Luận văn thạc sỹ nghiên cứu nhân giống khoai mán vàng của huyện Cẩm Thủy tỉnh Thanh Hóa bằng phương pháp nuôi cấy invitro

Luận văn thạc sỹ nghiên cứu nhân giống khoai mán vàng của huyện Cẩm Thủy tỉnh Thanh Hóa bằng phương pháp nuôi cấy invitroLuận văn thạc sỹ nghiên cứu nhân giống khoai mán vàng của huyện Cẩm Thủy tỉnh Thanh Hóa bằng phương pháp nuôi cấy invitroLuận văn thạc sỹ nghiên cứu nhân giống khoai mán vàng của huyện Cẩm Thủy tỉnh Thanh Hóa bằng phương pháp nuôi cấy invitroLuận văn thạc sỹ nghiên cứu nhân giống khoai mán vàng của huyện Cẩm Thủy tỉnh Thanh Hóa bằng phương pháp nuôi cấy invitro

LUẬN VĂN THẠC SĨ NÔNG NGHIỆP

Chuyên ngành: Trồng trọt

Mã số: 60.62.01

Người hướng dẫn khoa học: TS Lê Hữu Cần

Thanh Hóa – 2012

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học của riêng tôithực hiện trong năm 2012 Các số liệu và kết quả nêu trong luận văn này là trungthực và chưa từng được ai công bố trong bất kì công trình nào khác Công trìnhđược sự hướng dẫn của TS Lê Hữu Cần

Tôi xin cam đoan rằng, mọi sự trích dẫn và giúp đỡ trong luận văn này đãđược thông tin đầy đủ và trích dẫn chi tiết và chỉ rõ nguồn gốc

Tác giả luận văn

Lê Thị Thao

i

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành bản luận văn này, trước tiên tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS Lê Hữu Cần, người đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, chỉ bảo và tạo mọi điều kiện giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn tốt nghiệp này

Tôi xin bảy tỏ sự biết ơn tới Ban giám hiệu, đặc biệt là các thầy cô, cán bộ phòng nuôi cấy mô tế bào thực vật khoa Nông - Lâm - Ngư nghiệp Trường Đại học Hồng Đức Thanh Hoá

Tôi xin chân thành cảm ơn gia đình, bàn bè đã tạo điều kiện giúp đỡ động viên tôi trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn này Một lần nữa cho phép tôi bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến tất cả những sự giúp đỡ quý báu này

Tác giả luận văn

Lê Thị Thao

MỞ ĐẦU ………

1.1 Đặt vấn đề ………

1.2 Mục tiêu của đề tài

1.3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

1.3.1 Ý nghĩa khoa học ……….

1.3.2 Ý nghĩa thực tiễn ……….

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1 1 3 3 3 3 4 ii

1.1 Giới thiệu chung về cây khoai môn - sọ

1.1.1 Nguồn gốc, lịch sử phát triển và phân bố cây khoai môn -sọ

1.1.2 Đặc điểm thực vật học và phân loại cây khoai môn -sọ

1.1.2.1 Phân loại cây khoai môn -sọ

1.1.2.2 Đặc điểm thực vật học của cây khoai môn - sọ ……….

1.1.3 Yêu cầu sinh thái ……….

1.1.4 Giá trị dinh dưỡng, giá trị kinh tế và sử dụng của cây khoai môn -sọ……….

. 1.1.4.1 Giá trị dinh dưỡng của khoai môn - sọ ……… …

1.1.4.2 Giá trị kinh tế và sử dụng của khoai môn - sọ ……….

1.2 Tình hình sản xuất khoai môn - sọ ở trên thế giới và ở Việt Nam

1.2.1 Tình hình sản xuất khoai môn - sọ ở trên thế giới ………

1.2.2 Tình hình sản xuất khoai môn - sọ ở Việt Nam ………

1.3.Tình hình nghiên cứu mô tế bào thực vật ……….

1.3.1 Lịch sử phát triển … ………

1.3.1.1 Giai đoạn khởi xướng (1898 – 1930) ………

1.3.1.2 Giai đoạn nghiên cứu sinh lý (1930 - 1950) ………

1.3.1.3 Giai đoạn phát sinh hình thái (1950 - 1960) ………

1.3.1.4 Giai đoạn nghiên cứu di truyền (1960 - nay) ……… …

1.3.2 Khái niệm nhân giống invitro

1.3.3 Cơ sở khoa học của phương pháp nuôi cấy invitro

1.3.3.1 Tính toàn năng của tế bào 1.3.3.2 Sự phân hoá và phản phân hoá tế

4 4 4 6 9 9

11 11 12 13 13 15 17 17 17 18 18 19 20 20 20 21 22 23 30 30 31 33

và Việt Nam ……… 1.3.8 Ứng dụng nuôi cấy mô trong chọn tạo và nhân giống khoai môn - sọ ……….

CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ……… 2.1 Đối tượng, hoá chất và phạm vi nghiên cứu ………

cứu………

2.1.2 Phạm vi nghiên cứu ………

…

2.2 Nội dung nghiên cứu ……… .

2.2.1 Nghiên cứu thời gian khử trùng thích hợp đối với mẫu nuôi cấy… 2.2.2 Xác định các biện pháp nhân nhanh thích hợp cho cây khoai Mán Vàng

2.2.2.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của tổ hợp BAP và α - NAA đến khả năng

34

35

38

40404040404040

4040404040404141414141414548

nhân chồi ……… .

2.2.2.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của tổ hợp Adenine sulfat, BAP và α - NAA đến khả năng nhân chồi……… .

2.2.2.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của tổ hợp TDZ và BAP đến khả năng nhân nhanh chồi………

2.2.2.4 Nghiên cứu môi trường ra rễ tạo cây hoàn chỉnh………

2.2.2.5 Nghiên cứu tạo củ invitro ………

2.3 Phương pháp nghiên cứu ………

2.3.1 Thời gian, địa điểm và phạm vị nghiên cứu của đề tài ………

2.3.2 Thiết kế thí nghiệm ………

2.3.2.1 Phương pháp bố trí thí nghiệm ………

2.3.2.2 Các thí nghiệm nuôi cấy invitro ………

2.3.4 Các chỉ tiêu theo dõi ………

2.3.5 Phương pháp theo dõi và xử lý số liệu ………

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ……… .

3.1 Kết quả của phương pháp khử trùng tạo vật liệu vô trùng đưa vào nuôi cấy

3.1.1 Ảnh hưởng của thời gian khử trùng bằng HgCl 2 0,1% đến kết quả khử trùng ………

3.1.2 Kết quả ảnh hưởng của nồng độ NaOC l đến kết quả khử trùng… 3.2 Xác định các môi trường nhân nhanh thích hợp ………

3.2.1 Nghiên cứu xác định ảnh hưởng của nồng độ BAP kết hợp với α – NAA đến khả năng tái sinh chồi trực tiếp của mẫu cấy ………

3.2.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của tổ hợp BAP và α-NAA đến khả năng nhân nhanh chồi ………

3.2.3.Nghiên cứu ảnh hưởng của tổ hợp Adenine sulfat kết hợp với BAP và  - NAA ……….

49

49

49 50 52

52

54

58

61 62 66 70 70 70 71 71 72

3.2.4 Nghiên cứu ảnh hưởng của tổ hợp TDZ và BAP đến khả năng

………

3.3 Nghiên cứu môi trường ra rễ tạo cây hoàn chỉnh ……… .

3.4 Nghiên cứu tạo củ in vitro ……….

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN - ĐỀ NGHỊ ……… .

4.1 Kết luận ……… .

4.2 Đề nghị ………

TÀI LIỆU THAM KHẢO ………

Tài liệu tiếng Việt ………

Tài liệu tiếng Anh ………

PHỤ LỤC Hình 3.1: Ảnh hưởng của BAP và NAA đến khả năng nhân chồi khoai Mán Vàng

vii

CT3

Hình 3.2: Ảnh hưởng của Adenine sulfat, BAP và NAA đến khả năng nhân

chồi khoai Mán Vàng

Hình 3.3: Ảnh hưởng của tổ hợp BAP và TDZ đến khả năng nhân chồi

của giống khoai Mán vàng

CT3

Hình 3.5: Một số hình ảnh tạo củ khoai Mán Vàng

CT 1 CT 2 CT 3

CT 4 CT 5

DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 3.1: Ảnh hưởng của thời gian khử trùng bằng HgCl2 0,1% đếnhiệu quả khử trùng mẫu ………

Bảng 3.2: Ảnh hưởng của nồng độ NaOCl đến hiệu quả khử trùng …

Bảng 3.3: Tỷ lệ tái sinh của mẫu cấy trên môi trường tái sinh khácnhau ở giống khoai Mán Vàng nghiên cứu………

Bảng 3.4(a): Ảnh hưởng của tổ hợp BAP và α-NAA đến khả năngnhân nhanh chồi của giống khoai Mán Vàng………

Bảng 3.4(b): Ảnh hưởng của tổ hợp BAP và  - NAA đến chất lượngchồi ………

Bảng 3.5a: Ảnh hưởng của tổ hợp Adenine sulfat, BAP và α-NAA đến

hệ số nhân chồi ………

Bảng 3.5b: Ảnh hưởng của tổ hợp Adenine sulfat, BAP và α-NAA đếnchất lượng chồi ………

Bảng 3.6: Ảnh hưởng của tổ hợp TDZ và BAP đến khả năng nhân chồi

của giống khoai Mán Vàng ………

Bảng 3.7: Sự phát sinh rễ khoai Mán Vàng trên các môi trường ra rễkhác nhau ………

Bảng 3.8: Ảnh hưởng của nồng độ đường và điều kiện ánh sáng đếnviệc hình thành củ Mán Vàng in vitro ………

4850

DANH SÁCH BIỂU ĐỒ

Biểu đồ 3.1: Ảnh hưởng của thời gian khử trùng bằng HgCl2 0,1% đếnhiệu quả khử trùng

Biểu đồ 3.2: Ảnh hưởng của nồng độ NaOCl đến hiệu quả khử trùng …

Biểu đồ 3.3: Tỷ lệ tái sinh chồi mô nuôi cấy của giống khoai Mán ……

Biểu đồ 3.4: Ảnh hưởng của nồng độ BAP và  - NAA đến hệ số nhân

chồi ………

Biểu đồ 3.5 Ảnh hưởng của nồng độ Adenine sulfat kết hợp với BAP

và  - NAA đến hệ số nhân chồi………

Biểu đồ 3.6: Ảnh hưởng của nồng độ TDZ kết hợp với BAP đến hệ sốnhân chồi………

Biểu đồ 3.7: Ảnh hưởng của môi trường ½ MS và MS đến số rễTB/cây ………

Biểu đồ 3.8: Ảnh hưởng nồng độ đường và điều kiện ánh sáng đến số

củ con TB/cây………

495053

MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề

Trong các loài cây trồng có củ thì khoai môn, sọ (Colocasia esculenta) là

một loài cây trồng truyền thống của khu vực Nam Á và Đông Nam Á nói chung,của Việt Nam nói riêng Theo nhiều tài liệu nghiên cứu khoai môn, sọ là mộttrong những loài cây trồng cổ xưa nhất, được phát hiện và thuần hoá từ cách đâyhơn 5000 năm Cùng với thời gian, loài cây trồng này ngày càng trở nên phổbiến và đã trở thành cây trồng có vị trí quan trọng không thể thay thế trong cơcấu cây trồng của nhiều quốc gia

Khoai môn, sọ được canh tác với nhiều mục đích khác nhau: Củ khoaimôn, sọ sử dụng để chế biến nhiều món ăn ngon và bổ dưỡng hoặc được dùnglàm nguyên liệu cho công nghiệp chế biến; thân lá cây được sử dụng làm thức

ăn chăn nuôi và hầu hết các bộ phận của cây đều có tác dụng như những loạidược thảo thiên nhiên trong các bài thuốc cổ truyền Do nhu cầu lớn của thịtrường với loài cây trồng này, mà diện tích canh tác và sản lượng của khoaimôn, sọ trong những năm qua không ngừng gia tăng Theo thống kê của tổ chứcNông lương thế giới (FAO) trong vòng 10 năm từ 1992 - 2002, diện tích canhtác khoai môn, sọ trên toàn thế giới đã tăng lên 5,8% và sản lượng tăng 7,1%.Con số này được dự đoán là sẽ tiếp tục gia tăng trong thời gian tới(http://www.FAO.org/)

Ở nước ta, khoai môn, sọ là loại cây có củ có ưu điểm là có thể tận dụngđược đất ở ven suối, chân đồi, đất lầy thụt Hơn nữa cây khoai môn, sọ lại rất ít

bị sâu bệnh nhờ đó mà tiết kiệm được chi phí và nâng cao được hiệu quả kinh tế.Nếu trồng đúng kỹ thuật cho hiệu quả kinh tế cao gấp 5 lần so với trồng lúa Vìvậy phương hướng và mục tiêu trong những năm tới là tập trung đầu tư cho câykhoai môn, sọ phát triển ở những vùng khó khăn nhưng có điều kiện thích hợpthuộc vùng Trung du, miền núi và Tây nguyên Để thực hịên được mục tiêu trên

phải tăng diện tích đi đôi với việc sản xuất, xác định cơ cấu thích hợp với từng

vùng sinh thái, tập trung nghiên cứu tốt đồng thời nhanh chóng ứng dụng cáctiến bộ khoa học mới [10]

Sản xuất cây giống khoai môn, sọ có chất lượng tốt với số lượng lớn, đápứng đủ nhu cầu sản xuất trên diện tích rộng đang là vấn đề nổi cộm, bởi lẽ khoaimôn, sọ có hệ số nhân giống thấp, củ khoai môn, sọ lại có thời gian ngủ nghỉngắn và dễ ảnh hưởng bởi điều kiện ngoại cảnh nên rất khó để giống Giải pháptối ưu để giải quyết tình trạng thiếu nguồn giống phục vụ cho sản xuất chính là

sử dụng kỹ thuật nuôi cấy mô Với nhiều đặc điểm ưu việt như cho hệ số nhâncao, chủ động được thời gian ra cây giống đồng thời có thể phục tráng và làmsạch bệnh của các dòng giống môn, sọ bị thoái hoá hoặc nhiễm bệnh, phươngpháp nhân giống bằng kỹ thuật nuôi cấy mô là một hướng đi đầy triển vọngtrong chiến lược phát triển loài cây trồng đặc sản có giá trị kinh tế cao này

Hiện nay, tại huyện Cẩm Thủy, Thanh Hóa có giống khoai Mán Vàngthuộc họ khoai môn, sọ nhóm 2, là đặc sản của địa phương Loại khoai MánVàng cho củ to và có nhiều củ con xung quanh, củ rất thơm và ngon, ruột cómàu vàng nghệ, khi ăn có hương vị riêng rất đặc biệt mà các loại khoai môn,

sọ ở vùng khác không có; Đó chính là nét đặc biệt tạo nên một sản phẩm cóđặc sản của người dân huyện Cẩm Thủy - Thanh Hóa Nhưng vấn đề màngười dân ở đây gặp khó khăn khi sản xuất là khâu bảo quản và nhân giống.Cũng giống như các loại khoai môn, sọ nói chung khoai Mán Vàng đượctrồng bằng củ con hoặc các chồi mắt được ủ nảy mầm từ củ, do đó có hệ sốnhân giống thấp, lượng củ làm giống cần nhiều mà chất lượng giống khôngđồng đều Hơn nữa củ cây khoai Mán vàng cũng có thời gian ngủ nghỉ ngắnrất khó bảo quản, nên củ nhanh bị thối nhũn, bị hà làm ảnh hưởng lớn đếnkhâu bảo quản và nhân giống, dẫn đến thiếu hụt nguồn giống để có thể trồngđại trà với quy mô lớn

Vì vậy, để góp phần bảo tồn và phát triển khoai Mán Vàng, khắc phụchạn chế trong khâu bảo quản và nhân giống, mở rộng sản xuất với quy mô lớnđáp ứng nhu cầu thực tế sản xuất ở địa phương chúng tôi tiến hành đề tài:

“Nghiên cứu nhân giống khoai Mán Vàng (Colocasia esculenta) của huyện

Cẩm Thủy - Thanh Hóa bằng phương pháp nuôi cấy invitro”; Với ưu điểmkhi sử dụng kỹ thuật nhân giống in vitro để khử trùng mầm giống, bổ sungchất dinh dưỡng đã giúp làm tăng tỷ lệ sống và kháng bệnh cho cây khoaiMán Vàng đồng thời có thể tạo được một số lượng giống sạch bệnh, có độđồng đều cao trong thời gian ngắn

1.2 Mục tiêu của đề tài

Xây dựng quy trình nhân giống khoai Mán Vàng của huyện Cẩm Thuỷ Thanh Hoá bằng kỹ thuật nuôi cấy in vitro với 4 công đoạn chính: xác định thờigian khử trùng thích hợp, tạo vật liệu khởi đầu, nhân nhanh và tạo cây hoànchỉnh để phục vụ cho thực tiễn sản xuất

-1.3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

1.3.1 Ý nghĩa khoa học

Thông qua đề tài, tìm hiểu được chất khử trùng thích hợp, vai trò củamột số chất kích thích sinh trưởng đối với quá trình tái sinh, nhân nhanh vàtạo rễ cho chồi;

Là cơ sở để hoàn thiện quy trình nhân giống cây khoai Mán Vàng củaHuyện Cẩm Thuỷ - Thanh Hoá bằng kỹ thuật muôi cấy invitro, phục vụcông tác nhân giống sạch bệnh

1.3.2 Ý nghĩa thực tiễn

- Xác định được phương pháp khử trùng thích hợp để tạo mẫu sạch

- Xác định môi trường thích hợp cho quá trình tái sinh chồi trực tiếp từmẫu cấy

- Xác định môi trường nhân nhanh hiệu quả nhất.

- Xác định môi trường ra rễ thích hợp đối với cây khoai Mán vàng

- Xác định môi trường tạo củ thích hợp đối với cây khoai Mán vàng

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Giới thiệu chung về cây khoai môn - sọ

1.1.1 Nguồn gốc, lịch sử phát triển và phân bố cây khoai môn - sọ

Cây khoai môn, sọ Colocasia esculenta (L.) Schott là cây một lá mầm thuộc chi Colocasia, họ Araceae

Nguồn gốc của cây khoai môn, sọ đang còn là vấn đề cần được tiếp tụcnghiên cứu, chưa có ý kiến thống nhất của nhiều nhà khoa học chuyên nghiêncứu về cây này Tuy nhiên, có rất nhiều minh chứng thực vật học dân tộc chothấy khoai môn, sọ có nguồn gốc phát sinh tại các dải đất kéo dài từ Đông Nam

Ấn Độ và Đông Nam Á tới Papua New Guinea và Melanesia (Kuruvilla andSingh, 1981; Matthew, 1995; Lebot, 1999) Lịch sử trồng trọt cũng bắt đầu từnhững vùng đất đó Vào khoảng 100 năm trước công nguyên khoai môn, sọ đãđược trồng ở Trung quốc và Ai Cập Trong thời tiền sử, sự trồng trọt được mởrộng tới các quần đảo Thái Bình Dương, sau đó nó được đưa tới vùng Địa TrungHải rồi tới Tây Phi Từ Tây Phi, cây trồng này được mở rộng tới Tây Ấn và tớicác vùng nhiệt đới của châu Mỹ Ngày nay, khoai môn, sọ được trồng phổ biến ởkhắp các vùng nhiệt đới cũng như ôn đới ấm áp [5], [6]

1.1.2 Đặc điểm thực vật học và phân loại cây khoai môn - sọ

1.1.2.1 Phân loại cây khoai môn - sọ

Phân loại khoa học (http://www.newcrops.uq.edu.au/listing/Colocasia

Họ (family) : Araceae

Chi (genus) : Colocasia

Loài (species) : Colocasia esculenta

Cây khoai môn, sọ thuộc chi Colocasia là một trong những chi quan trọng

nhất của họ ráy (Araceae) vì có giá trị kinh tế hơn cả Khoai môn, sọ trồng được

phân loại như loài Colocasia esculenta, một loài đa hình.

Chi Colocasia được Linnacus mô tả lần đầu tiên vào năm 1753 là Arum

colocasia và Arum esculentum (Hill, 1952) Schott (1832) trên cơ sở 2 loài của

Linnanus mô tả cũng đã đặt lại tên của hai loài này là Colocasia esculenta và

Colocasia antiquorum Hiện nay trong nghiên cứu phân loại chi Colocasia vẫn

còn nhiều tranh cãi chưa ngã ngũ Một số nhà phân loại thực vật học cho rằng có

một loài đa hình là C esculenta và ở mức độ dưới loài biết đến có C esculenta var esculenta và C esculenta var antiquorum (Ghani, 1984) Một số khác lại cho rằng chi Colocasia có một loài đa hình C.antiquorum và ở mức độ dưới loài

là C.antiquorum var typica, C.antiquorum var euchlora, C antiquorum var.

esculenta (Kumazawa et al 1956) Tuy nhiên có trường phái lại cho rằng, chắc

chắn có hai loài C esculenta và C antiquorum được phân biệt dựa vào những

đặc điểm hình thái hoa (Purseglove 1972) (Nguyễn Thị Ngọc Huệ, 2005) [5],[6]

Ở Việt Nam, đến nay tên của loài cây này trong các tài liệu hiện hànhcũng được sử dụng rất khác nhau Từ năm 1998, khi nghiên cứu đa dạng ditruyền nguồn gen khoai môn, sọ ở Việt Nam, các tác giả Nguyễn Thị Ngọc Huệ,Trương Văn Hộ, Nguyễn Văn Viết, Nguyễn Phùng Hà cho rằng giả thiết có hai

loài phụ dưới loài Colocasia esculenta là C esculenta var esculenta và C.

esculenta var antiquorum với tên gọi khoai môn và khoai sọ là có lý hơn cả.

Nguồn gen khoai môn, sọ bao gồm 3 biến dạng thực vật là khoai môn (Dasheentype) với 2n = 28, khoai sọ (Eddoe type) với 2n = 42 và nhóm trung gian Babiến dạng này có mối quan hệ khá gần gũi trong quá trình tiến hoá từ cây khoai

nước đến khoai môn và sau cùng là cây khoai sọ Nhóm khoai sọ có thể donhóm khoai môn tự đa bội mà thành hoặc do sự tái tổ hợp giữa dạng nhị bội (2x)với dạng tứ bội (4x) Ranh giới giữa 3 nhóm không rõ ràng nếu chỉ dựa vào đặcđiểm hình thái nông học

- Loài phụ C esculenta var esculenta có hai nhóm cây là nhóm khoai

nước (chịu ngập úng) và nhóm khoai môn (sử dụng củ cái và trồng trên đất cao).Hai nhóm này sử dụng củ cái để ăn, củ con để làm giống và dọc lá dùng để chănnuôi Hoa có phần phụ vô tính ngắn hơn so với phần cụm hoa đực Hầu hết cácgiống thuộc loài phụ này đều có bộ nhiễm sắc thể 2n = 28, thường được gọi làdạng nhị bội hay lưỡng bội

- Loài phụ C esculenta (L) Schott var antiquorum gồm nhóm cây khoai

sọ Nhóm này có củ cái kích thước nhỏ đến trung bình kèm theo nhiều củ con cótính ngủ nghỉ Nhóm khoai sọ phân bố rộng có thể trồng trên đất ruộng lúa nướchoặc trên đất phẳng có tưới, thậm chí trên đất dốc sử dụng nước trời Hoa cóphần phụ vô tính dài hơn phần cụm hoa đực Hầu hết các giống thuộc loài phụnày đều có bộ nhiễm sắc thể 2n = 42, thường được gọi là dạng tam bội

Ngoài ra còn có một nhóm trung gian mang nhiều đặc tính trung gian giữa

2 nhóm kể trên

Vì vậy, nên gọi nhóm cây khoai môn, sọ là chính xác nhất Để nhận biếtcác giống của hai nhóm này, cần dựa vào kết quả phân tích tổng hợp của 3 nhómđặc điểm: - Hình thái của củ cái và củ con

- Số lượng nhiễm sắc thể

- Đặc điểm hình thái hoa [5], [6], [7]

1.1.2.2 Đặc điểm thực vật học của cây khoai môn - sọ

Cây khoai môn, sọ (Clocasia esculenta) là loại cây thân thảo, thường cao

từ 0,5 đến 2,0m Cây môn, sọ gồm có một củ cái ở giữa thường nằm dưới đất, từ

đó lá phát triển lên trên, rễ phát triển xuống dưới, trong khi đó củ con (cormels),

củ nách (daughter corms) và các dải bò (stolons) lại phát triển ngang sang cácbên.

Cây khoai môn, sọ có một số đặc điểm thực vật học đáng chú ý:

- Hệ thống rễ thuộc loại rễ chùm mọc ở đốt mầm xung quanh thân củ, rễ

ngắn, phân bố chủ yếu ở tầng đất có độ sâu tối đa 1m Rễ phát triển thành nhiềutầng Số lượng rễ và chiều dài rễ phụ thuộc vào từng giống và đất trồng Một lớp

rễ trung bình có từ 25 - 30 rễ Rễ thường có màu trắng hoặc có chứaanthocianin Một số kiểu gen có cùng lúc hai loại rễ: rễ có sắc tố và không cósắc tố

- Thân củ (củ) cây khoai môn, sọ chỉ có thân giả trên mặt đất do toàn bộ

phần dọc lá trên mặt đất tạo thành Củ cái chính được coi là cấu trúc thân chínhcủa cây (được gọi là thân củ) nằm trong đất Trên thân củ có nhiều đốt, mỗi đốt

có mầm phát triển thành nhánh Sau mỗi dọc lá lụi đi thì trên thân củ thêm mộtđốt và thân củ dài thêm ra Bề mặt củ được đánh dấu bởi vòng tròn gọi là chândọc củ Đó là điểm nối của những vảy lá hoặc lá già Nhiều mầm bên phân bốtrên những đốt củ Đỉnh của củ cái chính là điểm sinh trưởng của cây Sự mọclên của cây đều bắt đầu từ đỉnh củ cái

Củ khoai môn, sọ rất khác nhau về kích thước và hình dạng tùy thuộc vào

kiểu gen, loại củ giống và các yếu tố sinh thái, đặc biệt là các yếu tố có ảnhhưởng đến thân củ như cấu trúc và kết cấu đất, sự có mặt của sỏi đá Củ cái củanhững giống đại diện trên đất cao thường tròn hoặc hơi dài, còn những giống có

củ cực dài thường là của những giống trồng ở ruộng nước và đầm lầy (bờmương, ao) Tất cả củ cái, củ con và củ nách có cấu tạo bên ngoài gần như nhau,đều có một mầm ở đỉnh và nhiều mầm nách của vô số các lá vảy trên thân củ

Giống khoai môn, sọ cả củ cái và củ con đều gồm có 3 phần: vỏ ngoài, vỏ

áo và lõi củ (thịt củ) Vỏ ngoài có thể nhẵn, sần sùi hoặc được phủ bằng nhữnglớp vảy thường có màu nâu đậm Lớp vỏ áo nằm giữa vỏ ngoài và lõi củ Vỏ áo

và lõi củ bao gồm chủ yếu là các nhu mô (parenchyma) Trong lõi củ ngoài tế

bào chứa nhiều hạt tinh bột còn có sơ củ Lượng sơ củ rất khác nhau giữa cáckiểu gen và chịu ảnh hưởng lớn của môi trường Sắc tố trong củ biến động từtrắng, vàng nhạt, vàng đậm, da cam đến hồng, đỏ và tím đỏ.

- Lá chính là phần duy nhất nhìn thấy trên mặt đất, quyết định chiều cao

của cây Mỗi lá được cấu tạo bởi một cuống lá thẳng và một phiến lá

Phiến lá của hầu hết các kiểu gen có dạng hình khiên, gốc hình tim, có

rốn ở gần giữa Phiến lá nhẵn, chiều dài có thể biến động từ 20 - 70cm và bềrộng từ 15 - 50cm Kích thước của lá chịu ảnh hưởng rất lớn của điều kiện ngoạicảnh Lá khoai môn, sọ đạt cỡ lớn nhất ở giai đoạn sắp ra hoa Màu phiến lá biếnđộng từ xanh nhạt đến tím thẫm phụ thuộc vào kiểu gen Lá có thể chỉ có mộtmàu hoặc thêm đốm hay vệt của màu khác Lá khoai môn, sọ cũng có thể bị đổimàu khi bị bệnh, đặc biệt là khi bị nhiễm virus Trên phiến lá có 3 tia gân chính,một gân chạy thẳng từ điểm nối dọc lá với phiến lá tới đỉnh phiến lá, hai gân cònlại chạy ngang về hai đỉnh của thùy lá Từ 3 gân chính có nhiều gân nhỏ nổi phát

ra tạo thành hình mắt lưới

Cuống lá của cây khoai môn, sọ thường gọi là dọc lá Trong nhu mô của

dọc lá có nhiều khoảng trống nên dọc lá thường xốp Dọc lá mập có bẹ ôm chặt

ở phía gốc tạo nên thân giả Chiều dài dọc lá biến động phụ thuộc vào kiểu gen

từ 25 - 160cm Màu dọc lá biến động từ xanh nhạt tới tím đậm, đôi khi có sọcmàu tím hoặc xanh đậm Dọc và lá không phải khi nào cũng cùng màu Bẹ củadọc thường là dạng ôm có chiều dài khoảng 1/3 chiều dài của dọc Gần lúc thuhoạch củ, dọc lá càng ngày càng ngắn lại và phiến lá cũng nhỏ đi

- Hoa của cây khoai môn, sọ thuộc hoa đơn tính đồng chu, hoa đực và hoa

cái trên cùng một trục Cụm hoa có dạng bông mo, mọc ra từ nách lá hoặc từgiữa bẹ của lá không mở Mỗi cây có thể có từ 1 cụm hoa trở lên Cụm hoa mọcđơn độc ngắn hơn cuống lá Cụm hoa cấu tạo bởi một cuống ngắn, một bông mo

và một bẹ mo Bẹ mo có màu vàng nhạt đến vàng đậm, có chiều dài khoảng20cm ôm lấy bông mo Trục bông mo ngắn hơn bẹ mo, có 4 phần: phần hoa cái

dưới cùng, tiếp đến một phần không sinh sản, trên nữa là phần hoa đực, cuốicùng là phần phụ không sinh sản, hình nhọn Hoa không có bao Hoa đực màuvàng có nhị tụ nhiều cạnh, hạt phấn tròn,bao phấn nứt rãnh Hoa cái có bầu 1 ô,vòi rất ngắn.

- Quả mọng có đường kính khoảng 3 - 5cm và chứa nhiều hạt Mỗi hạt

ngoài phôi còn có nội nhũ

Loài khoai môn, sọ là loài cây dị hợp tử, có biến dị cao Điều này đã đượcnhiều nhà nghiên cứu đề cập đến (Ivancic and Lebot 1999) Cho đến nay vẫnchưa thể mô tả được hết các kiểu biến dị hình thái của nó Trong hầu hết trườnghợp, các nhà khoa học chỉ mô tả những tính trạng quan trọng nhất và ổn định vềmặt di truyền [5], [6], [7]

1.1.3 Yêu cầu sinh thái

- Nhiệt độ: Khoai môn, sọ yêu cầu nhiệt độ trung bình ngày trên 21oC đểsinh trưởng phát triển bình thường Cây không thể sinh trưởng phát triển tốttrong điều kiện sương mù, bởi lẽ môn, sọ là loại cây có nguồn gốc của vùng đấtthấp, mẫn cảm với điều kiện nhiệt độ Năng suất khoai môn, sọ có xu hướnggiảm dần khi nơi trồng có độ cao tăng dần Nhiệt độ thấp làm cây giảm sinhtrưởng và phát triển, cho năng suất thấp Ở miền Bắc do có mùa đông lạnh nênkhoai môn, sọ trồng chính vụ ở đồng bằng sông Hồng thường bị ảnh hưởng củađiều kiện nhiệt độ thấp trong giai đoạn đầu phát triển bộ lá Khoai trồng trong vụnày cần có biện pháp chống rét như trồng sớm, phủ luống, nước đầy đủ để củnhanh mọc lá

- Nước: Do có bề mặt thoát hơi nước lớn nên cây khoai môn, sọ có yêu

cầu về độ ẩm đất cao để cây phát triển Cây cần lượng mưa hoặc tưới tối thiểukhoảng 1500 - 2000mm để cho năng suất tối ưu Cây phát triển tốt nhất trongđiều kiện đất ướt hoặc ngập Trong điều kiện khô hạn cây giảm năng suất rõ rệt

Củ phát triển trong điều kiện khô hạn thường có dạng quả tạ

- Ánh sáng: Cây khoai môn, sọ đạt được năng suất cao nhất trong điều

kiện cường độ ánh sáng cao, tuy nhiên nó là loại cây chịu được bóng râm hơnhầu hết các loại cây khác, có thể cho năng suất hợp lý thậm chí trong điều kiệnche bóng nơi những cây trồng khác không thể phát triển được Đây là một đặctính ưu việt khiến cây khoai môn, sọ là cây trồng xen lý tưởng với cây ăn quả vàcác cây trồng khác Ánh sáng mặt trời cũng ảnh hưởng đến sinh trưởng pháttriển của cây khoai môn, sọ Sự hình thành củ được tăng cường trong điều kiệnngày ngắn, trong khi hoa lại nở mạnh trong điều kiện ngày dài

- Đất đai: Cây khoai môn, sọ là loại cây có thể thích ứng được với nhiều

loại đất khác nhau và được trồng nhiều ở loại đất tương đối chua, thành phầntương đối nhẹ và nhiều mùn Năng suất cao hay thấp phụ thuộc vào giống vàphân bón nhiều hay ít Tuy nhiên khoai môn, sọ cũng thích ứng tốt với nhiềuloại đất nặng ngập nước (60 - 80% sét và li - mông) hoặc đất ẩm thường xuyên.Dường như trong điều kiện ngập nước cây khoai môn, sọ có khả năng di chuyểnôxy từ các phần trên mặt đất qua dọc xuống rễ Điều này tạo cho rễ có khả năng

hô hấp và phát triển bình thường khi đất quanh nó bị ngập và thiếu oxy Trongthực tế sản xuất, những vùng này có năng suất cao hơn so với những vùng đấtphù sa ven sông, hay những vùng có kỹ thuật thâm canh khá Các giống khoai sọcho năng suất cao trên chân đất phù sa, có đủ ẩm Khoai sọ đồi được trồng nhiều

ở xứ nhiệt đới Ở miền Bắc nước ta thường được trồng nhiều ở các tỉnh LaiChâu, Sơn La, Bắc Cạn, Lạng Sơn, Thanh Hoá…

- Chất dinh dưỡng: Cũng như các loại cây trồng lấy củ khác, khoai môn,

sọ yêu cầu đất tốt, đầy đủ NPK và các nguyên tố vi lượng để cho năng suất cao.Những nơi đất quá cằn cỗi cần bón nhiều phân hữu cơ phù hợp để trồng khoaimôn, sọ Phân bón rất có ý nghĩa trong việc tăng năng suất củ và thân lá của câykhoai môn, sọ

Cây khoai môn, sọ phát triển tốt nhất trên đất có độ pH trong khoảng 5,5 6,5 Một đặc tính quý của khoai môn, sọ là một số giống có tính chống chịu mặncao Chính vì vậy ở Nhật và Ai cập cây môn, sọ được sử dụng như cây trồngđầu tiên để khai hoang đất ngập mặn (Kay, 1973) Điều này cho thấy tiềmnăng sử dụng cây môn, sọ để khai thác một số vùng sinh thái khó khăn, nơinhững cây trồng khác không thể trồng được hoặc kém phát triển [5], [6].

-1.1.4 Giá trị dinh dưỡng, giá trị kinh tế và sử dụng của cây khoai môn - sọ

1.1.4.1 Giá trị dinh dưỡng của khoai môn - sọ

Phần có giá trị kinh tế chính của khoai môn, sọ là củ cái, các củ con và ởmột số giống là dọc lá Tỷ trọng tươi của các chất trong củ khoai môn, sọ theonghiên cứu của FAO (1994) như sau :

Loài Colocasia esculenta là loài đa hình, được biết như một loại cây dị

hợp tử Bởi vậy, sự đa dạng về giống dẫn đến đa dạng về thành phần dinh dưỡng

của sản phẩm sử dụng Tuỳ theo giống trồng mà thành phần hoá học của khoaimôn, sọ thay đổi.

Trong củ tươi, tùy thuộc vào giống, hydrat cacbon chiếm 13 - 29%, trong

đó tinh bột chiếm tới 77,9% với 4/5 là amylopectin và 1/5 là amylose Hạt tinhbột của khoai môn, sọ rất nhỏ nên dễ tiêu hoá Chính yếu tố này đã tạo cho khoaimôn, sọ phù hợp với món ăn đặc biệt cho trẻ nhỏ bị dị ứng và những người bịrối loạn dinh dưỡng Trong củ, tinh bột tập trung nhiều ở phần dưới củ hơn trênchỏm củ

Củ khoai môn, sọ chứa 1,4 - 3% protein trọng lượng củ tươi và chiếm 7,0

- 13,2% trọng lượng củ khô, cao hơn khoai mỡ, sắn và khoai lang với thànhphần rất nhiều axit amin cần thiết cho cơ thể Một điểm đáng chú ý là lượngprotein nằm ở phía gần vỏ củ hơn là ở trung tâm củ, vì vậy nếu gọt vỏ củ quádày sẽ làm mất đi lượng protein trong củ Lá khoai môn, sọ rất giàu protein,chứa khoảng 23% protein theo khối lượng khô Lá cũng giàu nguồn canxi,photpho, sắt, vitamin C, thiamin, riboflavin và niacin là những thành phần cầnthiết cho chế độ ăn uống của chúng ta Lá khoai môn, sọ tươi có 20% chất khôtrong khi dọc lá chỉ có 6% [5], [6], [16]

1.1.4.2 Giá trị kinh tế và sử dụng của khoai môn - sọ

Cây khoai môn, sọ được sử dụng làm lương thực và thực phẩm rộng khắpthế giới, từ châu Á, châu Phi, Tây Ấn Độ cho đến Nam Mỹ Theo nhiều tài liệucông bố, cây có vai trò quan trọng như là nguồn lương thực chính của các nước

ở quần đảo Thái Bình Dương Khoai môn, sọ còn có giá trị cao về văn hoá xãhội tại các nước có truyền thống trồng loại cây này Nó đã dần trở thành mộthình ảnh trong văn hoá ẩm thực, sử dụng trong những lễ hội, là quà tặng bày tỏmối quan hệ ràng buộc Hơn nữa, ngày nay nó còn làm tăng nguồn thu nhậpcho nông dân nhờ bán trên thị trường trong nước và quốc tế

Châu Á - Thái Bình Dương là nơi trồng và tiêu thụ môn, sọ lớn nhất thếgiới do vậy sử dụng sản phẩm môn, sọ ở vùng này cũng rất đa dạng Các bộphận của cây như củ cái, củ con, dọc lá và dải bò đều có thể chế biến thànhnhững món ăn ngon miệng cho người Ngoài các món ăn truyền thống như luộc,nướng, rán, phơi khô, nấu với cá, dừa… khoai môn, sọ còn được chế biến côngnghiệp với khoảng 10 món ăn [3], [5], [6].

Ngoài việc dùng làm thức ăn, làm nguyên liệu để chế biến thực phẩm, câykhoai môn, sọ còn là cây thuốc nam dễ sử dụng: hoa, vỏ củ và rễ mọc quanh củ

là các vị thuốc quý dùng để sắc uống giải rượu, lợi tiểu, tiêu sỏi thận, trừ phongthấp, chữa bệnh dị ứng, nổi mày đay Ngoài ra, trồng khoai môn, sọ còn manglại nhiều ích lợi khác: giữ ẩm cho môi trường, bảo vệ đất canh tác, giúp chốngxói mòn, giảm thiểu bạc màu Đối với các vùng địa hình thấp gần sông rạch,trồng môn, sọ sẽ cải tạo được phèn và chống được nhiễm mặn Chúng ta nênsớm đưa cây môn, sọ vào các chương trình khuyến nông, nhất là đối với cácvùng sản xuất lương thực còn khó khăn do đất đai bị bạc màu, mặn phèn, hạnhán

Gần đây khoai môn, sọ còn là mặt hàng nông sản được xuất khẩu ra nướcngoài và hiện đang được một số công ty mở ra hướng chế biến tinh bột Hy vọngtrong tương lai không xa cây khoai môn, sọ sẽ có chỗ đứng xứng đáng trong sảnxuất

1.2 Tình hình sản xuất khoai môn - sọ ở trên thế giới và ở Việt Nam

1.2.1 Tình hình sản xuất khoai môn - sọ ở trên thế giới

Theo số liệu thống kê của tổ chức Lương thực và Nông nghiệp thế giới(FAO) tính đến năm 2001, tình hình sản xuất khoai môn, sọ ở các châu lục như

sau :

Tình hình sản xuất khoai môn, sọ của các nước năm 1998 - 2001

Châu luc Năm

Toànthếgiới

Châuphi

BắcTrungMỹ

NamMỹ

ChâuÁ

ChâuĐạiDương

Về mặt diện tích, châu Phi có diện tích lớn nhất và có xu hướng tăng dần

từ 1998 đến 2001, trong lúc đó ở các châu lục khác diện tích ổn định Về năngsuất, châu Á có năng suất bình quân cao nhất (15,1 tấn/ha) và châu Phi có năngsuất thấp nhất (5,23 tấn/ha) [5]

Cũng theo số liệu của FAO những năm gần đây diện tích và năng suất củacác nước như sau (lấy tròn - FAO 2001):

Diện tích và năng suất khoai môn - sọ trên thế giới năm 2001

Châu lục

Sốnướctrồng

Nước có diện tích (ha) Nước có năng suất

(tấn/ha)Cao nhất Thấp nhất Cao nhất Thấp nhất

Châu Phi 19 Nigeria:

Guiana: 760

-FrenchGuiana: 5,4 -

20,0

AmercanSamia: 3,3

(Hue N.N., Luu Ngoc Trinh, Nguyen Phung Ha, Bhwon Sthapit and DevraJarvis, 2003) [12]

1.2.2 Tình hình sản xuất khoai môn - sọ ở Việt Nam

Khoai môn, sọ chắc chắn đã là cây trồng quan trọng trong lịch sử nôngnghiệp ở châu Á bao gồm cả Việt Nam, mặc dù hiện nay nó đã không còn đóngvai trò chính trong sản xuất lương thực vì đã được thay thế bằng cây lúa và cáccây trồng khác

Ở nước ta, khoai môn, sọ đặc biệt là khoai môn nước được thuần hoásớm, trước cả cây lúa nước, cách đây khoảng 10.000 - 15.000 năm Nó đã từng

là cây lương thực quan trọng của cư dân các vùng châu thổ sông Hồng, sôngCửu Long Nó là giống khoai được sử dụng trong bữa ăn của người dân ViệtNam từ ngàn đời nay, góp phần quan trọng vào cơ cấu thành phần lương thựccủa sản xuất nông nghiệp

Nguồn gen môn, sọ phân bố trong điều kiện tự nhiên rất đa dạng: đượctìm thấy ở độ cao từ 1m đến 1.500m so với mặt nước biển, có giống sống trongđiều kiện bảo hoà nước, trong điều kiện ẩm hoặc có giống phát triển trên đất khôhạn Có giống sinh trưởng nơi dãi nắng nhưng cũng có giống mọc trong rừngsâu cớm nắng… Sự tồn tại và phát triển của chúng chủ yếu do nhu cầu tất yếucủa cuộc sống và giá trị kinh tế mà chúng mang lại cho người dân bản địa Việctrồng và lưu giữ các giống khoai môn, sọ địa phương ở cấp hộ gia đình chịu ảnhhưởng của các nhân tố kinh tế xã hội như: tình trạng kinh tế, trình độ văn hoá,phong tục tập quán, quyền quản lý đất đai trong gia đình, số lượng vật nuôi vàkhả năng tiếp cận thị trường Những vùng có sự phân bố lớn của khoai môn, sọlà: Cao Bằng, Lạng Sơn, Thanh Hoá, Hoà Bình, Sơn La, Lai Châu, Quảng Ninh

và Quảng Trị Những vùng này đa dạng về hệ sinh thái nông nghiệp và đa dạng

về văn hoá các dân tộc Phải chăng đây chính là một nguyên nhân dẫn đến sự đadạng về loài và giống của loại cây lấy củ này

Kết quả điều tra của Trung tâm tài nguyên di truyền thực vật, Viện KHKT

NN Việt Nam cho thấy tuy diện tích trong khoai môn, sọ có xu hướng giảmtrong những năm gần đây, nhưng vẫn còn nhiều giống địa phương được ngườinông dân trồng phổ biến cả ở trong vườn nhà cũng như ngoài ruộng, trên nương;

ở mọi vùng sinh thái từ đồng bằng tới cao nguyên nhờ đặc tính dễ trồng, dễ nhângiống và bảo quản giống đơn giản Nhiều kết quả nghiên cứu đã cho thấy, nguồngen khoai môn, sọ được bảo tồn khá tốt trong các vườn gia đình và tại một sốvùng có truyền thống sản xuất khoai môn, sọ như huyện Yên Thuỷ và Đà Bắctỉnh Hoà Bình; huyện Nho Quan, Ninh Bình; huyện Thuận Châu, Sơn La; huyệnTràng Định, Lạng Sơn; huyện Thạch An, Cao Bằng; huyện Cẩm Thuỷ, ThanhHoá…

Như vậy có thể nói, mặc dù thực tiễn tồn tại và vai trò của khoai môn, sọtrong sản suất nông nghiệp Việt Nam là không thể phủ nhận, nhưng chỗ đứng

của chúng ở đâu trong nhóm phát triển kinh tế là vấn đề khó giải thích theo cáchphân loại thống kê hiện nay Tuy chưa có số liệu thống kê cụ thể về diện tích vàsản lượng, song kết quả điều tra của Chương trình cây có củ quốc gia năm 1993cho thấy hàng năm có khoảng 15.000 ha khoai môn, sọ được trồng với năng suấtbình quân khoảng 8 - 13 tấn/ha tuỳ giống (Nguyễn Thị Ngọc Huệ, Đinh ThếLộc, 2005).[5]

Hiện nay phát triển khoai môn, sọ trong sản xuất còn gặp một số khó khăn

vì cây có thời gian sinh trưởng dài, chiếm đất lâu, chưa thực sự có thị trường,chế biến còn hạn chế do thiếu công nghệ phù hợp Tuy nhiên, trong tương laigần, với những nỗ lực trong nghiên cứu chọn tạo giống ngắn ngày và nếu cónhững chính sách phù hợp hỗ trợ cho khâu chế biến và tạo thị trường, khoaimôn, sọ sẽ được phát triển trong những điều kiện sinh thái mà những cây trồngkhác rất khó tìm thấy chỗ đứng:

- Đất ngập và đất hẩu cùng với cây lúa của các vùng trũng (25 - 50% nướcbiển)

- Một số giống khoai môn, sọ có tính chống chịu tốt với đất mặn

- Khoai môn, sọ là loại cây có thể phát triển tốt trong điều kiện bị chebóng, vì thế nó là cây trồng lý tưởng để trồng xen vớ các loại cây thân gỗ nhưdừa, cây ăn quả [5]

1.3 Tình hình nghiên cứu mô tế bào thực vật

1.3.1 Lịch sử phát triển

Nuôi cấy mô và tế bào thực vật đã được các nhà học tiến hành vào cuốithế kỷ XIX

Quá trình đó có thể tạm chia thành 4 giai đoạn: [11]

1.3.1.1 Giai đoạn khởi xướng (1898 – 1930)

Phương pháp nuôi cấy mô và tế bào thực vật đã được nhà bác học ngườiĐức Haberlandt đề xướng năm 1989 Ông đã tìm cách nuôi cấy các tế bào thựcvật phân lập nhưng không thành công Các công trình về nuôi cấy mô tế bàocủa các nhà khoa học khác những năm tiếp theo như Winker (1902), Thielman(1924), Kuter (1929) cũng không đạt được mục tiêu nghiên cứu.

Năm 1929 Schmacker đã bước đầu thành công trong lĩnh vực này Sau

đó có (Schiterer (1931), Pfeifer, Lanrue (1933) cũng đã có những thành côngbước đầu trong nuôi cấy đầu rễ phân lập trong môi trường nhân tạo Điều đógiúp cho các nhà khoa học tiếp tục nghiên cứu trên nhiều đối tượng khácnhau

1.3.1.2 Giai đoạn nghiên cứu sinh lý (1930 - 1950)

Giai đoạn này được bắt đầu bằng công trình nuôi cấy đầu rễ cây cà chuatrong môi trường nhân tạo, được thực hiện bởi nhà bác học White (1934) Bằngthí nghiệm này ông là người đầu tiên đã chứng minh được rằng mô phân sinh cóthể duy trì thời gian sinh trưởng hơn nữa nếu chúng tiếp tục được nuôi cấy bằngmôi trường dinh dưỡng mới Cũng trong thời gian này, Gautherets đã thành côngtrong nuôi cấy mô tượng tầng và tìm được môi trường dinh dưỡng thích hợp chonhiều loại cây

Năm 1935 Went và Thismamn đã khám phá ra auxin IAA có khả năngkích thích sự hình thành mô sẹo

Năm 1941, hai nhà khoa học người Mỹ Overbeek và Steward với thínghiệm nuôi cấy họ cà Datura, đã chỉ ra rằng auxin kích thích sinh trưởng cótrong nước dừa Cũng trong thời gian này hai ông đã phát hiện ra tác dụng chấtkích thích sinh trưởng nhân tạo nhóm auxin, đã được nghiên cứu và tổng hợpthành công như NAA, 2,4D có ảnh hưởng tích cực trong việc tạo mô sẹo và gâyphân chia tế bào Nhiều nhà khoa học đã bổ sung các auxin và các vitamin vàomôi trường nuôi cấy và đã khẳng định vai trò của chúng trong môi trường nuôicấy mô

Năm 1955 Miller và Skoog trong khi nuôi cấy mô lõi cây thuốc lá đã xácđịnh được vai trò của Kinetin tới việc kích thích sự phát triển mô Những pháthiện mới mẽ về vai trò của các chất kích thích sinh trưởng 2,4D, IAA, NAA,Kinetin, các vitamin trong giai đoạn này là bước tiến quan trọng trong lịch sửcủa phương pháp nuôi cấy mô tế bào thực vật.

1.3.1.3 Giai đoạn phát sinh hình thái (1950 - 1960)

Năm 1956 Miler và Skoog đã thành công trong thí nghiệm tạo chồi từ môthuốc lá nuôi cấy Chính Skoog đã phát hiện ra vai trò của kinetin trong sự phânhóa các cơ quan của cây thuốc lá

Những năm 1956 - 1959 Reinert (Đức) và Steward (Mỹ) đã nuôi cấy tếbào cây cà rốt và thu được soma từ mô của chúng

Năm 1956 Nickell đã nuôi cấy thành công tế bào đơn Phaseolus vulgaistrong dung dịch lỏng

Năm 1960, bằng kỹ thuật gieo tế bào, Bergman đã tái sinh thành công tếbào đơn của cây thuốc lá

1.3.1.4 Giai đoạn nghiên cứu di truyền (1960 - nay)

Các thành tựu của giai đoạn này đã chính thức ứng dụng các kỹ thuật nuôicấy mô và tế bào thực vật invitro vào công tác giống và nghiên cứu di truyền

Năm 1960 Cookinh (Anh) đã dùng men Cellulose để phân hủy vỏcellulose của tế bào thực vật và thu được các tế bào không có vỏ, còn gọi là các

Melchers (1977) dung hợp protoplast thành công giữa khoai tây và càchua tạo cây "pomate".

Năm 1985, cây thuốc lá mang gen biến tạp đầu tiên được công bố Kháiniệm chuyển gen trở thành phổ cập trong thuật ngữ công nghệ sinh học thực vật.Ledoux cho rằng có thể gây ra biến dị di truyền ở tế bào, thậm chí ở hạt giốngbằng cách cho chúng hấp thụ ADN ngoại lai.[9]

Từ năm 1980 đến nay, hàng loạt thành công mố trong lĩnh vực công nghệđược công bố Nuôi cấy mô tế bào đã trở thành một công cụ không thể thiếutrong công nghệ tạo giống và nhân giống hiện đại

Kỹ thuật nuôi cấy mô tế bào đã mang lại những cơ sở lý luận mới mẻ chosinh học hiện đại

1.3.2 Khái niệm nhân giống invitro

Nhân giống vô tính invitro là phương pháp sản xuất hàng loạt cây con từcác bộ phận của cây (các cơ quan, mô, tế bào) bằng cách nuôi cấy chúng trongống nghiệm ở điều kiện vô trùng tuyệt đối, có môi trường nuôi cấy thích hợp vàđược kiểm soát [12]

Mọi cơ thể sinh vật phức tạp đều gồm nhiều đơn vị nhỏ lẻ là các tế bàohợp thành Các tế bào đã phân hoá đều mang các thông tin có trong các tế bàođầu tiên và là những tế bào độc lập, từ đó để xây dựng lại toàn bộ cơ thể

1.3.3 Cơ sở khoa học của phương pháp nuôi cấy invitro

1.3.3.1 Tính toàn năng của tế bào

Haberlandt (1902) là người đầu tiên đề xuất phương pháp nuôi cấy mô và

tế bào thực vật để chứng minh tính toàn năng của tế bào

Haberlandt cho rằng mỗi tế bào của bất kỳ sinh vật nào cũng đều có khảnăng tiềm tàng để phát triển thành cơ thể hoàn chỉnh Ông nhận thấy rằng, mỗi

tế bào của cơ thể đa bào đều phát sinh từ hợp bào thông qua quá trình phân bàonguyên nhiễm Điều đó có nghĩa là mỗi tế bào của một sinh vật sẽ chứa toàn bộthông tin di truyền cần thiết của một sơ thể hoàn chỉnh Khi gặp điều kiện thuậnlợi nhất định, những tế bào đó có thể sẽ phát triển thành một cơ thể hoàn chỉnh.[13]

Miller và Skoog (1956) đã tạo chồi thành công từ mô thuốc lá nuôi cấy,chứng minh được tính toàn năng của tế bào Thành công trên đã tạo ra côngnghệ mới: công nghệ sinh học ứng dụng trong nhân giống vô tính, tạo giống câytrồng và dòng chống chịu

Tính toàn năng của tế bào mà Haberlandt nêu ra chính là cơ sở lý luận củaphương pháp nuôi cấy mô và tế bào thực vật Cho đến nay, con người đã hoàntoàn chứng minh được khả năng tái sinh một cơ thể thực vật hoàn chỉnh từ một

tế bào riêng rẽ

1.3.3.2 Sự phân hoá và phản phân hoá tế bào

Quá trình phát sinh hình thái trong nuôi cấy mô là kết quả phân hoá vàphản phân hoá tế bào Cơ thể thực vật trưởng thành là một chỉnh thể thống nhấtbao gồm nhiều cơ quan chức năng khác nhau, trong đó có nhiều loại tế bào khácnhau, thực hiện các chức năng khác nhau Song, mọi tế bào đều được tạo thành

từ tế bào phôi sinh Các mô có được cấu trúc chuyên môn hoá nhất định nhờ vào

sự phân hoá [11]

Sự phân hoá tế bào là sự chuyển các tế bào phôi sinh thành các tế bào của

mô chuyển hoá, đảm nhận các chức năng khác nhau trong cơ thể Quá trình phânhoá của tế bào có thể biều thị như sau:

Tế báo phôi sinh Tế bào giãn Tế bào chuyên hoá

chức năng riêng

Mặc dù tế bào đã chuyển hoá thành các mô chức năng nhưng chúng vẫngiữ nguyên khả năng phân chia Trong điều kiện thích hợp, các tế bào lại có thểtrở về dạng tế bào phôi sinh và phân chia mạnh mẽ Quá trình đó được gọi làphản phân hoá tế bào, (ngược lại với quá trình phân hoá tế bào) Tuy nhiên, khi

tế bào đã phân hoá thành các tế bào có chức năng chuyên biệt, chúng khônghoàn toàn mất khả năng biến đổi của mình Trong điều kiện cần thiết ở điều kiệnthích hợp chúng lại có thể trở về dạng tế bào phôi sinh và phân chia mạnh mẽ.Quá trình đó gọi là phân hoá tế bào

Quá trình phát sinh hình thái trong quá trình nuôi cấy mô, tế bào thực vậtthực chất là kết quả của quá trình phân hoá và phản phân hoá tế bào Kỹ thuậtnuôi cấy mô, tế bào xét cho cùng là kỹ thuật điều khiển sự phát sinh hình tháicủa tế bào thực vật một cách định hướng dựa vào sự phân hoá và phản phân hoácủa tế bào trên cơ sở tính toàn năng của tế bào thực vật Để điều khiển sự phátsinh hình thái của mô nuôi cấy, người ta thường bổ sung vào môi trường nuôicấy 2 nhóm chất điều tiết sinh trưởng thực vật là auxin và cytokinin Nếu tỷ lệauxin/cytokinin thấp thì sự phát sinh hình thái theo hướng tạo chồi; nếu tỷ lệ nàycao thì tạo thành rễ, còn khi tỷ lệ này cân bằng thì sẽ phát sinh theo hướng tạo

mô sẹo [14]

1.3.3.3 Cơ chế di truyền thông qua các hệ tế bào

Cơ chế di truyền thông qua các thế hệ tế bào bao gồm các công đoạn:Trong quá trình nguyên phân, từ một tế bào mẹ sẽ nhân đôi tạo ra 2 tế bàocon giống hệt nhau và giống tế bào mẹ ban đầu Như vậy qua nguyên phân bộnhiễm sắc thể trong nội bộ từng cơ thể được diễn ra theo cơ chế nguyên phân,đây là cơ chế phân bào mà từ một tế bào ban đầu sẽ phân chia thành hai tế bàocon có bộ nhiễn sắc thể giống bộ nhiễm sắc thể của tế bào mẹ đã truyền nguyên

vẹn sang tế bào con Sở dĩ có hiện tượng này là do trước mỗi lần giảm phân, mỗiphân tử ADN đã thực hiện quá trình tái sinh để từ mỗi phân tử ADN hình thành

2 phân tử ADN giống nhau và giống AND ban đầu Quá trình này được thựchiện ở kỳ trung gian và thông qua cơ chế phân ly đều của NST ở kỳ sau, là cơ sởcho sự truyền nguyên vẹn thông tin di truyền trong nội bộ cơ thể

Giữa 2 thế hệ cơ thể được hình thành thông qua cơ chế giảm phân đã làmcho ở thế hệ đời sau có hiện tượng phân ly tính trạng, do bộ nhiễm sắc thể củathế hệ sau không giống nhau và không giống bố mẹ Vì vậy, việc duy trì các tínhtrạng mong muốn ở bố mẹ sang thế hệ sau bằng sinh sản hữu tính sẽ không thểđảm bảo hoàn toàn chắc chắn Đây là một trở ngại lớn trong sinh sản hữu tính.Ngày nay bằng phương pháp sinh sản vô tính, người ta đã khắc phục đượcnhược điểm này Đặc biệt là nhân giống vô tính invitro

Dựa trên cơ chế nguyên phân, trong nhân giống invitro khi lấy các bộphận sinh dưỡng trong một cây đem nhân giống thì các bộ phận đó có thông tin

di truyền giống nhau và tạo nên các cơ thể mới có thông tin di truyền giống nhau

và giống cơ thể mẹ Như vậy nếu cơ thể mẹ có tính trạng di truyền tốt thì cáctình trạng đó sẽ được thể hiện ở mọi cơ thể con cái [15]

1.3.3.4 Môi trường nuôi cấy

Đối với hầu hết các loài thực vật, môi trường nuôi cấy bao gồm cácnguyên tố đa lượng, vi lượng, nguồn các bon, các axitamin, các chất điều hoàsinh trưởng và một số chất phụ gia Thành phần dinh dưỡng, hàm lượng các chấtcần thiết cho tế bào sinh trưởng phát triển tốt nhất thay đổi tuỳ theo từng loại,giống, nguồn gốc mãu cấy hay tường cơ quan khác nhau trên cùng một cơ thể.

* Một số môi trường cơ bản

Đã có rất nhiều mô trường dinh dưỡng lần lượt được tìm ra trên cơ sở cảitiến môi trường của Kotte và Robbin (1902) như: Môi trường White (1934),Knudson (1946), Vacin và Went (1949), Heller (1953), Muraanige - Skoog(1962), Gammborg (B5) (1968), Knop (1974), WMR (1982), Aderson (1984), Tuy nhiên, mỗi môi trường chỉ thích hợp với một loài cây nhất định như: Môitường Knudon (1946), Vacin và Went (1949), chỉ thích hợp cho các loài Lan,môi trường Murasnige - Skoog (1962) thích hợp cho các loài cây thân thảo vàmột số loài cây thân gỗ như Keo, Bạch đàn Môi trường WPM chỉ thích hợpcho các loài cây thân gỗ.[15]

Tùy thuộc vào từng đối tượng cụ thể, trong mỗi giai đoạn nuôi cấy mà lựachọn loại môi trường thích hợp thì mói có kết quả khả quan Thông thường,người ta hay sử dụng môi trường MS và môi trường N6 cho nhân nhanh Invitro

+ Môi trường MS:

Các thành phần cơ bản của môi trường MS (Murashige - Skoog) [12] bao gồm:

- Các nguyên tố đa lượng:

Đối với cây trồng, các nguyên tố đa lượng như: N, P, K, Mg, Ca, đóngvai trò rất quan trọng Ví dụ magiê là một phần của phân tử diệp lục, canxi cấutạo màng tế bào, nitơ là thành phần quan trọng của vitamin, amino axit vàprotein K, Ca rất quan trọng trong điều hoà tính thấm lọc của tế bào Cácnguyên tố này thường được sử dụng ở nồng độ 30ppm Thành phần, tỷ lệ củatừng chất ở mỗi môi trường nuôi cấy cụ thể là khác nhau, môi trường giàu nitro

thích hợp cho việc hình thành chồi, môi trường giàu kali có tác dụng xúc tiếnmạnh quá trình trao đổi chất.

- Các nguyên tố vi lượng:

Fe, Cu, Zn, Mn, Mo, Bo, Co, I, là các nguyên tố vi lượng thường đượcdùng trong môi trường nuôi cấy invitro Các nguyên tố này đóng vai trò rất quantrọng vì chúng là thành phần của một số enzim cần thiết cho hoạt động sống của

Ngoài ra khi khử trùng môi trường không nên kéo dài thời gian để tránhxảy ra hiện tượng camera hóa, làm môi trường chuyển sang màu vàng sẽ ức chế

sự sinh trưởng và phát triển của tế bào

- Các vitamin:

Trong quá trình nuôi cấy, câyinvitro có thể tự tổng hợp một số vitamincần thiết nhưng chưa đáp ứng được nhu cầu sinh trưởng Để mô có thể sinhtrưởng tốt nhất phải bổ sung thêm vào môi trường hay nhiều loại vitamin Trongcác loại vitamin, B1 được xem là vitamin quan trọng nhất cho sự phát triển củathực vật Axit nicotinic (B3) và pyridozune (B6) cũng có thể được bổ sung vào môi