Đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng của môi trường khoáng lên sự sinh trưởng và phát triển của cây khoai lang

Trong các loại cây lương thực có củ, khoai lang chiếm vị trí quan trọng. Trên thế giới khoai lang là 1 trong 5 cây có củ quan trọng (sắn, khoai lang, khoai mỡ, khoai sọ, khoai tây). Thành phần chính khoai lang gồm tinh bột, đường, protein, vitamin, và các chất khoáng. Khoai lang được dùng làm lương thực thực phẩm chính cho con người, làm thức ăn cho gia súc và là nguồn nguyên liệu của ngành công nghiệp chế biến: bánh kiện kinh tế còn khó khăn cây khoai lang được coi là cây trồng cứu đói nhưng hiện nay nó là một cây trồng mang lại nhiều lợi nhuận kinh tế. Ở nước ta, khoai lang là một trong bốn cây lương thực chính sau lúa, ngô, sắn. Trên thế giời, Việt Nam được xếp thứ năm về sản lượng khoai lang xuất khẩu. Tuy nhiên, năng suất còn thấp và bấp bênh do sử dụng giống đã thoái hóa, ít quan tâm đến biện pháp canh tác, sâu bệnh. Hiện nay, những giống khoai lang Nhật nổi tiếng về chất lượng cao và đã thích nghi trong điều kiện ở Việt Nam và trở thành đối tượng nghiên cứu thời sự. Sự ra đời của kỹ thuật nuôi cấy mô và tế bào thực vật từ thế kỷ 20 đã mở ra cuộc cách mạng mới trong công tác tạo giống. Kỹ thuật nuôi cấy mô và tế bào thực vật ngày càng hoàn thiện giúp cho việc nhân giống và phục hồi giống tốt hơn. Do đó việc ứng dụng kỹ thuật này vào trong sản xuất khoai lang sẽ tạo ra nhiều triển vọng mới trong việc tăng năng suất cũng như diện tích khoai lang Nhật, nhằm đáp ứng nhu cầu thị trường tiêu thụ ngày càng cao.. Mục đích của khóa luận này nghiên cứu ảnh hưởng của môi trường khoáng lên sự sinh trưởng và phát triển của cây khoai lang. Đề tài này được thực hiện tại phòng CÔNG NGHỆ TẾ BÀO THỰC VẬT- VIỆN SINH HỌC NHIỆT ĐỚI-VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM.

nó là một cây trồng mang lại nhiều lợi nhuận kinh tế

Ở nước ta, khoai lang là một trong bốn cây lương thực chính sau lúa, ngô, sắn.Trên thế giời, Việt Nam được xếp thứ năm về sản lượng khoai lang xuất khẩu Tuynhiên, năng suất còn thấp và bấp bênh do sử dụng giống đã thoái hóa, ít quan tâm đếnbiện pháp canh tác, sâu bệnh Hiện nay, những giống khoai lang Nhật nổi tiếng về chấtlượng cao và đã thích nghi trong điều kiện ở Việt Nam và trở thành đối tượng nghiêncứu thời sự

Sự ra đời của kỹ thuật nuôi cấy mô và tế bào thực vật từ thế kỷ 20 đã mở racuộc cách mạng mới trong công tác tạo giống Kỹ thuật nuôi cấy mô và tế bào thực vậtngày càng hoàn thiện giúp cho việc nhân giống và phục hồi giống tốt hơn Do đó việcứng dụng kỹ thuật này vào trong sản xuất khoai lang sẽ tạo ra nhiều triển vọng mớitrong việc tăng năng suất cũng như diện tích khoai lang Nhật, nhằm đáp ứng nhu cầuthị trường tiêu thụ ngày càng cao

Mục đích của khóa luận này nghiên cứu ảnh hưởng của môi trường khoáng lên

sự sinh trưởng và phát triển của cây khoai lang Đề tài này được thực hiện tại phòng CÔNG NGHỆ TẾ BÀO THỰC VẬT- VIỆN SINH HỌC NHIỆT ĐỚI-VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

1.1 Giới thiệu về cây khoai lang

1.1.1 Sơ lược về khoai lang

1.1.1.1 Phân loại khoa học

Tên khoa học: Ipomoea Batatas L.

Tên tiếng Anh: Sweet potato

Hình 1.1 Cây khoai lang

1.1.1.2 Nguồn gốc Khoai lang có nguồn gốc ở Nam Mỹ khoảng 5.000 năm trước Công Nguyên.Dấu tích củ khô tồn tại lâu nhất được khám phá tại Caves của Chilca Canyon thuộcPeru (Engel, 1970) Người ta cũng tìm thấy sự hiện diện của khoai lang đầu tiên tạivùng Mayan của Trung Mỹ Astin (1977) đã giả thuyết có hai trung tâm phát sinh

nguồn gốc khoai lang tại Guatamala và nam Peru Trong một số công trình khác cũngchỉ ra sự đa dạng loài khoai lang cao nhất ở Colombia, Equador và nam Peru.

Khoai lang được khám phá bởi Christophe Columbus trong cuộc thám hiểm tìm

ra châu Mỹ năm 1492 Ông đã đưa nó vào Tây Ban Nha được gọi là khoai tây Tây BanNha hay khoai tây ngọt, mãi sau này mới gọi là khoai lang

Khoai lang được mở rộng theo hai con đường: Con đường từ Tây Ban Nha giớithiệu vào châu Âu sau đó truyền tới châu Phi, vào Ấn Độ và Tây Ấn Con đường khác

do người Tây Ban Nha mang khoai lang từ vùng Trung Mỹ tới Philippines (Yen, 1982)vào khoảng năm 1521 (Obrien, 1972), sau đó tiếp tục đưa đến châu Phi (Cinklin,1963) Khoai lang được đưa về Trung Quốc từ Philippines và xuất hiện ở Phúc Kiến(Fukien) năm 1594 Con đường khác vào Trung Quốc là do người Tây Ban Nha, đưavào vùng Combatfami năm 1674 Một người Anh đưa vào Nhật năm 1615 Khoai langđược tiếp tục đưa vào Malaysia và các nước Nam Á, Đông Nam Á

Ở Việt Nam, theo nhiều tài liệu để lại như “Thực vật bản thảo”, “Lĩnh nam tạpkỷ” và “Quảng Đông tân ngữ“ của Lê Quí Đôn thì khoai lang được du nhập vào nước

ta từ Philipines vào khoảng cuối đời Minh cai trị nước ta Cây được trồng trong phạm

vi rộng giữa vĩ tuyến 40 độ Bắc đến 40 độ Nam và lên tới độ cao 2.300 m so với mặtnước biển (Đinh Thế Lộc, 1996)

Sản lượng trên đầu người lớn nhất tại các quốc gia mà khoai lang là mặt hànglương thực chính trong khẩu phần ăn, đứng đầu là quần đảo Solomon với 160kg/người/năm và Burundi với 130 kg.

Bắc Carolina, bang đứng đầu Hoa Kỳ về sản xuất khoai lang, hiện nay cung cấp40% sản lượng khoai lang hàng năm của quốc gia này

Mississippi cũng là bang chủ lực trong việc trồng khoai lang, tại đây khoai langđược trồng trên diện tích khoảng 8.200 mẫu Anh Khoai lang từ Mississippi đóng gópkhoảng 19 triệu USD vào nền kinh tế bang này và hiện nay có khoảng 150 trang trại ởMississippi trồng khoai lang Năm quận đứng đầu canh tác khoai lang ở Mississippi làCalhoun, Chickasaw, Pontotoc, Yalobusha và Panola Lễ hội khoai lang quốc gia (HoaKỳ) được tổ chức hàng năm tại Vardaman vào tuần đầu tiên của tháng 11, vàVardaman được gọi là "The Sweet Potato Capital" (tạm dịch: Thủ đô khoai lang)

Thị trấn Benton, Kentucky kỷ niệm khoai lang hàng năm cùng với Lễ hội NgàyTater vào thứ hai đầu tiên của tháng 4

 Trong nước

Ở nước ta, khoai lang là loại cây lương thực được trồng lâu đời và xếp hàng thứ

ba sau lúa và ngô Khoai lang được trồng nhiều từ Bắc chí Nam, đặc biệt là đồng bằngven biển Đây là một trong những loại cây có củ quan trọng, có khả năng thích ứngmạnh, tương đối ít sâu bệnh, trồng được trên nhiều loại đất khác nhau: nặng, nhẹ, đấtthịt, đất cát Khoai lang lại có thể trồng được nhiều vụ trong năm, dễ trồng, cho năngsuất cao, tương đối ổn định Khoai lang được trồng khắp nơi, đặc biệt ở miền Trung,Trung du phía Bắc, Đồng bằng Sông Hồng, Đồng bằng Sông Cửu Long,

Về nguồn gen thu thập và nhập nội, chương trình cây có củ quốc gia đã nhập nội

và tổ chức sưu tập nguồn gen trong cả nước trong đó có Trường Đại học Nông Lâm

Tp Hồ Chí Minh tham gia Các nguồn gen này hiện được lưu trữ tại Trung tâm Cây có

củ thuộc Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam và Trung tâm Nghiên cứu Nôngnghiệp Hưng Lộc, Viện Khoa học Nông nghiệp miền Nam gồm nhiều mẫu giống vàdòng lai

Kết quả chọn tạo giống khoai lang từ 1991-1995 của Trung tâm Nghiên cứuNông nghiệp Hưng Lộc và Trường Đại học Nông Lâm Tp Hồ Chí Minh đã tuyển chọnđược 36 dòng triển vọng có năng suất củ tươi cao và phẩm chất củ ngon; giới thiệuđược các giống khoai lang tốt như: K4, TN66, HL-4, NC1525, HL-419, HL-518 Năm1993-1994, các giống K4, HL-4, TN66 đã được Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nôngthôn công nhận (Hoàng Kim, Nguyễn Thị Sâm, Nguyễn Thị Thủy, Nguyễn ĐứcTuyến, Trương Văn Hộ và Enrique Chujoy, 1995).

1.1.2 Đặc điểm thực vật, sinh trưởng và phát triển của khoai lang

Rễ khoai lang chia làm ba loại: rễ con, rễ đực và rễ củ

Lá khoai lang là lá đơn, mọc cách, mỗi mắt một lá gồm cuống lá và phiến lá.Cuống lá dài 6 - 20 cm, có lợi cho việc sử dụng ánh sáng, giúp lá vươn lên khoảngkhông gian và có thể điều chỉnh mắt lá xoay chếch theo chiều ánh sáng để lá sử dụngánh sáng được tối đa, khắc phục nhược điểm thân nằm bò dưới mặt đất Những giốngnhiều nhánh và cuống lá to, dài sẽ có năng suất chất xanh cao Màu sắc cuống lá dogiống qui định Đa số các giống khoai lang có cuống lá màu xanh, một số khác cócuống màu tím nhạt, tím

Hoa

Hoa khoai lang mọc ở nách lá hoặc ngọn thân, hoa hình chuông có cuống dài.Hoa mọc thành chùm hay riêng rẽ Tràng hoa hình phễu màu hồng tím hay phớt hồng,bên trong nó có nhiều lông tơ và tuyến mật hấp dẫn côn trùng Một hoa gồm 5 nhị đực

và nhụy cái, nhị đực thấp hơn nhụy cái

Quả và hạt

Quả khoai lang thuộc loại quả sóc hình tròn màu nâu đen, sau khi thụ tinh mộtđến hai tháng thì quả chín và còn tùy thuộc giống và mùa vụ Một quả có từ 1 đến 4hạt, hạt có vỏ cứng, hạt dễ bị rụng khi quả chín

Khoai lang có bốn thời kỳ sinh trưởng và phát triển: Mọc mầm và ra rễ; Phâncành và tạo củ; Tăng trưởng thân lá; Phát triển của củ

Thời kỳ ra rễ và chồi xanh

Ra rễ và mọc mầm cần 15 - 25 ngày, phụ thuộc vào chất lượng dây giống và điều

Thời kỳ phân cành và hình thành củ

Từ khi trồng đến khi hoàn thành giai đoạn này khoảng 40 - 50 ngày Các nhánhtrên thân bắt đầu phát triển và bò trải dần trên mặt luống Củ hình thành khoảng 1,0 -1,5 tháng sau khi trồng tùy thuộc giống và điều kiện môi trường Đây là thời kỳ quyếtđịnh số củ trên cây; trong rễ củ bắt đầu có sự hoạt động của các bó mạch gỗ, hình thànhcác loại tượng tầng sơ cấp và tượng tầng thứ cấp để tạo củ

Thời kỳ phát triển thân lá

Thời gian từ lúc trồng đến hoàn thành thời kỳ phát triển thân lá khoảng 75 - 85ngày Ở thời kỳ này thân lá phát triển với tốc độ nhanh nhất, bò lan phủ kín mặt vàrãnh luống Sự hình thành thêm rễ củ mới là không đáng kể Nhưng những củ đã đượchình thành phát triển theo chiều dài nhanh chóng Một số củ hình thành sớm bắt đầuquá trình tích lũy chất khô

Thời kỳ phát triển củ

Từ khi trồng đến khi hoàn thành giai đoan này khoảng 90 - 105 ngày đối với cácgiống khoai lang hiện trồng phổ biến ở Việt Nam Điều kiện thuận lợi cho quá trìnhphình to của củ là có sự chênh lệch nhiệt độ ngày và đêm lớn (ban ngày nắng ấm, banđêm hơi se lạnh); nên chênh lệch nhiệt độ ngày và đêm càng lớn trong giai đoạn cuốithì năng suất củ khoai lang càng cao Đặc điểm của thời kỳ này là củ lớn nhanh trongkhi sinh trưởng thân lá giảm từ từ rồi ngừng hẳn, lá gốc già vàng và rụng dần

1.1.3 Tình hình nghiên cứu cây khoai lang

1.1.3.1 Thế giớiCây khoai lang được coi là một trong 7 loài cây lương thực quan trọng trên thếgiới và xếp quan trọng hàng thứ 5 đối với các nước đang phát triển Nó được trồng trên

hơn 100 quốc gia trên thế giới với chức năng là một nguồn thực phẩm giá trị đối vớicon người, gia súc cũng như là vật liệu thô cho các ngành công nghiệp chế biến.

Cây khoai lang tạo được lượng sinh khối và chất dinh dưỡng lớn nhất trên cùngmột đơn vị diện tích khi so sánh với bất cứ loài cây trồng nào Trong một nghiên cứutại Nhật Bản, so sánh với 20 loài trái cây và rau quả khác trong việc làm ngăn chặncũng như làm giảm lượng cholesterol thì khoai lang được xếp đầu bảng Ngoài ra khoailang còn mang tính giải độc cao đối với các loại kim loại nặng

Cây khoai lang thích nghi được với nhiều điều kiện sinh thái nông nghiệp khác nhau, nó có thể mọc ở những vùng đất nghèo dinh dưỡng cũng như những vùng đất bị khô hạn Tại Ai Cập, khoai lang được trồng ở những vùng đất khác nhau với tổng diện tích là 11.200 hectares với năng suất là 30 tấn/ha Trong vòng vài ba năm qua nhu cầu xuất khẩu khoai lang tăng lên rất nhiều nhưng Ai Cập chỉ xuất được 6.000 tấn sang châu Âu Lý do là dịch hại và bệnh đã ngăn cản việc làm cho khoai lang ở Ai Cập đạt được năng suất tối đa Trong đó bệnh virus được coi là nguyên nhân chính làm giảm năng suất Do đó, Viện Kỹ thuật Gen trong Nông nghiệp của Ai Cập (AGERI) đã áp dụng kỹ thuật nhằm cải tạo giống khoai lang gồm các bước như sau:

ü Cải tạo giống địa phương bằng việc sản xuất nguồn cây giống sạch bệnh

ü Phát triển một hệ thống nhân giống có hiệu quả có khả năng ngăn chặn sự lây lancủa virus

ü Phát triển một hệ thống phát hiện virus ở các cánh đồng trồng khoai lang

ü Ngoài ra họ còn thiết lập các hệ thống theo dõi đảm bảo chất lượng của sản phẩmkhoai lang được sản xuất ra

Kết quả nghiên cứu nuôi cấy đỉnh sinh trưởng của Castro và Andrate (1995) chỉ

ra trên môi trường MS bổ sung 0,005 mg/l NAA, 0,5 mg/l BA và 0,25 mg/l GA3 chokết quả tốt

Các nghiên cứu của Anura Hettiarachchi và Sri Lanka (1988), Castro vàAndrate (1995) trên các giống khoai lang khác nhau: Kết quả đều không thấy sự khácbiệt giữa các giống Các nghiên cứu về cây khoai lang trên thế giới rất đa dạng vàphong phú.

 Hướng nghiên cứu tạo cây khoai lang in vitro sạch virus:

Năm 1975, Alconero và ctv đã kết hợp phương pháp nuôi cấy đỉnh sinh trưởng

và xử lý nhiệt để loại trừ virus cây khoai lang Đỉnh sinh trưởng có kích thước từ 0,4 0,8 mm được cấy trên môi trường MS, bổ sung kinetin và auxin (NAA, IAA) Sau thờigian 20 - 50 ngày, đỉnh sinh trưởng hình thành mô sẹo Trong số cây con được testvirus thì có 47% không nhiễm bệnh

-Anura Hettiarachchi và Sri Lanka (1988), sử dụng môi trường MS bổ sungauxin (2,4-D), cytokinins (KN, BA), GA3 (0,1 mg/l) để nuôi cấy đỉnh sinh trưởng cây

khoai lang Đỉnh sinh trưởng với 2 - 3 lá mầm được cắt và cấy trên các môi trường có

các chất điều hòa sinh trưởng ở những nồng độ khác nhau, và đặt trong phòng nuôi cấy

2,4-D (1 mg/l) và BA (0,25 mg/l) tạo được cây con tốt hơn Trường hợp 2,4-D và KN ởnồng độ cao hơn tương ứng 2,5 mg/l và 1,5 mg/l sẽ tạo ra mô sẹo

Mervat và ctv (2009), nghiên cứu loại trừ virus đốm gợn sóng khoai lang(SPFMV) Các mẫu ngoài đồng ruộng được kiểm tra hiện diện virus bằng phương pháp

tách đỉnh sinh trưởng Những cây hình thành từ nuôi cấy đỉnh sinh trưởng tiếp tục kiểmtra virus bằng dot-ELISA Kết quả nghiên cứu cho thấy không có cây nào bị nhiễm Trong nghiên cứu ảnh hưởng của các chất điều hoà sinh trưởng đến sự nuôi cấyđỉnh sinh trưởng và nhân giống khoai lang, Iftekhar Alam và ctv (2010) đã cho thấy

Và các chồi này hình thành trực tiếp thành cây mà không phát triển mô sẹo Theo tác

giả, TDZ và BA làm cho chồi phát triển qua mô sẹo nên không dùng trong nuôi cấyđỉnh sinh trưởng

Sự tái sinh chồi khoai lang in vitro từ rễ đã được công bố bởi Hwang và cộng sự

(1983) Theo nghiên cứu này, đầu tiên các đoạn rễ kích thước 2 – 3 cm được nuôi cấylên môi trường MS biến đổi có bổ sung nồng độ muối khoáng cao, 100 mg/l meo –inositol, 2 mg/l BA, 0,1 mg/l NAA, 30 mg/l đường và 10 g/l agar Sau đó, từ các nốt rễ

sẽ tạo mô sẹo và các vùng giống như mô phân sinh để phát triển tiếp thành chồi Mườinăm sau, Berlamino (1993) đã thực hiện lại quá trình tái sinh chồi từ các nốt rễ khoai

lang in vitro trên giống Benni Azuma thông qua nuôi cấy mô lá trên môi trường MS có

bổ sung 0,5 mg/l 2,4-D và 0,1 mg/l BA và thu được tần số tái sinh là 60% với 9chồi/rễ

Chee và cộng sự (1990) cho rằng bằng cách giảm nồng độ đường trong môitrường nuôi cấy xuống còn 1,6% cùng với việc bổ sung 2,4 – D sẽ tăng cường sự pháttriển phôi Năm 1995, sự tái sinh khoai lang qua cuống lá được Desai và ctv thực hiệnthành công trên 27 giống Giai đoạn đầu, các lá được cấy lên môi trường MS có bổsung 0,1 mg/l 2,4 – D và 0,2 mg/l zeatin cho tới khi cuống lá bắt đầu phình lên (2 – 4ngày) Giai đoạn thứ hai, chúng được cấy truyền sang môi trường MS có bổ sung 0,8mg/l zeatin và đạt tần số tái sinh chồi cao

Một tần số tái sinh cây cao được thiết lập từ các mô sẹo có nguồn gốc từ các

mảnh lá khoai lang in vitro nuôi cấy trên môi trường LS có bổ sung 0,5 mg/l 2,4 – D,

3g/l dịch chiết nấm men, 50 g/l đường và chuyển sang môi trường thứ hai gồm khoáng

LS có bổ sung 2 mg/l ABA hoặc 2 mg/l AgNO3 để tái sinh thành cây (Otani và ctv,1996)

Một quy trình tái sinh cây trực tiếp gồm 2 giai đoạn cũng đã được công bố bởiPrakash và ctv (1996) Các mô cuống lá trong môi trường MS có bổ sung 2,4 – D tronggiai đoạn đầu tiên và TDZ trong giai đoạn thứ hai Công bố này cho thấy khả năng táisinh cây phụ thuộc vào kiểu di truyền, giai đoạn phát triển và hướng đặt mô cuống látrên môi trường nuôi cấy

Năm 1997, Liu và ctv đã thiết lập thành công một hệ thống hiệu quả qua nuôicấy dịch huyền phù tế bào có khả năng phát sinh phôi và tái sinh thành cây khoai langbằng cách sử dụng 2,4 – D và ABA Cũng trong năm 1997, Sihachakr đã nghiên cứuthành công hệ thống tái sinh cây khoai lang qua con đường phát sinh phôi Các nhân tốảnh hưởng đến việc tạo mô sẹo và hình thành chồi cũng đã được thực hiện Công bốnày đã cung cấp một loại môi trường cải biên trong nghiên cứu tái sinh khoai lang, môitrường SPM (Standard Sweet Potato Medium) SPM là môi trường MS có bổ sungvitamin Dtaba 100mg/l; meo – inositol 50 mg/l và 30 g/l đường Kết quả cho thấy trênmôi trường SPM có bổ sung tổ hợp của 0,5 mg/l kinetin và 0,1 mg/l 2,4 – D mô sẽ táitạo chồi

 Quang tự dưỡng:

Sự phát triển của cây khoai lang in vitro được cải thiện dưới các điều kiện vi

nhân giống quang tự dưỡng (không bổ sung đường trong môi trường nuôi cấy, cường

1.1.3.2 Việt Nam

Ở nước ta, khoai lang là loại cây lương thực được trồng lâu đời và xếp hàng thứ

ba sau lúa và ngô Khoai lang được trồng nhiều từ Bắc chí Nam, đặc biệt là đồng bằngven biển Đây là một trong những loại cây có củ quan trọng, có khả năng thích ứngmạnh, tương đối ít sâu bệnh, trồng được trên nhiều loại đất khác nhau: nặng, nhẹ, đấtthịt, đất cát Khoai lang lại có thể trồng được nhiều vụ trong năm, dễ trồng, cho năngsuất cao, tương đối ổn định Khoai lang được trồng khắp nơi, đặc biệt ở miền Trung,

Trung du phía Bắc, Đồng bằng Sông Hồng, Đồng bằng Sông Cửu Long

Về nguồn gen thu thập và nhập nội, chương trình cây có củ quốc gia đã nhập nội

và tổ chức sưu tập nguồn gen trong cả nước trong đó có Trường Đại học Nông Lâm

Tp Hồ Chí Minh tham gia Các nguồn gen này hiện được lưu trữ tại Trung tâm Cây có

củ thuộc Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam và Trung tâm Nghiên cứu Nôngnghiệp Hưng Lộc, Viện Khoa học Nông nghiệp miền Nam gồm nhiều mẫu giống vàdòng lai

Kết quả chọn tạo giống khoai lang từ 1991-1995 của Trung tâm Nghiên cứuNông nghiệp Hưng Lộc và Trường Đại học Nông Lâm Tp Hồ Chí Minh đã tuyển chọnđược 36 dòng triển vọng có năng suất củ tươi cao và phẩm chất củ ngon; giới thiệuđược các giống khoai lang tốt như: K4, TN66, HL-4, NC1525, HL-419, HL-518 Năm1993-1994, các giống K4, HL-4, TN66 đã được Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nôngthôn công nhận (Hoàng Kim, Nguyễn Thị Sâm, Nguyễn Thị Thủy, Nguyễn ĐứcTuyến, Trương Văn Hộ và Enrique Chujoy, 1995)

Hiện nay, trên lĩnh công nghệ sinh học, cây khoai lang chưa được nghiên cứunhiều ở nước ta Tuy nhiên vẫn có một số các nghiên cứu nổi bật, trong đó có nghiên

cứu của Nguyễn Mỹ Uyên và ctv (2006) khảo sát sự tăng trưởng in vitro của cây khoai lang Ipomoea batatas L trong điều kiện chiếu sáng tự nhiên

1.2 Tổng quan về nuôi cấy mô thực vật

1.2.1 Khái niệm nuôi cấy mô thực vật

Kỹ thuật nuôi cấy mô và tế bào thực vật hay nhân giống in vitro đều là thuật

ngữ mô tả các phương pháp nuôi cấy các bộ phận thực vật (tế bào đơn, mô, cơ quan)trong ống nghiệm có chứa môi trường dinh dưỡng thích hợp như muối khoáng,vitamin, đường và các chất điều hòa sinh trưởng thực vật trong điều kiện vô trùng (BùiVăn Thế Vinh, 2009)

1.2.2 Lịch sử và thành tựu trong nuôi cấy mô

1.2.2.1 Lịch sử hình thành

Vào năm 1838, hai nhà sinh vật học người Đức là Schleiden và Schwann đã đưa

ra học thuyết tế bào và nêu rõ: “ Tế bào là đơn vị cơ bản của sự sống, mọi sinh vật dùphức tạp đến cũng đều được cấu tạo từ các đơn vị rất nhỏ, đó là các tế bào”

Bảng 1.1 Các mốc quan trọng trong lịch sử nuôi cấy mô tế bào thực vật

1902

Haberlandt lần đầu tiên thực hiện nuôi cấy mô tế bào thực vật, ôngnhận thấy có sự ảnh hưởng của muối khoáng tới sự chuyển hóa tếbào

1922

Kotte và Robins nuôi cấy đỉnh sinh trưởng của rễ một cây hòa thảo

và nhận thấy sự ảnh hưởng của khoáng và glucose Tuy nhiên, sựsinh trưởng ngừng lại sau đó dù đã được cấy chuyền

đầu tiên là IAA

môi trường agar bằng cách cấy chuyền 6 tháng một lần

của nó trong việc phân chia tế bào mô thân cây thuốc lá

1957 Skoog và Miller nhận thấy sự ảnh hưởng của tỷ lệ cytokinin/auxin

lên sự biệt hóa và tái sinh cơ quan của mô sẹo thuốc lá

1954 -1959 Bắt đầu nghiên cứu tách và nuôi cấy tế bào đơn của thực vật

độc dược và tạo thành các cây đơn bội

1970

Nagata và Takebe tái tạo thành công vách tế bào trần cây thuốc lá

và mở rộng ra khả năng lai các giống khác nhau của cùng một loàithực vật và tái sinh cây mới bằng các kỹ thuật dung hợp tế bàotrần

1.2.2.2 Ứng dụng của kỹ thuật nuôi cấy mô

Phương pháp nuôi cấy mô và tế bào thực vật có ý nghĩa quan trọng đối vớinghiên cứu lý luận sinh học cơ bản, đồng thời nó có giá trị đóng góp trực tiếp cho thựctiễn sản xuất và đời sống.

Phương pháp nuôi cấy mô và tế bào thực vật được ứng dụng trong một số lĩnhvực như:

ü Lai tạo giữa những loài xa nhau về di truyền bằng phương pháp dung hợp( nuôi cấy tế bào trần )

ü Nuôi cấy tế bào thực vật trong môi trường lỏng ( nuôi cấy huyền phù tế bào)trên quy mô lớn để sản xuất các hợp chất thứ cấp như alkaloid, glucoside, các steroid(dùng trong y học), chất dính dùng trong công nghệp thực phẩm, những chất kìm hãm

sự sinh trưởng của vi khuẩn dùng trong nông nghiệp

ü Chọn lọc tế bào có những đặc tính mong muốn, cho phát triển thành cây conthay vì chọn lọc cây ngoài đồng ruộng (nuôi cấy tế bào đơn)

üSản xuất dòng cây đồng hợp tử (nuôi cấy bao phấn và túi phấn)

ü Vi nhân giống những giống cây có giá trị khoa học và thương mại

ü Bảo quản phôi và cơ quan trong điều kiện nhiệt độ thấp

ü Nuôi cấy phôi sinh dưỡng, phôi hợp tử

ü Nuôi cấy quan tự dưỡng

1.2.3 Các bước thực hiện trong vi nhân giống

Quá trình vi nhân giống được chia thành các giai đoạn sau:

1.2.3.1 Chọn lựa và khử trùng mẫu cấyKhi chọn cây mẹ phải chú ý xác định đúng cây cần nhân giống Cây mẹ phảisạch bệnh và tốt nhất là chọn cây trồng trong nhà kính hoặc trong phòng tăng trưởng

Kết quả nhân giống tốt nhất có thể đạt được khi mẫu cấy được lấy vào thời điểmsinh trưởng mạnh nhất của cây mẹ

Mục tiêu của việc khử trùng mẫu cấy là thu được một lượng lớn các mẫu cấy vôtrùng và vẫn có khả năng sinh trưởng Khử trùng bề mặt bao gồm rửa mẫu và khửtrùng mẫu cấy.

Mẫu thu được phải rửa dưới vòi nước từ 30 phút – 2 giờ, sau đó rửa mẫu bằng

xà phòng sẽ làm giảm đáng kể nguồn lây nhiễm trên mẫu cấy

Mẫu sau khi rửa sách sẽ được ngâm chìm trong dung dịch khử trùng để khử cácnguồn lây nhiễm trên bề mặt mẫu cấy Dung dịch thường sử dụng để khử trùng mẫu làhupochloride sodium 0,5 – 5,25% , cồn, hupochlorite calcium, oxy già, nitrate bạc,dung dịch bromie, clorur thủy ngân Khi thêm Tween 20 vào dung dịch khử trùng thì

sẽ làm tăng hiệu quả khử trùng vì làm giảm sức căng bề mặt giữ nước và mô thực vậtnhư vậy bề mặt mẫu tiếp xúc với chất khử trùng tốt hơn

Sau khi khử trùng, mẫu cấy phải được rửa lại vài lần với nước cất vo trùng trong

tủ cấy để sửa sạch các chất khử trùng còn bám trên bề mặt mẫu, những phần bị tổnthường phải cắt bỏ, đồng thời mẫu cấy phải được cắt theo kích thước thích hợp

Mẫu thực vật thường bị nhiễm bên trong và có thể được khử trùng bằng cách bổsung benomyl hoặc benlate 10mg/l trong môi trường nuôi cấy hoặc xử lý mẫu bằng cácchất này trước khi khử trùng

Mẫu cấy của vài loài thực vật có thể hóa nấu haowjc đen sau vài ngày kể từ khibắt đầu nuôi cấy Khi bị hóa nâu thì sự tăng sinh của mẫu sẽ bị ức chế và lâu ngày mẫu

sẽ chết Hiện tượng hóa nâu này xảy ra khi trong mẫu cấy có chứa một lượng lớn taninhaowjc các hợp chất hydroxyphenol Các mô non thường ít bị hóa nâu hơn mô trưởngthành hay mô già Hiện tượng hoại tử hoặc hóa nâu là do hoạt động của enzymeoxidase có nhân Cu( ví dụ như polyphenoloxidase và tryoxidase), nó được tổng hợp vàphóng thích tùy thuộc vào vết thương trong suốt quá trình cắt và khử trùng mẫu

Phương pháp thường được sử dụng nhiều nhất để ngăn cản hiện tượng hóa nâu

là dùng than hoạt tính để hấp thu bớt các hợp chất phenol được tiết ra Lượng thườngdùng 0,5 – 5g/l Ngoài ra còn có một số chất khác như: polyvinyl pyrolidone(PVP),acid

ascorbic, acid citric, L-cytein, hydrochlorite, 1,4 – ditheithreitol, glutathione vàmercatoethanol.

Từ kinh nghiệm thực tiễn người ta rút ra rằng để lam giảm hiện tượng hóa nâucủa mẫu cấy nên:

ü Sử dụng mẫu cấy nhỏ ở mô non Gây vết thương trên mẫu với kích thước nhỏnhất

ü Ngâm mẫu vào dung dịch acid ascorbic trong vài giờ trước khi cấy vào môitrường

ü Nuôi cấy mẫu trong môi trường lỏng có lượng O2 thấp, không có ánh sángtrong 1 – 2 tuần

ü Chuyển mẫu từ môi trường có chất kích thích sinh trưởng nồng độ thấp sangmôi trường có chất kích thích sinh trưởng nồng độ cao

ü Chuyển mẫu liên tục trong khoảng thời gian 2 – 4 tuần lể từ khi bắt đầu nuôicấy thì một lượng lớn các hợp chất phenol sẽ không tích tụ

ü Tạo thể nhân giống in vitro:

- Mẫu nuôi cấy được cấy trên môi trường chọn lọc đặc biệt nhằm mục đích

tạo thể nhân giống in vitro Có hai thể nhân giống in vitro: thể chồi , thể cắt

đốt

- Tạo thể nhân giống in vitro dựa vào đặc điểm nhân giống ngoài tự nhiên

của cây trồng Tuy nhiên, có những loài cây trồng không có khă năng nhângiống, người ta thường nhân giống bằng cách tạo cụm chồi từ mô sẹo

- Để nhân giống, trong môi trường nuôi cấy thường bổ sung cytokinin, GA3

và các chất hữu cơ khác

1.2.3.2 Nhân giống in vitro

Đây là giai đoạn quan trọng trong việc nhân giống cây trồng bằng phương phápnuôi cấy mô tế bào thực vật nhằm mục đích tăng sinh khối thể nhân giống Vật liệunuôi cấy là những thể chồi, môi trường nuôi cấy thông thường giống với môi trườngtạo thể chồi, đôi khi nồng độ chất sinh trưởng giảm thấp cho phù hợp với quá trình

nhân giống kéo dài Cây nhân giống in vitro có trạng thái sinh lý trẻ và được duy trì

trong thời gian vô hạn

1.2.3.3 Tái sinh cây hoàn chỉnh in vitro

Ở giai đoạn này cây non được tạo ra hoàn chỉnh có đầy đủ thân, lá và rễ chuẩn

bị chuyển ra vườn ươm cây Cây con phải khỏe mạnh nhằm nâng cao sức sống khi ramôi trường bình thường Các chất có tác dụng tạo chồi được loại bỏ, thay vào đó là cácchất kích thích quá trình tạo rễ điều kiện nuôi cấy tương tự với điều kiện tự nhiên bên

ngoài, một thước thuần hóa trước khi được tách ra khỏi điều kiện in vitro Sự ra rễ phụ

thuộc vào nhiều yếu tố: hàm lượng auxin nội sinh, tỷ lệ C/N, ánh sáng, sự trẻ hóa của

mẫu, kiểu di truyền Người ta thường bổ sung auxin để kích thích quá trình ra rễ in

vitro.

Đây là giai đoạn khó khăn nhất trong quá trình nhân giống vô tính Cây in vitro

nuôi cấy trong điều kiện ône định về dinh dưỡng, ánh sáng, nhiệt độ, độ ẩm Nên khichuyển ra đất, với điều kiện tự nhiên hoàn toàn khác hẳn như dinh dưỡng thấp, ánhsáng vcó cường độ mạnh, nhiệt độ cao, ẩm độ thấp, cây con dễ dàng bị stress, dễ mấtnước và mau héo

Để tránh tình trạng này, vườn ươm cây cấy mô phải mát, cường độ chiếu sángthấp, nhiệ độ không khí mát, ẩm độ cao cây non thường được cấy trong luống ươmcây có cơ chất dễ thoát nước, tơi xốp, giữ được ẩm, trong những ngày đầu cần phảiđược phủ nylon để giảm quá trình thoát nước ở lá( thường 7 – 10 ngày kể từ ngày cấy)

rễ được tạo ra trong quá trình cấy mô sẽ dần dần bị lụi đi và rễ mới xuất hiện, cây con

thường được xử lý với chất kích thích ra rễ bằng cách ngâm hay phun lên để rút ngắnthời gian ra rễ.

1.2.4 Vai trò các chất điều hòa sinh trưởng trong nuôi cấy mô

Chất điều hòa sinh trưởng hoạt động với liều lượng rất thấp, ở liều lượng caochúng trở nên độc, điều này cho phép một vài chất kích thích tố được sử dụng như cácchất diệt cỏ

Các chất điều hòa nội sinh có thể được kiểm soát do cơ chế chuyển hóa của tếbào nên chúng được khảo sát hoặc đào thải khá nhanh Ngược lại, các chất điều hòatổng hợp tồn tại lâu hơn nhiều nên thường được sử dụng cho các ứng dụng thực tế

Có 5 nhóm chất điều hòa quan trọng trong nuối cấy mô thực vật: auxin,cytokinin, gibberillin, abscisic acid và etylen

1.2.4.1 AuxinAuxin là hợp chất có nhân indole, gồm có 2 loại là auxin có nguồn gốc nội sinh

do thực vật tạo ra ( IAA) và auxin tổng hợp do con người tạo ra (IBA, NAA, 2,4-D, …)

Auxin can thiệp vào nhiều hiện tượng sinh lý, hoạt động của nó tùy thuộc vàonồng độ và tác động hỗ trợ của chúng với các chất điều hòa sinh trưởng khác

Auxin tác động lên sự kéo dài tế bào Hiệu quả này là sự nối tiếp cho sự gia tăngtính đàn hồi của thành tế bào và cho sự xâm nhập của nước vào bên trong tế bào, sựcăng của thành tế bào giảm đi và tế bài kéo dài ra

Auxin thay đổi tính thẩm thấu của màng tế bào, sự thay đổi này thể hiện bằng

Auxin tác động lên các quá trình chuyển hóa, đặc biệt nhất là sự tổng hơp ARNribosome

Auxin kích thích sự phân chia tế bào một cách đặc biệt trong quá trình hìnhthành mô sẹo và sự hình thành rễ bất định Auxin cũng ức chế sự phát triển của chồinách và sự hình thành phôi sinh dưỡng trong môi trường nuôi cấy mô sẹo.

Tất cả cây trồng đều tổng hợp auxin tùy theo giai đoạn phát triển của chúng.Auxin được tổng hợp ở lá non, trong các chồi đang hoạt động, ở phát hoa, ở các quảcòn non và lưu thông từ đỉnh xuống phía dưới với một sự phân cực được nhìn thấy rõtrên các cơ quan thực vật còn non Nhưng trong quá trình vận chuyển này, chúng bịoxy hóa do các hoạt động của các enzyme auxin-oxidase, điều này cho thấy nồng độauxin luôn cao hơn ở những vùng tổng hợp ra chúng

1.2.4.2 CytokininCytokinin (gồm Kinetin, IBA, Zeatin và 2-iP) được phát hiện sau auxin vàgibberellin Người ta biết rằng trong môi trường nuôi cấy, việc bổ sung cytokinin sẽ tạođiều kiện thuận lợi cho sự phân chia tế bào và hình thành chồi Cytokinin là các hợpchất adenin được thay thế, có 2 nhóm cytokinin nội sinh được biết đến là Zeatin vàIBA, ngoài ra còn có 2 nhóm cytokinin tổng hợp được sử dụng nhiều nhất trong môitrường nuôi cấy mô thực vật là Kinetin và BAP

Cytokinin có vai trò trong sự tạo cơ quan thực vật, chúng kích thích mạnh mẽ

sự thành lập chồi non, ngược lại chúng là chất đối kháng với sự tạo rễ

Cytokinin kích thích quá trình chuyển hóa, bảo vệ các chất chuyển hóa chống lạitác dụng của enzyme phân giải, làm chậm quá trình lão hóa

Các chồi nách được xử lý bằng cytokinin sẽ phát triển và cạnh tranh với cácchồi ngọn

Tóm lại, cytokinin giúp duy trì sự sống của mô, kích thích sự phân chia tế bào

và định hướng tế bào trong quá trình phân hóa, tạo điều kiện nuôi cấy in vitro

1.2.4.3 Gibberellin

Gibberellin cũng như auxin, đã nổi bật rất lâu trước khi được nhận dạng Chấtgibberellin đầu tiên được nhận dạng là GA3 đây là các chất có cấu trúc nội sinh.

Tất cả các gibberellin thể hiện một nhân giống nhau, chúng có sự khác nhau bởichất lượng và vị trí các chất thế trên nhân

Tính chất chính của gibberellin là sự kéo dài của các đốt thân Tác động nàycũng có thể áp dụng trên các cuống hoa và điều này cho phép có một sự chín tốt hơnhoặc những phát hoa phát triển hơn( trên các loài nho có chùm nhiều trái, chấtgibberellin cho phép làm các chùm nho thưa trái, thoáng hơn)

Trong nuôi cấy in vitro, gibberellin có tác dụng đối với nhiều đỉnh sinh trưởng,

nếu thiếu gibberellin đỉnh sinh trưởng thể hiện một dạng hình cầu, tạo nên các mắt cây

Các gibberellin cũng có tác động trên sự đậu trái của các trái không hạt, chằnghạn trái lê, quýt, mận và một vài loại cây khác

Một hoạt động cũng phức tạp trong hiện tượng làm thức giấc các chồi, mầm ngủtrên các hạt giống Hiệu quả này sẽ làm thuận lợi cho sự nảy mầm hoặc là để thay thế

sự lạnh và để thu được một sự tăng trưởng tốt

1.2.4.4 EtylenGia tăng quá trình rụng lá và trái được sử dụng cho phép thu hoạch cơ giới trái(ví dụ: trái olive, cerise, )

Tính cảm ứng hoa trên cây trồng thuộc họ dứa

Tác động làm thuận lợi cho sự tạo củ

Tất cả các bộ phận của cây đều có khả năng tổng hợp etylen, nơi sản xuất quantrọng nhất là trái cây, kế đến ở mức độ kém hơn là hoa, cũng như chúng có ở các cơquan thực vật bị chấn thương

1.2.4.5 Abscisic acid

Abscisic acid (ABA), một loại hormone thực vật gây nên sự rụng lá và quả cũngnhư sự miên trạng thường được sử dụng trong nuôi cấy phôi.

này nó đã ảnh hưởng trên sự đóng các lỗ khí khổng của lá

Khi áp dụng trên các cây ngắn ngày được nuôi cấy bằng chu kỳ sáng thích hợp,

nó có thể hoàn toàn (như cây Volubilis) hoặc từng phần bị ức chế (như cây

Chenopodium rubrum) thậm chí kích thích sự ra hoa (như cây Plumbago) Áp dụng

trên các cây dài ngày, nó có thể ức chế sự ra hoa trong chu kỳ sáng thuận lợi chẳng hạn

như cây Equinard , Lolium tenmulentum).

Trong nuôi cấy mô, acid abscisic ít được sử dụng, một phần tùy theo loại cây vàphần khác tùy các điều kiện nuôi cấy, chất này sẽ gây nên các phản ứng rất khác nhau

và giải thích một cách khó khăn

Tóm lại, trong nuôi cấy in vitro, sự chế ngự của kỹ thuật sẽ vượt qua các sự cân

bằng giữa chất điều hòa với nhau và trong số đó có hai chất chính mà vai trò tạo cơquan là cơ bản: auxin và cytokinin Theo Skoog:

ü Nếu tỷ lệ auxin/cytokinin cao, người ta thu được chức năng sinh tạo rễ Nếu tỉ

lệ auxin/cytokinin thấp, mô sẽ phát triển về phía chức năng sinh tạo thân

ü Nếu tỉ lệ này gần một đơn vị người ta sẽ thu được sinh tạo mô sẹo

1.2.5 Các yếu tố ảnh hưởng lên quá trình hình thành và phát triển của cây nuôi cấy in vitro

Trong điều kiện nuôi cấy in vitro, các yếu tố ảnh hưởng lên sự phát triển của cây

bao gồm các yếu tố hóa học lẫn vật lý

1.2.5.1 CarbonCarbon là một nguồn dinh dưỡng quan trọng có ảnh hưởng đến sự phát triển,phân chia và tăng sinh khối của mô, tế bào thực vật Trong tự nhiên, nguồn carbon này

được cây lấy từ không khí (CO2) thông qua quá trình quang tự dưỡng nhờ ánh sáng mặttrời và tổng hợp nên các thành phần của tế bào.

Trong điều kiện in vitro, ban đầu các mô, tế bào thực vật không có khả năng tự

tổng hợp hoặc khả năng tổng hợp tế bào kém nên ta phải bổ sung các loại đường để

cung cấp carbon cho cây in vitro Thông thường, đường saccharose tạo nên nguồn

carbon tốt nhất Việc trải qua quá trình khử trùng trong nồi hấp autoclave gây ra việcphân hủy đường do sự thủy phân, nhưng điều này không thể hiện điều bất lợi nào đến

sự phát triển của thực vật

1.2.5.2 VitaminViệc sử dụng các vitamin khác nhau thường làm thuận lợi cho sự phát triển của

cây nuôi cấy in vitro

Các vitamin vẫn thường được sử dụng trong quá trình nuôi cấy mô tế bào thựcvật thuộc nhóm B như:

ü B1 hoặc Thiamin: Phân hủy trong autoclave, nhưng các chất bị phânhủy này cũng có tác động lên sinh trưởng của mô như chưa phân hủy

ü B6 hoặc Pyridoxine

ü Biotin

ü Pantotheate Canxi

ü Myo – inositol1.2.5.3 Ánh sángÁnh sáng mang ý nghĩa là yếu tố năng lượng Quá trình tổng hợp các hợp phầnCarbon của một cơ thể tự dưỡng như thực vật thông qua quá trình quang hợp, thế

nhưng trong điều kiện nuôi cấy in vitro, mức độ quang hợp của cây tương đối thấp và

các cấu phần của cây được tạo thành chủ yếu nhờ sự bổ sung dinh dưỡng trong môi

trường nuôi cấy Người ta cũng đã nghiên cứu và nhận thấy khả năng kéo dài thân câythông qua tác động của ánh sáng trong quá trình nuôi cấy nhờ hệ thống phytochromecủa thực vật (Jabben, 1980).

1.2.5.4 Nhiệt độMỗi một loài cây có một khoảng nhiệt độ thích hợp cho sự sinh trưởng và pháttriển Thậm chí, sự chênh lệch nhiệt độ giữa các chu kỳ sáng tối cũng có những ảnhhưởng lớn đến quá trình phát triển của cây Những nghiên cứu về ảnh hưởng của sựchênh lệch này đã được Kozai và cộng sự tiến hành và đưa ra kết quả vào năm 1992

trên đối tượng là cây khoai tây in vitro.

1.2.5.5 Độ ẩmTrong môi trường nuôi cấy in vitro, độ ẩm luôn duy trì ở mức cao, độ ẩm tươngđối khoảng 90-95% Áp suất hơi bên trong mặt lá gần cân bằng với môi trường xung

quanh dẫn đến tình trạng cây con in vitro bị thiểu năng khí khổng, nhiều khi bị tiêu

biến lông sừng và cây dễ bị mất nước khi đưa ra vườn ươm Đây cũng là một hạn chế

trong nuôi cấy mô tế bào thực vật trong điều kiện in vitro Hiện nay nhiều hệ thống

thoáng khí đã được nghiên cứu, một phần cũng để giảm bớt hiện tượng bất lợi trên

1.2.5.6 Không khíThực vật có khả năng quang hợp, thế nên trong bình nuôi cấy luôn có sự thayđổi nồng độ CO2 và O2 theo chu kì sáng, tối là do hoạt động quang hợp và hô hấp của

mô thực vật

Trong bình, còn có sự phóng thích ethylene từ mẫu cấy Chính sự hình thànhethylene cũng đã gây ra những ảnh hưởng xấu lên sự phát triển bình thường của câynhư làm giảm sự mở lá, làm ngắn chồi, cây hướng ngang đất,…

1.3 Môi trường khoáng đối với sự phát triển của thực vật

1.3.1 Các nguyên tố trong cơ thể thực vật

Thưc vật là sinh vật tự dưỡng, chúng có thể sống trong môi trường vô cơ hoàntoàn, lấy CO2 từ khí quyển (qua lá), nước và các chất khoáng từ đất (qua rễ).

C, O và H là thành phần của mọi chất hữu cơ, chiếm trên 90% trọng lượng khô:

Các nguyên tố được cho vào các môi trường dinh dưỡng nhân tạo ở dạng ion và

tỉ lệ thích hợp

1.3.2 Vai trò của các nguyên tố thiết yếu

 Các nguyên tố đa lượng

Các chất dinh dưỡng đa lượng được dùng làm thành phần của các chất hữu cơ,

biến đổi tính thẩm thấu của màng Vài chất dinh dưỡng đa lượng cũng hoạt hóaenzyme

Các chất dinh dưỡng đa lượng và vi lượng đều có vai trò vi lượng (điều hòa hoạtđộng enzyme) Thực vật chỉ cần một lượng nhỏ chất khoáng, tuy nhiên việc thiếu mộtnguyên tố thiết yếu sẽ gây những rối loạn biến dưỡng, dẫn tới hiện tượng thiếu dinhdưỡng đặc trưng Trong thiên nhiên thực vật có thể thiếu đồng thời vài nguyên tố Một

số bệnh do virus hay vi sinh vật cũng gây những hiện tượng tương tự

 N (nitrogen)

N là thành phần của acid amin, nucleotid, hormon, coenzyme,

Thiếu N, sườn carbon không được dùng cho sự tổng hợp các hợp chất nitrogen(tỉ lệ C/N cao), khiến lá bị hóa vàng (đặc biệt là các lá già ở gốc cây) hay có mày đỏ,cây chậm phát triển, thân mảnh và thường hóa gỗ

 P (phosphor)

P là thành phần của ATP, phospholipid, acid nucleic, coenzyme

Thiếu P, cây non giảm sinh trưởng (thân mảnh, nhưng không hóa gỗ), chậmphát triển, lá hóa vàng (thường ở ngọn, phần này trở nên vàng và khô, trong khi ở gốchầu như còn màu xanh lục đậm)

 K (potassium)

K có vai trò trong sự cân bằng ion (điều hòa thế thẩm thấu), cử động khí khổng,hoạt hóa vài kinase (chuyển nhóm phosphat từ chất này sang chất khác), tổng hợppolyholosid và protein

Thiếu K, cây thường tích tụ các acid amin, lá hóa vàng (các đốm vàng xuất hiện ở ngọn

và mép lá, giữa các gân, sau đó phát triển thành hoại mô), lá có thể xoắn và nhăn, thânmảnh và yếu ớt với những lóng ngắn bất thường Vì K rất linh động và được huy độngmạnh bởi các lá non, nên triệu chứng xuất hiện trước ở các lá già ở gốc

 S (sulfur)

S là thành phần của cystein, cystin, methionin, acid lipoic, coenzyme A, thiaminpyrophosphat, glutathion, biotin,

Thiếu S, cây có nhiều hiện tượng giống sự thiếu nitrogen: lá hóa vàng, chậmphát triển và tích tụ anthocyanin Tuy nhiên, sự hóa vàng của lá là do thiếu sulfurthường xảy ra trước ở các lá non, vì sulfur khó được huy động tới các lá non

 Ca (calcium)

Ca có trong vách tế bào, thoi phân chia, là yếu tố phụ của vài enzyme thủy giảiATP và phospholipid, cần cho hoạt động bình thường của màng và đặc biệt là thông tinthứ cấp cho nhiều phản ứng đáp lại các dấu hiệu của môi trường và hormon Ngược với

Thiếu Fe, hiện tượng vàng lá bắt đầu ở các lá non Sắt ít di động, do trầm hiệntrong các lá già ở dạng oxide hay phosphat, hay do tạo phức với phytoferritin, mộtprotein dính với sắt.

 B (bor)

B liên quan trong sự tổng hợp acid nucleic, các phản ứng hormon và các chứcnăng của màng, trong sự vận chuyển carbohydrat (borat thành lập các phức hợp với vàicarbohydrat), và trong sự dùng calcium cho quá trình thành lập vách

Thiếu B, sự phân chia tế bào bị cản, sự hoại mô đen xảy ra ở lá non (chủ yếu ởgốc lá), nụ hay củ; trái và rễ phù to; cây có thể mất ưu tính ngọn và phân nhánh nhiều(tuy nhiên ngọn nhánh bị hoại mô ngay sau đó)

 Mn (mangan)

Mn cần cho sự quang hợp và hoạt động của nhiều enzyme, đặc biệt là cácdehydrogenase và decarboxylase trong chu trình acid tricaboxylic

của các vết hoại mô nhỏ

 Zn (kẽm)

Zn cần cho hoạt động của nhiều enzyme (như alcol dehydrogenaze) tổng hợpauxin và diệp lục tố

Thiếu Zn, sự tăng trưởng lóng giảm (cây có dạng hoa hồng) vì sự tổng hợpauxin bị xáo trộn Lá nhỏ và vặn vẹo, bìa lá nhăn; hiện tượng vàng lá xảy ra ở lá già(bắp , lúa miến, đậu) dẫn tới sự phát triển của các vết hoại mô trắng.

 Mo (molypden)

Mo là thành phần của nitrat reductase

Thiếu Mo, có hiện tượng vàng lá và hoại mô ở các lá già; hoa rụng sớm haykhông thành lập được Ở vài loài thực vật (bông cải), lá không bị hoại mô nhưng xoắn

và chết sau đó Hiện tượng thiếu nitrogen xảy ra nếu nguồn nitrogen là nitrat

 Cl (chlor)

Cl cần cho sự quang hợp (như Mn) và sự phân chia tế bào của lá và rễ

Thiếu Cl, hiện tượng vàng lá và hoại mô xảy ra, dẫn tới sự héo của ngọn lá, lá

có màu đồng và phát triển chậm, rễ dày lên ở vùng gần ngọn Cl dễ hòa tan và thườngsẵn sàng trong đất, nên sự thiếu Cl ít xảy ta trong tự nhiên

Tóm lại, sự thiếu các chất khoáng làm thực vật giảm sinh trưởng Các hiệntượng thiếu dinh dưỡng thấy được bằng mắt là những chỉ dẫn khác chính xác cho nôngnghiệp, giúp ta biết nhu cầu sinh dưỡng cần bổ sung cho cây trồng

Mặt khác, các hiện tượng thiếu còn giúp ta biết tính linh động của nguyên tố.Khi nguyên tố di chuyển dễ dàng (N, P, K), các hiện tượng thiếu xảy ra ở các lá giàtrước ; ngược lại, khi nguyên tố bất động (B, Fe, Ca) các hiện tượng thiếu được thấy ởcác lá non trước Các hormon thực vật, đặc biệt là cytokinin liên quan tới tính linhđộng của các nguyên tố

2.1 Giới thiệu các bước trong nhân giống cây khoai lang in vitro từ đốt thân