi chuối (Musa paradisicacv ‘Nam Dinh’) không có rễ, chiều

dài 30-35 mm, có 3 lá ñược dùng làm mẫu cấy cho tất cả các nghiệm thức ðể kiểm tra ảnh hưởng của nguồn sáng và làm rõ tác ñộng của tỷ lệ ánh sáng LED xanh và

ñỏ lên sự tăng trưởng của cây chuối bằng cách sử dụng hệ thống ánh sáng với tỷ lệ ñèn LED khác nhau Kết quả cho thấy, cây chuối sinh trưởng và phát triển tốt dưới ñiều kiện chiếu sáng 80% ánh sáng LED ñỏ + 20% ánh sáng LED xanh và tiếp tục sinh trưởng tốt khi chuyển ra ñiều kiện vườn ươm sau ba tuần trồng ngoài vườn ươm

Nhut et al (2004) ñã tiến hành nuôi Spathiphyllum trong "môi trường Pack",

ở nồng ñộ CO2 (3000 µmol.mol-1) dưới ñèn LED chiếu sáng ánh sáng xanh và ñỏ là khác nhau Sự tăng trưởng ñược so sánh với sự tăng trưởng của cây dưới ñèn huỳnh

quang (Plant Growth Fluorescent lamps - PGF) tại cường ñộ bức xạ quang hợp

(Photosynthetic Photon Flux - PPF) 45µmol.m-2.s-1 trong 60 ngày Kết quả cho thấy tổng số chồi và trọng lượng tươi cao nhất thu ñược dưới ñèn LED chứa 80% màu ñỏ

+20% màu xanh, số chồi và trọng lượng tươi của cây in vitro dưới ánh sáng

60µmol.m-2.s-1 là cao hơn so với cây dưới 45, 45µmol.m-2.s-1 và PGF Sau khi

chuyển ra ñất 90 ngày, số chồi và trọng lượng tươi của cây con in vitro dưới ñèn

LED 80% màu ñỏ + 20% màu xanh là cao nhất so với những cây dưới ñèn khác, số chồi và trọng lượng tươi của cây dưới ánh sáng ñèn 60µmol.m-2.s-1 và75µmol.m-2.s-1 cao hơn so với dưới 45µmol.m-2.s-1 và PGF

Dương Tấn Nhựt, Nguyễn Bá Nam (2009) ñã thành công trong việc nghiên cứu "Ảnh hưởng của hệ thống chiếu sáng ñơn sắc lên sự sinh trưởng và phát triển

của cây hoa cúc" với việc sử dụng những chồi cúc (Chrysanthemum morifolium cv

“Nút”) in vitro có chiều cao 3,0 cm ñược cấy vào môi trường MS cơ bản có bổ sung

30 g/l sucrose; 8 g/l agar, 1 mg/l NAA; 0,01 mg/l BA và ñược nuôi cấy trong 4 tuần dưới các ñiều kiện chiếu sáng khác nhau: 100% LED ñỏ, 100% LED xanh, 50% LED ñỏ + 50% LED xanh, 70% LED ñỏ + 30% LED xanh, 80% LED ñỏ + 20% LED xanh, 90% LED ñỏ + 10% LED xanh và ánh sáng ñèn huỳnh quang (neon) Những chồi cúc phát triển tốt nhất dưới ñiều kiện chiếu sáng 90% ánh sáng LED ñỏ kết hợp với 10% ánh sáng LED xanh, cho trọng lượng tươi và số lá lớn nhất so với

các ñiều kiện chiếu sáng còn lại Những cây Cúc có nguồn gốc từ hệ thống chiếu sáng 90% ánh sáng LED ñỏ kết hợp với 10% ánh sáng LED xanh có khả năng sinh trưởng và phát triển tốt nhất ở ñiều kiện vườn ươm so với những cây từ các hệ thống chiếu sáng còn lại

Nguyễn Quang Thạch và cs (2011) ñã tiến hành "Nghiên cứu xác ñịnh hệ thống chiếu sáng thích hợp cho một số loại cây nuôi cấy mô" Thí nghiệm nghiên cứu trên 2 giống khoai tây: Atlantic, PO7 và 2 giống chuối: phấn vàng, tiêu hồng cho kết quả: Với giống Atlantic thì chiều cao tăng 7,6%, số lá tăng 14,8%, chỉ số SPAD tăng 19,4% và hiệu suất quang hợp thuần tăng 69,7%; Với giống PO7 chiều cao tăng 22,2 %, số lá tăng 28,7%, chỉ số SPAD tăng 5,4 % và hiệu suất quang hợp thuần tăng 38,7% ðối với cây chuối,việc sử dụng loại ñèn R/B NN - I tiết kiệm ñược 33% ñiện năng tiêu thụ

so với ñèn huỳnh quang T10 - 40W, Balast sắt từ thường ðồng thời, với giống chuối

PV chiều cao cây tăng 13,5%, số lá tăng 9,1%, chỉ số SPAD tăng 19,1% và hiệu suất quang hợp thuần tăng 166,7%; với giống chuối TH chiều cao tăng 20,8%, số lá tăng 25%, chỉ số SPAD tăng 32,4% và hiệu suất quang hợp thuần tăng 75%

Nghiên cứu tác ñộng của thiết bị chiếu sáng (ñèn sợi ñốt, ñèn HID – I, ñèn HID – II, ñèn R/B NN – I, ñèn CFL NN – II) cho cúc ở vườn nhân giống và vườn sản xuất Nguyễn Quang Thạch và cs (2012) ñã chỉ ra số ngày thu hoạch giảm, lượng ngọn tăng gấp 4 lần so với công thức không có chiếu sáng bổ sung Trong các công thức chiếu sáng bổ sung, công thức ñèn HID – II cho hiệu quả cao nhất (số ngày giữa

2 lần cắt ngọn ngắn nhất, số ngọn trung bình thu ñược cao nhất) và tiêu phí ñiện năng thấp nhất (giảm 71% sự tiêu thụ ñiện năng so với sử dụng ñèn sợi ñốt)

Nghiên cứu ảnh hưởng của ñèn LED ñỏ và LED xanh lên sự tăng trưởng của

ñịa lan nuôi cấy in vitro của Lê Thị Xuân (2012) cho thấy: Sự tăng trưởng lá, lượng

chlorophyll, trọng lượng tươi của cây ñều chịu ảnh hưởng của bức xạ LED LED ñỏ thúc ñẩy sự tăng trưởng lá nhưng làm giảm lượng chlorophyll, chlorophyll lại ñược phục hồi với LED xanh Tăng tổng trọng lượng chồi và rễ dưới LED ñỏ có bổ sung LED xanhcó thể so sánh ñược với dưới ñèn huỳnh quang (ñối chứng)

Nghiên cứu của Phan Hồng Khôi (2013) chỉ ra rằng việc dùng ñèn LED trong nông

nghiệp còn giúp cải thiện chất lượng nông sản, giúp tăng giá trị dinh dưỡng giảm nồng

ñộ nitrat của rau quả, tạo ra các sản phẩm sạch, trái vụ, có giá trị kinh tế cao

1.4.2 Trên thế giới

Sự khác nhau về quang phổ giữa các loại ñèn có vai trò quan trọng khi ñược

sử dụng trong các phòng nuôi cây, bên cạnh vai trò sử dụng cho việc cung cấp thêm ánh sáng tự nhiên (Moe, 1990) Sự phát ít ánh sáng xanh của nó có thể ñược

bù ñắp bằng bức xạ tự nhiên Khi hạn chế ánh sáng tự nhiên thì ảnh hưởng hình thái của ñèn với sự phân phối quang phổ không cân bằng hay hạn chế sẽ trở nên quan trọng hơn và ñèn có quang phổ rộng như các ñèn huỳnh quang thường ñược sử dụng nhiều hơn (Vince and Canham, 1983) Ánh sáng huỳnh quang hầu như rất hữu ích cho sự nảy mầm của cây con từ hạt cũng như cho việc kích thích sự tăng trưởng cây Tuy nhiên, ánh sáng ñèn huỳnh quang hiếm khi ñược dùng như nguồn ánh sáng

bổ sung trong nhà kính

Tác ñộng về sinh lý học của các dạng ánh sáng khác nhau và phổ ñặc trưng của chúng cũng là các nhân tố ñáng quan tâm Nhìn chung, môi trường với tỉ lệ tia ñỏ:ñỏ xa (R:Fr) thấp, chẳng hạn như dưới vòm lá, có chiều hướng ñiều khiển sự kéo dài thân, trong khi tỉ lệ R:Fr cao lại cản trở việc này (Morgan and Smith, 1981) Ánh sáng ñỏ xa có một số ảnh hưởng không mong muốn lên hình thái thực vật, bao gồm sự kéo dài thân và cản trở sự phân nhánh (Moe and Heins, 1990; Vince and Canham, 1983) Các ñèn sợi ñốt, có tỉ lệ R:Fr thấp, thường dẫn tới sự kéo dài cuống; trong khi ñèn huỳnh quang, với tỉ lệ R:Fr cao, lại tạo những cây thấp và chắc

(Rajapakseet al.,, 1999)

Kiểm soát sự kéo dài thân của cây là một kỹ thuật quan trọng trong vi nhân giống Sự kéo dài thân của cây bị ảnh hưởng bởi các nhân tố như chất lượng ánh sáng (Appelgren,1991), nhiệt ñộ, ñộ ẩm ngoại sinh Khi xử lý ánh sáng trắng kết hợp ánh sáng ñỏ và ánh sáng trắng với ánh sáng ñỏ xa, chiều dài chồi, trọng lượng tươi, ñường kính thân và tỉ lệ trọng lượng rễ/chồi lớn hơn so

với xử lý chỉ với ánh sáng trắng Các nghiên cứu của Wheeler et al., (1991) cũng cho thấy có sự giảm chiều dài thân của cây ñậu tương (Glycine max Merrill.) khi

cung cấp ánh sáng xanh

Grimstad (1991) so sánh hiệu quả tương ñối của 6 loại ñèn huỳnh quang khác nhau lên sự tăng trưởng và phát triển của cây rau diếp trong phòng nuôi cây thì thấy rằng có sự khác biệt ñáng kể về trọng lượng khô, sự tạo lá Tuy nhiên, trong nhà kính thì sự khác biệt này không ñáng kể và hầu như không có khác biệt về sự phát triển của cây trồng Trọng lượng khô cao nhất liên quan tới các nguồn ñèn phát

ra nhiều ánh sáng xanh, ñỏ cũng như ñỏ xa Các cây trồng dưới các ñèn này có hàm lượng chlorophyll trong lá cao

Chất lượng ánh sáng có ảnh hưởng ñáng kể lên sự phát triển và phát sinh

hình thái ở cây in vitro và ex vitro (Morgan and Smith, 1981; Tibbitts et al.,, 1983;

Mortensen and Stromme, 1987; Dooley, 1991) Morgan and Smith (1976) thấy rằng có mối quan hệ trực tiếp giữa sự cân bằng photon ánh sáng trên sắc tố và sự kéo dài thân ở thực vật Appelgren (1991) thấy rằng ứng dụng ánh sáng ñỏ trên ñối

tượng Pelargonium kích thích ñáng kể sự kéo dài thân, trong khi ánh sáng trắng

ức chế mạnh việc này ðiều khiển sự phát triển, phát sinh hình thái bằng cách thay

ñổi chất lượng ánh sáng là một kỹ thuật quan trọng trong vi nhân giống (Kozaiet al.,, 1992)

Murakami et al., (1991) khi khảo sát tỉ lệ dòng ánh sáng ñỏ/ñỏ xa thì nhận

thấy nóthích hợp ñể sử dụng như thước ño trong sự kiểm soát hình thái sự phát triển của thực vật dưới các ñiều kiện ánh sáng nhân tạo khác nhau Tỉ lệ 600 - 700/700 -

800 nm là một nguồn sóng chuẩn mực dùng ñể nghiên cứu các ñặc tính phát sinh hình thái Hình dạng thực vật và ñặc tính hình thái tương tự nhau dù có sự phân phối phổ ánh sáng khác nhau

Brown et al., (1995) khi nghiên cứu ảnh hưởng của ánh sáng ñến sự sinh

trưởng và phát sinh hình thái trên hồ tiêu, cho thấy: tốc ñộ tăng trưởngvà trọng

lượng khô của hồ tiêu (Capsicum annuum L.) dưới ñèn LED phát ra ánh sáng màu

ñỏ (LED Red) là tương tự so với các cây trồng dưới ñèn LED phát ra ánh sáng màu

ñỏ có bổ sung bước sóng màu xanh, hồng ngoại từ ñèn kim loại halogenua Sinh khối của hồ tiêu giảm khi ñược trồng dưới ñèn LED Red ñơn sắc so vớicây trồng

dưới ánh sáng ñèn huỳnh quang hoặc ñèn kim loại halogenua có bổ sung bước sóng màu xanh.Việc bổ sung các bức xạ hồng ngoại khiến khối lượng thân cây cao hơn khi sử dụng ñộc lập ánh sáng ñèn LED Red: dưới bước sóng màu xanh cây cho lá nhiều hơn cả Như vậy, ñèn LED là nguồn chiếu xạ rất tiềm năng cho các hệ thống nuôi trồng thâm canh, nghiên cứu quang sinh hóa

Ruey – Chi Jao et al., (2005) ñã nghiên cứu ảnh hưởng của ánh sáng ñèn LED màu ñỏ và màu xanh ñến sự tăng trưởng của cây Zantedeschia jucunda "Black Magic" (họ ráy Araceae) và sự hình thành củ in vitro dưới cùng PPF (80 ± 5

µmolm-2s-1) ở cùng chu kỳ chiếu sáng (16h sáng/8h tối) Kết quả cho thấy rằng cây ñược xử lý dưới bóng ñèn huỳnh quang (TFL) có hàm lượng diệp lục và sự tích lũy trọng lượng khô cao hơn so với cây ñược chiếu sáng bởi ñèn ñiốt phát sáng (LED) Trong phương pháp xử lý dưới ñèn LED, trọng lượng khô và tốc ñộ tăng trưởng không có khác biệt ñáng kể, nhưng hàm lượng diệp lục và chiều cao cây có sự khác biệt khi sử dụng ñèn LED có bổ sung ánh sáng màu xanh ðiều ñó cho thấy ánh sáng màu xanh ñã tham gia kiểm soát sự tăng chiều cao cây và hàm lượng diệp lục Hiện nay, ñèn LED màu xanh ñắt hơn rất nhiều so với ñèn LED màu ñỏ, từ ñó cho thấy cho thấy rằng việc sử dụng ñộc lập ñèn LED màu ñỏ và thiết bị hỗ trợ làm mát

là khả thi ñể sản xuất thương mại của cây con Zantedeschia trong ống nghiệm

Tanaka M et al., (2009) ñã nghiên cứu ảnh hưởng của ñèn huỳnh quang catốt

lạnh (Cold – Cathode Fluorescent Lamps – CCFL) cho cây Cymbidum lai nuôi cấy

in vitro - là một trong những hoa lan trong chậu phổ biến nhất ở Nhật Bản Kết quả

cho thấy ánh sáng chứa 80% màu ñỏ (R) và 20% màu xanh (B) là lý tưởng và hiệu quả nhất cho trọng lượng tươi và chiều cao cây cao nhất

Cope et al., (2013) nghiên cứu tác ñộng của ba loại ánh sáng trắng phát ra từ

ñèn LED (phát ánh sáng ấm áp, trung bình và lạnh, tương ứng với 11%, 19%, và 28% ánh sáng màu xanh) tới sự sinh trưởng, phát triển của củ cải, ñậu tương và lúa

mì in vivo Một số nghiên cứu ñã chỉ ra rằng ánh sáng màu xanh là cần thiết cho sự

tăng trưởng và phát triển bình thường, nhưng hiệu quả ảnh hưởng của ánh sáng màu xanh phụ thuộc vào loài và sự tương tác với các bước sóng của ánh sáng khác ðối

với cải củ và ñậu tương, ánh sáng màu xanh tuyệt ñối cảm ứng kéo dài thân hiệu quả hơn ánh sáng màu xanh tương ñối, nhưng ánh sáng màu xanh tương ñối hiệu quả tốt hơn ñến diện tích lá Ánh sáng màu xanh tuyệt ñối cho trọng lượng khô của

lá trên cải củ, ñậu tương và cho trọng lượng khô của chồi lúa mì cao hơn

1.5 Ảnh hưởng của phương pháp nuôi cấy thoáng khí và không thoáng khí tới cây trồng trong ñiều kiện in vitro

Trong kỹ thuật vi nhân giống, nhiều chỉ số về ñặc tính tăng trưởng và sự phát sinh

hình thái của cây in vitro và ex vitro bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố môi trường như ánh

sáng (chất lượng, cường ñộ, thời gian và hướng chiếu sáng), nhiệt ñộ, thành phần các khí (CO2, O2, H2O, C2H4) và thành phần môi trường nuôi cấy (Kozai et al., 1993)

Trong tự nhiên, thành phần khí CO2 trong không khí rất quan trọng, nó cung cấp cho cây nguồn carbon ñể quang hợp Sự giảm khí CO2 trong môi trường nuôi cấy có ñường dần dần làm cho cây quang hợp kém và dẫn tới tỷ lệ sống sót thấp khi

cây chuyển ra vườn ươm (Nhut et al., 2004)

Khả năng quang hợp và sinh trưởng của cây in vitro bị hạn chế bởi nồng ñộ

khí CO2 cung cấp cho cây trong bình nuôi cấy không ñủ trong suốt thời gian chiếu

sáng (Desjardins et al., 1988; Kozai et al., 1991)

Nồng ñộ khí CO2 trong bình thấp hơn nồng ñộ khí CO2 bên ngoài thì có thể cung cấp khí CO2 cho cây nuôi cấy bằng cách sử dụng màng Milliseal thoáng khí

Sự trao ñổi khí có thể ñược gia tăng nhiều lần bằng màng thoáng khí ñặt trên nắp hay bên thân bình nuôi cấy Khối lượng tươi, khối lượng khô, chiều cao, diện tích lá

bị ảnh hưởng bởi tương tác giữa nồng ñộ khí CO2 và tốc ñộ trao ñổi khí ở bình nuôi

cấy (Kozai et al.,1988) Khi trao ñổi khí tăng thì khối lượng tươi, khối lượng khô, chiều cao, diện tích lá và nồng ñộ chlorophyll cũng gia tăng (Jeong et al., 1996)

Tác ñộng của ñộ thoáng khí của các loại bình nuôi cấy tới cây trồng trong ñiều

kiện in vitroñã ñược nghiên cứu nhiều ở nước ngoài Theo Tanaka et al., (1988), ở

25oC, 1 atm, trong thời gian 1 giây trên cm2, túi nilon có khả năng khuếch tán 2,2 x

10-8.cm3.O2, 9,6 x 10-8 cm3.CO2 ðiều nãy chứng tỏ, túi nilon thoáng khí hơn bình thủy tinh Ở các hệ thống nuôi cấy thoáng khí, nồng ñộ ethylene và ñộ ẩm trong hệ

thống giảm, do ñó khả năng hấp thụ khoáng chất cũng như các ñặc ñiểm sinh lý của

các mẫu in vitro ñều tốt hơn so với các hệ thống bình nuôi cấy truyền thống (Kirdmanee et al., 1995) Các mẫu cấy phát triển trong ñiều kiện quang tự dưỡng

(thoáng khí tự nhiên và thoáng khí bắt buộc) cũng cho thấy tạo nhiều chồi và rễ hơn

những mẫu phát triển trong hệ thống quang dị dưỡng (Zobayed et al., 1999)

Majada J.P et al., (2000), khi nuôi cấy Dianthus caryophyllus cv Nelken

trong ống nghiệm với các khoảng thoáng khí khác nhau (ở 0,11, 0,21, 0,68 và 0,86

h-1) Kết quả cho thấy sự thoáng khí làm cho cây có lớp biểu bì dày hơn, làm giảm kích thước tế bào và gian bào so với cây trong túi không thoáng khí, giúp cứng chồi nhân

nhanh in vitro và cứng cây khi ñưa ra vườn ươm hơn, giúp cây thích nghi với ñiều kiện

Winarto B et al., (2004) nghiên cứu tác ñộng ñộ thoáng khí của túi nuôi cấy

và chất tạo gel trong môi trường nuôi cấy Kết quả cho thấy cây bị thủy tinh ñã giảm ñáng kể khi sử dụng loại nút bông và nắp nhựa

Ở trong nước, một số nghiên cứu cũng cho biết ñiều kiện nuôi cấy thoáng khí

có ảnh hưởng rõ rệt lên quá trình tăng trưởng của cụm chồi cây in vitro: trong ñiều kiện thoáng khí, cây in vitro có biểu hiện tăng về các chỉ tiêu như số lá, số rễ, trọng

lượng tươi và hàm lượng một số chất bên trong

Dương Tấn Nhựt và cs (2004a) tiến hành nghiên cứu cải tiến hệ thống nhân giống cây dâu tây bằng nuôi cấy trong túi nilon có màng thoáng khí Bình thủy tinh ñược sử dụng làm ñối chứng Kết quả cho thấy, khả năng tái sinh mô sẹo từ lá, số lượng chồi hình thành từ một cụm mô sẹo có nguồn gốc từ nuôi cấy lá trong hệ thống túi nilon ñều cao hơn so với hệ thống nuôi cấy bằng bình thủy tinh ðiều ñó chứng tỏ, sự thoáng khí của hệ thống bình nuôi cấy có vai trò quang trong trong nuôi cấy Ngoài ra, sự thoáng khí của bình giúp cho việc thải bớt lượng khí ethylene