1. Tổng quan về cây khoai tây
1.6.2. Phƣơng pháp trồng khoai tây bằng hạt
Đây là một công nghệ sản xuất giống mới ở Việt Nam, đƣợc trung tâm nghiên cứu cây khoai tây tại Đà Lạt tiến hành nghiên cứu xây dựng từ năm 1978 – 1980, đƣợc viện
cây lƣơng thực và thực phẩm phát triển rộng rãi tại đồng bằng sông Hồng trong giai đoạn 1980 – 1986. Với đời cây trực tiếp từ hạt năng suất khoai tây có thể đạt 15 – 20 tấn/ha, với đời củ giống cấp 1 và 2 năng suất bình quân đạt 20 – 30 tấn/ha. Trồng khoai tây bằng hạt có những lợi điểm: không chứa nguồn bệnh và hầu hết các loại virus do không truyền qua hạt, cần một lƣợng nhỏ so với củ, tiếc kiệm đƣợc chi phí vận chuyển, tiền giống…
1.6.3 Sử dụng phƣơng pháp nuôi cấy in vitro
1.6.3.1 Phục tráng giống khoai tây bằng phƣơng pháp nuôi cấy đỉnh sinh trƣởng.
Khoai tây rất dễ bị nhiễm các loại sâu bệnh đặc biệt là bệnh do virus làm giảm sức sống và năng suất của cây, các bệnh do virus này có thể lây lan từ thế hệ này sang thế hệ khác làm thoái hoá giống. Morel và Martin (1955) là những ngƣời đầu tiên dùng phƣơng pháp nuôi cấy đỉnh sinh trƣởng để thu đƣợc cây khoai tây sạch bệnh. Đến nay kỹ thuật nuôi cây in vitro cây khoai tây đã phát triển mạnh, trong đó phƣơng pháp nuôi cấy đỉnh sinh trƣởng phát triển mạnh mẽ ở hầu hết các nƣớc trồng khoai tây.
Phƣơng pháp tiến hành:
Xử lý nhiệt: Trồng khoai tây vào chậu đất trong điều kiện nhiệt độ và ánh sáng bình thƣờng. Khi mầm cao khoảng 15cm cắt phần ngọn dài 6-8cm, bỏ hai lá dƣới cấy vào li thuỷ tinh chứa đất vô trùng, đậy bằng một cái li khác tránh cho chồi và đất mất nƣớc trong vòng 10 ngày cho chồi ra rễ. Sau từ 3-4 tuần chuyển cây qua điều kiện chiếu sáng 3000-4000 lux, chế độ chiếu sáng 16h/ngày, nhiệt độ 360C vào ban ngày và 330C vào ban đêm. Sau hai tuần cắt bỏ chồi ngọn để chồi nách phát triển. Sau 6 tuần xử lí nhiệt lấy phần ngọn chồi nách để tách đỉnh sinh trƣởng.
Tách đỉnh sinh trƣởng: chồi đƣợc cắt bỏ bớt lá và đặt trên giấy thấm ẩm trong hộp petri kín để tránh mất nƣớc. Nếu trong giai đoạn tạo chồi cây đƣợc nuôi cấy cẩn thận thì việc khử trùng chồi là không cần thiết, nếu cần có thể khử trùng mẫu trong dung dịch khử trùng có nồng độ thấp, trong khoảng thời gian ngắn. Thao tác tách đỉnh đƣợc thực hiện trong tủ cấy vô trùng, dƣới kinh lúp có độ phóng đại X25. Đỉnh sinh trƣởng đƣợc tách với độ dài 0.6mm và cấy trên môi trƣờng MS đặc có bổ sung IAA 0.05mg/l, GA3 0.1mg/l, myo-inositol 1000mg/l, nuôi cấy ở 230C, chế độ chiếu sáng 16h/ngày. Sau vài tuần khi cây cao khoảng 3cm có thể cấy qua môi trƣờng mới. Khi cây có nhiều lá, cắt
đoạn và nhân lên nhiều cây, đồng thời chuẩn đoán virus trên các cây chỉ thị nhƣ
Gomphrena globosa (virus X), Chenopodium amaranticolor (virus S và X), Solanum demissum (virus Y). Khi chắc chắn cây khoai tây không mang virus thì sẽ đƣợc đƣa vào
nhân giống đại trà.
1.6.3.2 Tạo phôi và cây con khoai tây đơn bội bằng cách nuôi cấy túi phấn.
Việc tạo các cây khoai tây đơn bội thông qua phƣơng pháp nuôi cấy túi phấn có thể việc trồng khoai tây bằng củ thành trồng khoai tây bằng hạt và còn có thuận lợi khác là cây trồng không bị virus nhƣ trồng từ củ.
Thí nghiệm đƣợc tiến hành trên một dòng nhị bội H3-703 đƣợc chọn từ một quần thể lớn từ sự thụ phấn chéo giữa thể đơn bội Hồng Hà 236 và Hồng Hà 439. Việc chọn lọc dựa trên khả năng tạo phôi in vitro của cây mẹ. Chồi hoa đƣợc thu từ cây đang tăng trƣởng trong nhà kính, các chồi hoa sẽ đƣợc vô trùng, tui phấn đƣợc lấy ra và nuôi cấy trên môi trƣờng vô trùng.
Trong quá trình nuôi cấy túi phấn về mặt tế bào học thì hạt phấn bắt đầu lần phân chia đầu tiên sau 2-4 ngày nuôi cấy và tiếp tục phát triển thành các cấu trúc đa bào, thoát ra khỏi lớp màng của hạt phấn sau 8-10 ngày. Sự phát triển thành phôi trọn vẹn diễn ra sau 19-22 ngày cấy trên môi trƣờng đặc. Môi trƣờng tốt nhất cho sự phát triển của phôi là môi trƣờng MS có bổ sung zeatin 10-6M và nƣớc dừa 10%.
1.6.4 Phƣơng pháp sản xuất củ giống mini sạch bệnh
Là tiến bộ kỹ thuật trong sản xuất khoai tây ở Việt Nam và một số nƣớc trên thế giới. Hợp tác với CIP từ năm 1991, trung tâm nghiên cứu cây thực phẩm Đà Lạt đã tiến hành nghiên cứu và xây dựng quy trình công nghệ sản xuất củ giống mini sạch bệnh, nhờ điều kiện khí hậu ở Đà Lạt có thể ứng dụng kỹ thuật nuôi cây mô nhân nhanh giống khoai tây sạch bệnh quanh năm. Công nghệ này cho phép sản xuất với khối lƣợng lớn củ giống mini sạch bệnh các giống khoai tây có chất lƣợng cao cho một hệ thống sản xuất, cung cấp giống có phẩm chất tốt ở Việt Nam.
Sơ đồ sản xuất:
Nhân giống trong ống nghiệm
cắt một đoạn thân có lá Nhân trên khay cát
Nhân trên luống mạ với đất nhiều dinh dƣỡng Cấy vào bầu đất 15 – 20 ngày
Cây đạt tiêu chuẩn đƣa ra đồng ruộng Khoai tây củ nhỏ
2. Giới thiệu chung về kỹ thuật thuỷ canh (Hydroponics)
Đất là giá thể tự nhiên, là môi trƣờng cung cấp đầy đủ các yếu tố cần thiết cho cây trồng sinh trƣởng và phát triển. Mặt khác đất cũng là nơi cƣ trú của các loại vi sinh vật gây bệnh, côn trùng gây hại – đó là những tác nhân hạn chế sự phát triển của cây trồng.
Thuỷ canh là kỹ thuật trồng cây không dùng đất mà dùng các dung dịch dinh dƣỡng. Đây là một trong những phƣơng pháp canh tác tiên tiến nhất trong nền sản xuất hiện đại.
Các nghiên cứu về thuỷ canh cho thấy sự sinh trƣởng và phát triển của cây trồng không nhất thiết dùng đất nhƣng các chất khoáng và dinh dƣỡng trong đất lại rất cần thiết cho sự sinh trƣởng và phát triển đó. Bằng hệ thống thuỷ canh, cây trồng có thể tăng trƣởng và phát triển mạnh do đƣợc cung cấp khoáng chất trực tiếp thông qua hệ thống rễ luôn đƣợc tiếp xúc trực tiếp với môi trƣờng dinh dƣỡng. Ngoài ra trong hệ thống nhà lƣới có thể điều chỉnh nhiệt độ môi trƣờng, độ ẩm và chế độ chiếu sáng phù hợp cho phép có thể trồng cây ở bất cứ thời điểm nào trong năm.
Vì vậy bằng phƣơng pháp thuỷ canh chúng ta có thể nghiên cứu cây trồng chính xác hơn và có thể sản xuất với năng suất và phẩm chất tốt hơn.
Tình hình sản xuất thuỷ canh trong nƣớc và thế giới Tình hình thế giới
Trƣớc sự phát triển của khoa học kỹ thuật, kỹ thuật thuỷ canh không ngừng đƣợc cải tiến. Những tiến bộ trong việc cải tạo hệ thống thuỷ canh những năm gần đây đã đƣợc áp dụng rộng rãi ở Châu Âu, đặc biệt là ở Anh, Đức, Hà Lan,… Thí dụ ở Hà Lan, diện tích nhà kính sử dụng cho trồng cây không dùng đất đã tăng từ khoảng 515 ha năm 1982 lên 800 ha năm 1983, ƣớc chừng khoảng 1000 ha năm 1984 (Van Or, 1982 và thông báo cá nhân) và trên 2000 ha năm 1986 (ISOSC, 1986). Tuy nhiên, không chỉ ở Châu Âu mà Hoa Kỳ cũng có lịch sử lâu dài đi tiên phong trong việc sử dụng kỹ thuật thuỷ canh, Nhật bản có công nghiệp nhà kính đặc biệt lớn đạt mức 27.079 ha năm 1977 (Shimidu, 1979) trong đó có 135 ha trồng thuỷ canh. Việc thƣơng mại hoá thuỷ canh đã đƣợc áp dụng hầu hết ở các nƣớc phát triển có khí hậu ôn hoà và không ngừng tại đó, kỹ thuật thuỷ canh đã mở rộng sang các nƣớc có điều kiện khí hậu và kinh tế kém thuận lợi hơn nhƣ Kuwait, Malaysia,… Tóm lại, kỹ thuật thuỷ canh đã phát triển đến một trình độ cao và trở thành thƣơng mại hoá để thu dƣợc nhiều lợi nhuận hơn từ trồng trọt. Vì vậy, kỹ thuật thuỷ canh đƣợc coi là công nghệ trồng cây của thế kỷ 21.
Bảng 2.1:Tình hình sản xuất thuỷ canh của các nƣớc trên thế giới
TT Tên nƣớc Năm Diện tích Cây trồng 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Hà Lan
Tây Ban Nha Canada Pháp Nhật Bản Israen Bỉ Đức Newzealand Úc 1987 2001 1996 2001 1987 2001 1996 1984 1996 1996 1996 1996 2001 1996 3500 1.000 1.000 4.000 100 1.574 1.000 293 650 600 650 200 550 500
- Cà chua, dƣa leo, ớt, hoa cắt cành, cà tím, đậu, rau diếp
- Cà chua, dƣa leo, ớt cà tím, dâu tây, rau diếp, hoa cúc, cảI củ
- Rau diếp, dƣa leo, ớt - Cà chua
- Cà chua, dƣa leo, rau diếp - Dƣa leo, ớt
- Dƣa leo, ớt, cà chua, cà tím, hoa cắt cành - Cà chua, hành lá, rau diếp, dƣa hƣơng, dƣa leo
- Hoa cắt cành, dâu tây, cà chua
- Ớt, dƣa chili, dƣa leo, dƣa tây, rau diếp, Asian vegetables
11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 Anh Nam Phi Ý Mỹ Phần Lan Triều Tiên Mexico Trung Quốc Hi Lạp Braxil Đài Loan Singapo 1998 1984 1996 1990 1999 1984 1999 1996 1987 1996 1996 1999 1987 1999 1996 1999 1999 1996 392 75 420 50 400 228 400 370 274 15 120 5 120 33 60 50 35 30
dây tây, cây làm thuốc - Cà chua, dƣa leo, ớt
- Cà chua, dƣa leo, rau diếp, hoa - Hoa hồng, cà chua, dâu tây, ephenra - Cà chua, dƣa leo, rau diếp
- Cà chua, dƣa leo, rau diếp
- Cà chua, dƣa leo, dƣa tây, rau diếp, ớt, cảI thìa, hẹ tây, hoa
- Cà chua, dƣa leo, dƣa tây, ớt giòn, rau diếp, dâu tây
- Cà chua, dƣa leo, ớt, rau diếp - Rau diếp, anugula, water caress
Tổng diện tích: Thập niên 80 : 5.000 ha 6.000 ha Năm 2001 : 20.000 ha 25.000 ha
Nguồn: www.ride.gov.au/reports/Index.htm
Tình hình trong nƣớc
Ở nƣớc ta, từ năm 1993, Đại học quốc gia Hà Nội đã phối hợp với Tổ Chức Nghiên Cứu và Triển Khai Hồng Kông (R & D Hồng Kông) đã tiến hành nghiên cứu toàn diện các khía cạnh khoa học kỹ thuật và kinh tế xã hội cho việc chuyển giao công nghệ và phát triển thuỷ canh tại Việt Nam. Năm 1995, dƣới sự chủ trì của Đại học Quốc Gia Hà Nội đã hình thành một mạng lƣới đồng bộ các cơ sở nghiên cứu và triển khai hàng đầu của đất nƣớc: Đại học Quốc Gia Hà Nội, Đại học Nông Nghiệp I, Sở Khoa Học Công Nghệ và Môi Trƣờng Hà Nội, Trung tâm giống cây trồng Việt-Nga, Viện dƣợc liệu và Viện nghiên cứu rau quả Trung Ƣơng.
Tháng 10 năm 1995 kỹ thuật thuỷ canh đã đƣợc triển khai rộng rãi ở Hà Nội, TP Hồ Chí Minh, Côn Đảo… của các sở công nghệ, phân viện công nghệ sau thu hoạch ở một số tỉnh thành. Mục đích là thiết kế, sản xuất vật liệu cho thuỷ canh và trồng các loại cây khác nhau.
Tuy nhiên, kỹ thuật canh tác này còn rất mới mẻ so với tâp quán canh tác sản xuất của nông dân Việt nam. Đồng thời với chi phí sản xuất cao và kỹ thuật phức tạp cho nên hiện nay việc trồng thuỷ canh vẫn chƣa đƣợc phổ biến trên diện rộng.
Những ƣu điểm và nhƣợc điểm của kỹ thuật thuỷ canh Ƣu điểm
Không cần đất, chỉ cần không gian thì có thể tiến hành trồng đƣợc ở những nơi mà điều kiện trồng trọt bị hạn chế nhƣ hải đảo, vùng núi xa xôi, trong đô thị lớn…
Điều chỉnh đƣợc dinh dƣỡng cho cây trồng tức là đảm bảo tính đồng đều trong việc cung cấp các chất dinh dƣỡng không thể thiếu cho tất cả các bộ phận của khu vực trồng trọt.
Ít sử dụng thuốc trừ sâu bệnh và các chất độc hại khác, năng suất cao và có thể trồng liên tục, sản phẩm sạch, giàu chất dinh dƣỡng và tƣơi, sản phẩm không tích luỹ chất độc và không gây ô nhiễm môi trƣờng.
Giảm bớt yêu cầu về lao động và cải thiện đƣợc điều kiện làm việc khỏi các công việc nặng nhọc nguy hiểm.
Tiệc kiệm sử dụng nƣớc.
Cải thiện năng suất và phẩm chất, đây là ƣu điểm quan trọng nhất của phƣơng pháp thuỷ canh.
Rút ngắn đƣợc thời gian trồng trọt.
Nhƣợc điểm
Chi phí ban đầu cho hệ thống thuỷ canh còn khá cao, chƣa thuyết phục đƣợc ngƣời trồng trọt.
Nếu trong hệ thống bị nhiễm bệnh thì bệnh này sẽ nhanh chóng lan truyền cho cả hệ thống.
Yêu cầu phải nâng cao trình độ chuyên môn cho ngƣời lao động để đảm bảo quản lý hệ thống một cách an toàn và hiệu quả.
Các yếu tố ảnh hƣởng đến nuôi trồng thuỷ canh Ảnh hƣởng của dinh dƣỡng khoáng
Dinh dƣỡng khoáng thực vật là một thành phần đặc biệt quan trọng của sự trao đổi chất trong cơ thể thực vật. Vì nó quyết định chiều hƣớng biến đổi sinh hoá các chất, sinh trƣởng, phát triển, năng suất và chất lƣợng cây trồng.
Không phải mọi nguyên tố hiện diện trong sinh quyển và đƣợc thực vật hấp thu đều là nguyên tố thiết yếu. Một nguyên tố thiết yếu phải hội tụ đủ 3 yêu cầu:
Cần thiết cho sự tăng trƣởng và phát triển bình thƣờng của thực vật Không thể thay thế bởi nguyên tố khác
Có vai trò xác định sự biến dƣỡng thực vật, mà khi thiếu thực vật sẽ có triệu chứng thiếu đặc biệt và chết.
Thực vật bậc cao cần rất nhiều nguyên tố dinh dƣỡng cho quá trình sinh trƣởng và phát triển. Nhƣng thực vật sử dung chủ yếu 16 nguyên tố dinh dƣỡng thiết yếu sau:
9 nguyên tố dinh dƣỡng đa lƣợng gồm: C.H,O,K,N,P,Ca,Mg,S. 7 nguyên tố dinh dƣỡng vi lƣợng gồm: Cu,Zn,Fe,Mn,B,Cl,Mo.
Nguồn: theo tài liệu “Độ phì và Phân bón”
Ảnh hƣởng của các loại môi trƣờng dinh dƣỡng và cách pha chế dung dịch dinh dƣỡng đến nuôi trồng thuỷ canh
Ảnh hƣởng của các loại môi trƣờng dinh dƣỡng
Việc xác định môi trƣờng dinh dƣỡng thích hợp cho các loại cây trồng là một yếu tố quan trọng trong phƣơng pháp trồng thuỷ canh. Việc trồng cây trong dung dịch dinh dƣỡng đầu tiên đƣợc thiết kế và triển khai phục vụ cho công tác nghiên cứu khoa học, đã đƣa ra cơ sở cho sự hiểu biết của chúng ta về dinh dƣỡng cây trồng. Cho dù trồng trong giá thể trơ hoặc là trồng trực tiếp trong dung dịch dinh dƣỡng có hay không có hồi lƣu thì việc xác định môi trƣờng dinh dƣỡng thích hợp nhất đòi hỏi trải qua nhiều thời gian để tiến hành thí nghiệm. Hewitt đã nhận xét rằng: “…có bao nhiêu thí nghiệm thì đã có bấy nhiêu chất dinh dƣỡng đƣợc ứng dụng thử”. Các công thức dinh dƣỡng hiện đại có chiều hƣớng cho thấy sự đồng nhất cao hơn bởi vì cây trồng muốn sinh trƣởng tốt thì cần đầy đủ các chất dinh dƣỡng cả vi lƣợng và đa lƣợng.
Bảng 2.2: Nồng độ một số dung dịch thƣờng đƣợc sử dụng trong thí nghiệm trồng cây
bằng hệ thống thuỷ canh
Nguyên tố Hoaland và Annon (1938) Hewitt (1996) Steiner (1984) Nitơ Photpho Kali Magiê Canxi Lƣu huỳnh Sắt Mangan Bo Đồng Kẽm Molyplen 210 31 234 48 160 64 2.5 0.5 0.5 0.02 0.05 0.01 168 41 156 36 16 48 2.8 0.55 0.54 0.064 0.065 0.048 167 31 277 49 183 111 1.33 0.62 0.44 0.02 0.11 0.048
Nguồn: theo L.Brader và Ctv
2.3.2.2 Ảnh hƣởng của cách pha chế đến nuôi trồng thuỷ canh
Việc pha chế ảnh hƣởng rất lớn đến tính linh động của các nguyên tố trong môi trƣờng dinh dƣỡng vì nếu pha chế không đúng sẽ dẫn đến kết tủa các nguyên tố khoáng. Cho nên cần sắp xếp thứ tự các hoá chất dinh dƣỡng cho vào của công thức phải từ trên xuống, các ion khoáng phải cân bằng, pH phải không đổi. Biên độ pH phát triển tốt là từ 5.56.8 (tốt nhất là từ 5.86.2).
2.3.3 Ảnh hƣởng của điều kiện bên ngoài đến việc hấp thu dinh dƣỡng của cây trồng trong hệ thống thuỷ canh trong hệ thống thuỷ canh
2.3.3.1 Ánh sáng
Trong quang hợp cây hấp thu năng lƣợng ánh sáng mặt trời. Quang hợp dự trữ năng