CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.5. Tình hình nghiên cứu
1.5.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới
Trong những năm gần đây những tiến bộ trong phương pháp nuôi cấy mô thực vật liên quan đến yêu cầu về chiếu sáng hiện đang tập trung vào tính năng cải tiến của điốt phát quang. Sự phát triển bền vững của công nghệ LED, với sự ra đời của các vật liệu bán dẫn mới có thể áp dụng trong nhiều lĩnh vực. Là một giải pháp thay thế cho hệ thống chiếu sáng truyền thống, LED đã chứng tỏ nó là một nguồn sáng nhân tạo cho nuôi cấy mô thực vật. Có rất nhiều nghiên cứu đã được tiến hành để điều tra tác động của đèn LED lên cây trồng.
Trong những năm gần đây những tiến bộ trong phương pháp nuôi cấy mô thực vật liên quan đến yêu cầu về chiếu sáng hiện đang tập trung vào tính năng cải tiến
của điốt phát quang. Sự phát triển bền vững của công nghệ LED, với sự ra đời của các vật liệu bán dẫn mới có thể áp dụng trong nhiều lĩnh vực. Là một giải pháp thay thế cho hệ thống chiếu sáng truyền thống, LED đã chứng tỏ nó là một nguồn sáng nhân tạo cho nuôi cấy mô thực vật. Có rất nhiều nghiên cứu đã được tiến hành để điều tra tác động của đèn LED lên cây trồng.
Năm 2004, Ruey - Chi Jao và Wei Fang đã nghiên cứu ảnh hưởng của đèn LED tới sự tăng trưởng và hệ số nhân của cây khoai tây in vitro. Nghiên cứu đã sử dụng các loại ánh sáng đèn LED có bước sóng ánh sáng dao động từ 380- 760 nm, thí nghiệm đã cho kết quả khả quan về hệ số nhân nhanh cây khoai tây in vitro. Ánh sáng đèn LED 720 Hz với thời gian chiếu sáng 16h trên ngày cho kết quả hệ số nhân nhanh đạt 5.7 lần và mẫu sinh trưởng thực vật là tốt nhất, chồi trên môi trường này đạt 106,1 mm [18].
Năm 2006, Teresa Cybularz- Urban và cộng sự đã tìm hiểu ảnh hưởng của bước sóng ánh sáng lên sự phát sinh cơ quan của lan Cattleya hybrid trong nuôi cấy in vitro. Kết quả đã đánh giá được ảnh hưởng của bước sóng ánh sáng tới sự nhân lên tăng trưởng mô và hàm lượng sắc tố, Teresa Cybularz- Urban và cộng sự bắt dầu thí nghiệm trên protocorm được nuôi cấy trong môi trường MS thay đổi 5,0 mg/l BA, 0,2 mg /l Zeatin, 1,0mg/l NAA. Kết quả cho thấy tốc độ phát sinh của cơ quan phụ thuộc vào bước sóng của ánh sáng đơn sắc, thí nghiệm với ánh sáng đỏ và ánh sáng xanh dương có hiệu quả trong việc phát sinh hình thái.
Kết quả ghi lại hệ số phát sinh hình thái đạt 11,7 lần dưới ánh sáng đỏ, 10,6 lần dưới ánh sáng xanh dương, 8,3 lần dưới ánh sáng trắng và 6,2 lần trong bóng tối.
Bên cạnh đó hàm lượng diệp lục và carotenoit trong điều kiện ánh sáng trắng là cao nhất, giảm dần từ màu xanh dương sang đỏ. Ánh sáng xanh dương tạo điều kiện thuận lợi cho sự nhân lên và kéo dài rễ [20].
Năm 2008, Wongnok A và các cộng sự đã khảo sát ảnh hưởng của đèn LED lên sự sinh trưởng của hạt lan Hồ điệp lai. Ở nghiên cứu này, hạt của lan Hồ Điệp được cấy vào môi trường cơ bản Murashige và Skoog (MS) bổ sung 0,1 mg/l 6- benzyladenine (BA) và 0,5 mg /l axit axít naphthalene (NAA) và nuôi cấy in vitro trong 45 ngày. Thí nghiệm đã tiến hành với sáu loại ánh sáng khác nhau: Đèn
huỳnh quang (CON), đèn LED đơn sắc màu xanh (B), ba hỗn hợp LED màu xanh và đỏ (B: R = 3: 1, 1: 1, 1: 3) và đèn LED đỏ đơn sắc (R). Nghiên cứu đã chỉ ra, protocorm sinh trưởng cao nhất dưới điều kiện ánh sáng của đèn LED (80% đỏ và 20% xanh) [22].
Năm 2014, Kumala Dewi và cộng sự đã phân tích ảnh hưởng của ánh sáng đèn LED lên quá trình sinh trưởng và ra hoa của cây lan Hồ điệp, các cây con trong ống nghiệm được nuôi trên điều kiện các màu ánh sáng khác nhau như đỏ, xanh dương, vàng, xanh lá trong 2 hoặc 4 tuần với thời gian chiếu sáng 14h/ngày, và sau đó mỗi cây con được trồng trong một chậu nhựa có chứa sphagnum và phát triển trong buồng sinh trưởng dưới chất lượng ánh sáng tương tự trong 3 tháng.
Kết quả thí nghiệm cho thấy tăng trưởng thực vật được tăng cường dưới đèn LED xanh dương, đỏ-xanh hoặc trắng so với đèn huỳnh quang. Hàm lượng Gibberellin và cytokinin tăng lên trong cây con có đèn LED trắng. Dựa trên mức tăng trung bình của lá, người ta cho rằng sự phát triển của cây con có thể được thúc đẩy bằng cách cho các đèn LED màu xanh dương, đỏ-xanh hoặc trắng [13].
Năm 2014, Jaime A và cộng sự đã thử nghiệm ảnh hưởng của đèn LED đơn sắc lên sự phát triển của protocorm của các loài thuộc chi Lan kiếm, nghiên cứu đã thực trên nhiều loại công thức ánh sáng như: 100% ánh sáng đỏ, 60% ánh sáng đỏ/40% ánh sáng xanh dương, 100% ánh sáng xanh dương, 70% ánh sáng đỏ/30% ánh sáng vàng,…. Kết quả cho thấy nguồn ánh sáng với tỷ lệ 40% ánh sáng đỏ/60% ánh sáng xanh dương ảnh hưởng tốt đến sự phát triển và nhân nhanh của protocorm cây Lan kiếm [12].
Năm 2013, S.Dutta Gupta, B. Jatothu đã nghiên cứu ứng dụng của các điốt phát quang (LEDs) trong sự phát sinh hình thái của cây trồng in vitro. Kết quả cho thấy tốc độ phát sinh hình thái của cây trồng khá nhanh chóng và ổn định dưới tác động của các điốt phát quang, nghiên cứu đã được tiến hành để nghiên cứu ảnh hưởng của LED lên cây trồng, điều này đã dẫn đến nhiều kết quả khả quan. Các đặc điểm hình thái, giải phẫu và sinh lý khác nhau như: hình thành chồi nách, phôi soma,giải phẫu lá, và khả năng quang hợp của thực vật phát triển ổn địnhtrong ống nghiệm đã được tìm thấy được điều chỉnh bởi tính chất quang
phổ của đèn LED. Khảo sát cho thấy hệ số nhân nhanh đạt đến 11,3 lần sau 3 tuần theo dõi trên cây khoai tây in vitro được chiếu sáng với ánh sáng tỷ lệ 60% đỏ:40%
vàng [16].
1.5.2. Tình hình nghiên cứu trong nước
Năm 2012, Nguyễn Bá Nam và cộng sự đã nghiên cứu ảnh hưởng của loại mẫu cấy và hệ thống chiếu sáng đơn sắc lên khả năng tái sinh chồi cây hoa Cúc (Chrysanthemum morifolium ramat. Cv. “jimba”) nuôi cấy in vitro. Lá Cúc được cắt thành hình tròn có đường kính 0,8 cm và thân được cắt thành từng lớp mỏng có kích thước là 10 mm với độ dày từ 0,5 - 0,6 mm. Hai nguồn mẫu này được cấy trên môi trường MS có bổ sung 30 g/l sucrose, 8 g/l agar, 0,5 mg/l NAA và 2 mg/l BA và nuôi cấy dưới các điều kiện chiếu sáng khác nhau: 100 % LED đỏ, 100 % LED xanh, 50 % LED đỏ + 50 % LED xanh, 70 % LED đỏ + 30 % LED xanh, 80
% LED đỏ + 20 % LED xanh, 90 % LED đỏ + 10 % LED xanh, ánh sáng đèn huỳnh quang và trong tối. Kết quả thu được sau bốn tuần nuôi cấy cho thấy, 70%
ánh sáng LED đỏ kết hợp với 30 % ánh sáng LED xanh là tỉ lệ phù hợp cho sự tái sinh chồi trực tiếp từ mẫu lá và gián tiếp từ lớp mỏng tế bào thân cây Cúc [5].
Năm 2014, Nguyễn Thanh Phương và cộng sự đã nghiên cứu ảnh hưởng của một số loại đèn chiếu sáng và bình nuôi cấy đến sự sinh trưởng, phát triển của giống cẩm chướng hồng hạc cấy mô. Kết quả chỉ ra trong giai đoạn nhân nhanh, sử dụng bình trụ nút bông hoặc túi nilon thoáng khí để nuôi cấy cho chất lượng cây giống tốt nhất. Đèn LED 13R-4B-3W cho cây sinh trưởng chiều cao tốt, tuy nhiên đèn LED 17R-3B lại có tác dụng kích thích cây tăng số lá, số chồi cao hơn và cho chất lượng cây giống tốt (nuôi cấy cây trong bình trụ nút bông đạt 21,53 lá/cây, số chồi là 5,67 chồi/cây. Khi nuôi cấy trong túi nilon thoáng khí đạt 26,60 lá/cây và cho số chồi là 7,30 chồi/cây). Bên cạnh đó, đèn LED 17R-3B cũng cho chất lượng cây nhân giống tốt hơn ở các công thức đèn khác. Trong giai đoạn tạo cây hoàn chỉnh, sử dụng đèn LED 13R-4B-3W là tốt nhất (Chiều cao cây khi nuôi cấy trong bình trụ nút bông đạt 4,74cm, nuôi cấy trong túi nilon thoáng khí là 5,13cm. Số lá/cây đạt 11,73 lá trong bình trụ nút bông và đạt 12,20 lá trong túi
nilon thoáng khí). Ngoài ra, đèn LED 13R-4B-3W còn làm tăng chất lượng cây giống so với các loại đèn khác trên tất cả các loại bình nuôi [7].
Năm 2017, Lê Thị Thúy và Trần Thị Anh Thoa đã khảo sát ảnh hưởng của ánh đèn LED lên sự sinh trưởng của Dendrobium lituiflorum Lindl. và Dendrobium Shavin White trong giai đoạn tạo rễ từ chồi, với chiều cao 3- 4cm. Sau 60 ngày nuôi cấy ở điều kiện in vitro, ánh sáng đèn LED đỏ là thích hợp nhất cho sự sinh trưởng của hai loài lan này. Cây con in vitro của 2 loài lan này được nuôi cấy dưới đèn LED đỏ cho tỷ lệ sống trên giá thể dớn đạt cao nhất là 66,67% đối với Dendrobium lituiflorum Lindl. và 88,89% đối với Dendrobium Shavin White sau 30 ngày trồng ở ngoài vườn ươm [9].
Năm 2017, Trần Ngọc Truồi và cộng sự đã phân tích ảnh hưởng của hệ thống chiếu sáng đơn sắc đến quá trình nhân giống in vitro cây hoa chuông (Sinningia speciosa). Kết quả thu được cho thấy: Trong quy trình nhân giống in vitro cây hoa chuông, hệ thống chiếu sáng đơn sắc sử dụng đèn LED tỏ ra vượt trội hơn so với sử dụng đèn huỳnh quang. Giai đoạn tái sinh chồi từ mô lá dưới điều kiện chiếu sáng sử dụng đèn LED kết hợp tỷ lệ 70% R + 30% B cho tỷ lệ mẫu tái sinh chồi, số chồi/mẫu đạt giá trị cao nhất lần lượt là: 75,33%; 1,96 chồi.
Sử dụng ánh sáng đơn sắc đèn LED tỷ lệ 80% R + 20% B thích hợp nhất cho quá trình nhân nhanh chồi với hệ số nhân chồi đạt được là 7,87 lần, chiều cao chồi là 1,95 cm. Giai đoạn tạo cây hoàn chỉnh, sử dụng ánh sáng đơn sắc đèn LED tỷ lệ 70% R + 30% B là thích hợp nhất. Chiều cao cây đạt được là 7,54 cm, số lá 6,80 lá, số rễ 6,13 rễ, chiều dài rễ 2,07 cm, khối lượng tươi 1,24 g/cây. Cây giống hoa chuông in vitro được nuôi cấy dưới điều kiện chiếu sáng đơn sắc LED tỷ lệ 70%
R + 30% B khi đưa ra trồng ở giai đoạn vườn ươm thích nghi rất tốt với điều kiện tự nhiên. Tỷ lệ sống đạt 96,67%, thời gian ra rễ sau 5 ngày [10].