nhân giống trên thế giới và ở Việt Nam
Sử dụng hệ thống nuôi cấy ngập chìm trong thương mại, điều quan trọng là phải hiểu rõ các đặc điểm về sinh trưởng, quá trình nuôi cấy và chất lượng của mẫu cấy; so sánh giữa chúng với những mẫu được nuôi cấy trong hệ thống thông thường.
1.4.5.1. Thành tựu trên thế giới
Hệ thống ngập chìm tạm thời TIS là một trong những phương pháp vi nhân giống đầy triển vọng trong sản xuất cây giống thương mại.
+ Trong sự nhân nhanh chồi và các đoạn cắt in vitro
Sự ngập chìm tạm thời kích thích sự nảy chồi. Hệ thống này cho phép sự sinh trưởng liên tục của chồi mà không cần phải cấy chuyền mẫu cấy.
Hình 1.13. Hệ thống Plantima
a: Bình Plantima với hệ thống điều khiển chu kỳ ngập b: Cây sinh trưởng và phát triển trong hệ thống Plantima.
Chồi thu được khi nuôi cấy ngập chìm tạm thời một phần cao hơn và có chất lượng tốt hơn so với những chồi thu được trên môi trường bán rắn.
Một chứng minh đầy đủ và thuyết phục về tính hiệu quả của hệ thống nuôi cấy ngập chìm tạm thời trong việc gia tăng số lượng chồi khi nuôi cấy đỉnh sinh trưởng Chuối (Musa, phụ nhóm AAH). Đồng thời Alvard và cộng sự (1993) chứng minh rằng sử dụng môi trường lỏng tác động mạnh mẽ vào sự phát triển và gia tăng sự tỷ lệ tạo chồi trong vi nhân Chuối.
- Chồi Chuối trong môi trường nuôi cấy lỏng đơn giản hay trên giá thể bằng cellulose có sự nhân chồi bình thường hay không có gì khác biệt.
- Chồi trên môi trường bán rắn có sự ngập một phần và trong môi trường lỏng có sục khí có hệ số nhân chồi từ 2,2 - 3,1.
- Hệ số nhân chồi cao nhất (>5) thu được trên mẫu nuôi cấy trong điều kiện nuôi cấy ngập chìm tạm thời.
Các tác giả này đã thu được kết quả trên khi sử dụng hệ thống RITA®
với thời gian ngập là 20 phút cứ mỗi 2 giờ. Một nhóm nhà nghiên cứu Cuba đã thu được kết quả tương tự trên đối tượng cây Chuối Musa acuminata khi sử dụng hệ thống bình đôi (Teisson và cộng sự, 1999).
Tương tự như vậy, Escalona và cộng sự (1999) đã sử dụng hệ thống trên để nuôi cấy đỉnh sinh trưởng cây Dứa Ananas comosus, kết quả cũng cho thấy nuôi cấy ngập chìm tạm thời giúp gia tăng hệ số nhân cùng với trọng lượng tươi và trọng lượng khô sau 42 ngày nuôi cấy. Hệ số nhân được gia tăng khoảng 300% so với nuôi cấy lỏng và 400% so với nuôi cấy trên môi trường rắn. Có gần 5000 cây Dứa thu được từ một hệ thống như vậy.
Đối với cây Cà Phê (Coffea arabica và C. canephora), nhân giống bằng các in vitro trên môi trường rắn rất hạn chế do sự sinh trưởng chậm của chồi. Hệ số nhân xấp xỉ 6 - 7 lần trong 3 tháng (Sondhal và cộng sự, 1989).
Khi sử dụng hệ thống RITA® hệ số nhân tương tự có thể được đạt tới chỉ trong vòng 5 - 6 tuần (Berthouly và cộng sự, 1995).
+ Trong sự tạo củ bi in vitro
Sự sinh trưởng và sự hình thành củ Khoai tây Solanum tuberosum L. được đẩy mạnh bởi tình trạng ngập chìm tạm thời trong hệ thống bình đôi
(Akita và Takayama, 1994). Số củ bi hình thành xấp xỉ 500 - 960 củ sau 10
tuần nuôi cấy nhiều hơn những kết quả trong các công trình trước đó (chỉ khoảng 220 củ trong một lần nuôi cấy (Akita và Takayama, 1993). Trọng lượng tổng số và tính đồng nhất của củ cũng được gia tăng.
Ngược lại trong điều kiện nuôi cấy ngập liên tục, không có bất cứ sự hình thành củ nào. Teisson và Alvard (1999) đã kiểm chứng lại hiệu quả của nuôi cấy ngập chìm tạm thời lên sự tạo củ Khoai tây bằng cách tiến hành thí nghiệm trên hệ thống RITA® đôi dựa trên nguyên tắc hệ thống bình đôi. Ba củ bi được hình thành trên một đốt trong 10 tuần nuôi cấy. Năm mươi phần trăm củ có trọng lượng lớn hơn 0,5 g. Hệ thống này rất có hiệu quả và nhanh chóng do có từ 3 đến 4 chồi nảy lên từ một củ.
+ Trong sự phát sinh phôi
Gia tăng sự phát sinh phôi:
- Các hệ thống nuôi cấy ngập chìm tạm thời đã được chứng minh thành công hơn trong nuôi cấy phát sinh phôi khi được so sánh với các hệ thống thông thường sử dụng môi trường rắn hay nuôi cấy huyền phù trong bình tam giác.
- Tisserat và Vandercook (1985) thống kê sự sinh trưởng của phôi
cây Cà rốt và cây Chà Là (Phoenix dactylifera) trong hệ thống APCS trong đó thời gian ngập chìm là 5 - 10 phút sau mỗi 2 giờ. So sánh với những cây nuôi cấy trên môi trường rắn, sự sinh trưởng gấp 1,9 lần trong trường hợp cây Cà rốt, và 4 lần đối với cây Chà Là trong hệ thống nuôi cấy ngập chìm
tạm thời. Thêm vào đó chất lượng cũng như số lượng của phôi soma và cây con Cà rốt được nâng lên.
Sự phát triển phôi:
- Quy trình nhân và chất lượng của phôi soma trên nhiều đối tượng khác nhau đã được cải tiến bằng nuôi cấy ngập chìm tạm thời. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Đối với cây Cao Su Hevea brasiliensis sự hình thành phôi soma trên môi trường rắn cho kết quả rất thấp và số lượng cũng như chất lượng phôi soma không đáng kể (Etienne và cộng sự, 1997). Sự tạo phôi soma trong nuôi cấy ngập chìm tạm thời gấp đến 4 lần so với nuôi cấy trên môi trường bán rắn với hơn 400 phôi/g trọng lượng tươi của mẫu nuôi cấy phát sinh phôi.
- Nuôi cấy ngập chìm tạm thời cũng giúp giảm số lượng phôi bị bất thường còn phân nửa cũng như giúp gia tăng tỷ lệ phôi phát triển lên tiếp. Hệ thống này có thể giúp tỷ lệ nảy mầm của phôi lên tới trên 60%, tỷ lệ hình thành trụ trên lá mầm là 35%. Theo Teisson và cộng sự (1999) gần 150 phôi soma cây Cao Su ở giai đoạn có lá mầm đã thu được trong một hệ thống RITA® từ tuần thứ tư đến tuần thứ tám sau khi bắt đầu chuyển giai đoạn phát sinh phôi vào trong hệ thống này.
- Tuy nhiên để tái sinh thành cây hoàn chỉnh, những phôi nảy mầm cần được chuyển vào trong môi trường bán rắn do khi cây phát triển thành phần ngọn và phần gốc, đòi hỏi phải đặt cây con luôn đứng thẳng hướng lên trên cùng hướng phát triển của cây. Trong hệ thống RITA® không thể đạt được yêu cầu trên vì cây luôn di chuyển mỗi khi môi trường dâng lên ngập theo chu kỳ.
Sự tạo phôi đồng loạt:
- Trên các cây thuộc họ cam chanh, hệ thống nuôi cấy ngập chìm tạm thời cũng đã cải thiện tính đồng bộ trong quá trình phát sinh phôi nhờ
khả năng ức chế sự phát sinh phôi thứ cấp (Cabasson và cộng sự, 1997). - Hệ thống này cũng cải thiện sự đồng bộ trong suốt quá trình phát triển và nảy mầm phôi Cao Su và Cà Phê Arabica so với quá trình này trên môi trường bán rắn (Etienne và cộng sự, 1997; Etienne-Barry và cộng sự,
1999).
1.4.5.2. Thành tựu ở Việt Nam
Thế giới đã ứng dụng hệ thống nuôi cấy ngập chìm tạm thời trong nhân giống cây trồng từ lâu tuy nhiên công nghệ này mới được thực hiện tại Việt Nam trong những năm gần đây.
Hệ thống này đã được tiến hành khảo sát trên các đối tượng như hoa Lan, cây thu hải đường và các giống kiểng lá...
Năm 2005, Trung tâm Công Nghệ Sinh Học TP. HCM đã tiến hành nhân giống cây Lan Hồ Điệp lai trong nuôi cấy ngập chìm tạm thời. Đến năm 2007, Th.S. Cung Hoàng Phi Phượng và cộng sự đã hoàn thiện qui trình nhân giống Lan Phalaenopsis bằng hệ thống Plantima. Kết quả đạt được như sau: tỉ lệ nhân PLB gấp 2,27 lần sao với nhân trên môi trường thạch và gấp 1,2 lần so với môi trường lỏng lắc; tỉ lệ chồi gấp 3,37 lần khi so sánh với nuôi cấy trên môi trường đặc, 1 chồi ban đầu thu nhận được 10 chồi mới, cây con tạo thành phát triển mạnh.
Cùng với những ưu điểm của hệ thống Plantima và phát huy kết quả
đạt được của Trung tâm Công Nghệ Sinh Học TP.HCM đã tiến hành ứng dụng hệ thống nuôi cấy ngập chìm tạm thời trong nhân giống cây kiểng lá
Spathiphyllum sensation thuộc họ Araceae đã cho kết quả ban đầu rất khả
quan. Sau 2 tháng nuôi cấy, các mẫu cấy sống 100% và có khả năng tái sinh chồi, chồi thu được có từ 3 - 4 lá, xanh mướt. Xét về số lượng chồi thu được hệ số nhân chồi gấp 4 lần trên môi trường thạch.
Đồng thời vào năm 2008, KS. Nguyễn Ngọc Quỳnh và cộng sự Viện Khoa Học Kỹ Thuật Nông Nghiệp Miền Nam đã ứng dụng thành công hệ thống Bioreactor dạng TIS trong nhân chồi và PLBs hoa Lan Dendrobium và Phalaenopsis. Kết quả thu được lượng chồi, PLBs sản xuất cao hơn 3 đến 20 lần so với nuôi cấy môi trường thạch, chồi khỏe, PLBs có màu xanh đậm. Những thành công bước đầu trong việc ứng dụng hệ thống nuôi cấy ngập chìm tạm thời trong nuôi cấy mô góp phần phát triển nguồn cây giống nước ta lên tầm cao mới; và phục vụ tốt cho việc sản xuất theo qui mô công nghiệp trong thời gian tới.