T 0C AS 35 0 C
2.2.3.Các nghiên cứu về ảnh hưởng của các yêu tố kỹ thuật ựến nhân giống trồng trọt cây trong khắ canh
trồng trọt cây trong khắ canh
Nghiên cứu ứng dụng công nghệ thuỷ canh vào nhân giống cây trồng ựã ựược D.R Hoagland và D.I Arnon ở Trường đH Califorlia tiến hành ựầu tiên vào năm 1938. Bằng kỹ thuật này họ ựã ựiều khiển cho cây ra rễ và sinh trường hoàn toàn trong dung dịch dinh dưỡng. Tuy nhiên do những ựiều kiện kỹ thuật phức tạp (thơng khắ, kiểm sốt hấp thu dinh dưỡng, pH của dung dịch, ...) công nghệ này có nhiều nhược ựiểm nên không ựược ứng dụng. Tiếp nối các cơng trình của Klotz, L.G. (1944), ựã tiến hành nghiên cứu trên cây có múi, cà phê, táo, cà chua và phát hiện sự ra rễ của chúng rất thuận lợi và sạch bệnh khi trồng trong ựiều kiện phun mù dinh dưỡng cho bộ phận dưới mặt ựất. Went, F.W (1957) ựã ựưa ra thuật ngữ khắ canh (aeroponic) ựể chỉ các quá trình sinh trưởng của bộ rễ trong không khắ. đến năm 1970, với công nghệ nhà kắnh ựã phát triển, các công ty hướng tới việc ứng dụng công nghệ khắ canh ựể nhân giống cây trồng phục vụ mục ựắch thương mại. Năm 1982, Richard J. Stoner ở ựại học Colorado Mỹ lần ựầu tiên ựã ựưa ra và áp dụng thành công công nghệ khắ canh ựể nhân giống cấy trồng bằng cách sử dụng việc phun dinh dưỡng kèm chất kắch thắch ra rễ ngắt quãng cho phần gốc của cành giâm trong các hộp nhân giống 20 lần/giờ (Richard J Stoner, 1983). Công nghệ ựã ựược tác giả liên tục nghiên cứu hoàn thiện cho phép ra ựời một công nghệ mới gọi là công nghệ RPB (Rapid Propagation Biotechnology). Công nghệ này ựược xem như là bước ựột phá trong lĩnh vực nghiên cứu và sản xuất giống vô tắnh cây trồng. Các nhà nhân giống in vitro gọi kỹ thuật này là thế hệ mới của công nghệ nhân giống và cho rằng ựây sẽ là phương pháp nhân giống vô tắnh cây trồng quan trọng của thế kỷ 21. Kỹ thuật này có thể thay thế phương pháp nhân giống bằng kỹ thuật nuôi cấy
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ẦẦẦẦẦẦẦẦ 25 mơ tế bào do có lắp ựặt hệ thống lọc khử trùng dung dịch và không khắ buồng trồng. Toàn bộ các khâu ựiều khiển pH, ựộ EC của dung dịch, nhiệt ựộ của dung dịch và môi trường ựều ựược tự ựộng hóa nhờ các phần mềm chuyên dụng. Công nghệ này là sự phối hợp giữa công nghệ sinh học, công nghệ tin học, công nghệ vật liệu mới và công nghệ tự ựộng hóa. Cơng nghệ này cho phép nhân ựược nhiều loại cây trồng, chu kỳ nhân giống nhanh hơn nhiều hơn, công suất tăng 30 lần so với kỹ thuật truyền thống, loại bỏ khâu khử trùng (môi trường, mẫu vật) rất phức tạp trong nuôi cấy mô, tiết kiệm lao ựộng, vật liệu, giảm giá thành. Có thể nêu vắ dụ việc ứng dụng cơng nghệ này trong sản xuất củ giống khoai tây: công nghệ ỘQuantum Tubers biotechnologyỢ là cơng nghệ có tắnh cách mạng, hoàn toàn, mới mẻ trong lĩnh vực sản xuất giống khoai tây. Công nghệ này cho phép sản xuất hoàn toàn chủ ựộng trên diện tắch nhỏ ựược một lượng khổng lồ củ giống khoai tây chất lượng cao, số lượng củ giống có thể tăng từ 600% - 1400% so với phương pháp nhân giống bằng nuôi cấy mô và trồng trong nhà màn. Công suất của hệ thống này lớn hơn bất kể một hệ thống sản xuất giống nào hiện có. (info.quantum TubersTM.com).
Hình 2.2: Sơ ựồ hệ thống khắ canh
(Theo Soffer, H. & Burger D.W 1988) Vòi phun dung dịch ở dạng Ống hồi dinh Bể dung dịch dinh dưỡng Ống dẫn dinh Máy bơm
Cây con Màng phủ nilon Hộp
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ẦẦẦẦẦẦẦẦ 26 Hàng trăm loài cây trồng ựã ựược nghiên cứu nhân giống và thương mại hóa thành cơng bằng phương pháp trên. Cơng nghệ này cũng rất hiệu quả ựối với những cây có khả năng ra rễ kém. Hiện nay trên tồn cầu ựã có trên 1500 cơ sở lắp ựặt và sử dụng thiết bị RPB kể trên ựể nhân giống cây trồng ựặc biệt là khoai tây chủ yếu là ở các cơ sở hợp tác với Mỹ. Việc sản xuất cây giống và cà chua thương phẩm, khi áp dụng công nghệ này ựã rút ngắn thời gian tạo cây giống (từ 28 ngày xuống còn 10 ngày), thời gian cho thu hoạch lần ựầu (từ 68 ngày xuống cịn 30 ngày) qua ựó làm tăng số vụ trồng/năm trồng trong nhà kắnh từ 3,4 lên 7,7 lần [43].
- Công nghệ nhân giống khoai tây bằng khắ canh
Trong các ứng dụng của kỹ thuật khắ canh ựể nhân giống cây trồng thì khoai tây ựược xem là cây trồng mà công nghệ này thu ựược thành công gây ấn tượng nhất. Cuối thập kỷ 90 thế kỷ trước và những năm ựầu của thế kỷ 21 nhiều kết quả nghiên cứu của cơ quan nghiên cứu vũ trụ của Mỹ (NASA), Viện nghiên cứu nông nghiệp vùng cao của Hàn Quốc ựã ựề cập ựến cuộc cách mạng trong sản xuất củ giống khoai tây nhỏ (minituber) mà nội dung chủ yếu là áp dụng công nghệ khắ canh trong sản xuất củ nhỏ.
Những năm gần ựây, ở các nước thuộc khu vực Châu á như: Hàn Quốc, Nhật Bản, Trung Quốc ựã ứng dụng thành công các phương pháp công nghệ sinh học ựể xây dựng hệ thống giống khoai tây. Tại Trung Quốc một ựất nước có diện tắch khoai tây lớn nhất thế giới (4,7 triệu ha) trong vịng có 10 năm bằng việc ựổi mới hệ thống sản xuất củ giống (củ giống sạch bệnh), ựã ựưa năng suất bình quân của khoai tây ở Trung quốc từ 11tấn /ha năm 1991 ựã lên 17 tấn/ha năm 2000. Thành cơng này có sự ựóng góp ựáng kể của việc áp dụng phương pháp khắ canh trong sản xuất củ nhỏ, sạch bệnh. Bằng phương pháp này, có thể thu ựược 1.800 - 2.000 củ/m2 tại Trung Quốc (Sun HS & Cộng sự, 2002). và có thể thu ựược 3.000 Ờ 3.500 củ /m2 tại Hàn Quốc, trong khi các phương pháp khác chỉ ựạt 300 - 500 củ/m2 (Dong Chil Chang, Jin Cheol Jeong và Yong Beom
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ẦẦẦẦẦẦẦẦ 27 Lee, 2000).
Tại Việt Nam, Gần ựây, tác giả Nguyễn Quang Thạch và các cộng sự Viện Sinh học Nông nghiệp - Trường đH Nông Nghiệp Hà Nội ựang thực hiện ựề tài Khoa Học Công nghệ cấp Nhà Nước ỘNghiên cứu làm chủ cơng nghệ và xây dựng mơ hình công nghiệp sinh học sản xuất giống khoai tây, rau và hoa sạch bệnhỢ, bước ựầu ựã có kết luận phương thức trồng cây trong khắ canh cho thấy tỷ lệ sống ựạt 100% sau ra cây 6 ngày. Trồng cây khắ canh không chỉ cho tỷ lệ sống cao nhất mà khả năng ra rễ của các giống cũng rất cao, chỉ sau 4 ngày ựạt từ 72,76 Ờ 83,35%, sau 1 tuần ựạt 95 Ờ 100% (Nguyễn Thị Hương). Hệ số nhân ựạt cao nhất là 11,08 lần/tháng, sản xuất giống khoai tây bằng công nghệ khắ canh với năng suất ựạt 835-1016 củ/m2 (trên giống Diamant) ( Nguyễn Quang Thạch).
Một số công ty sinh học của Mỹ, Hàn Quốc, Úc, Canada, Ầựã thông báo xây dựng thành công hệ thống sản xuất công nghiệp khoai tây giống với năng xuất tăng 5-10 lần so với các quy trình thơng thường. Các cơng ty này ựã xây dựng các xắ nghiệp công nghiệp sản xuất chủ ựộng củ giống với công suất rất cao (5-10 triệu củ/năm). Nhờ ựó họ có thể phát triển nhanh chóng các giống mới với giá cạnh tranh. Nhưng ựến nay, hệ thống sản xuất mới này ựược xem là bắ quyết công nghệ không thể chuyển giao. Vắ dụ: Công ty liên doanh của Mỹ và Nga Dokagen ựã chào bán dây chuyền sản xuất này với giá 33.400USD cho một ựơn nguyên 10m2 nhưng phải kèm theo chi phắ chuyển giao công nghệ là 300.000USD. Theo công bố này, công nghệ Ộ Quantum TubersỎ biotechnologyỢ là cơng nghệ có tắnh cách mạng, hoàn toàn, mới mẻ trong lĩnh vực sản xuất giống khoai tây. Công nghệ này cho phép rút ngắn thời gian ựưa một giống mới tạo ra vào sản xuất từ 5-7 năm và có thể sản xuất hoàn toàn chủ ựộng trên diện tắch nhỏ ựược một lượng khổng lồ giống khoai tây chất lượng cao. Công suất của hệ thống này lớn hơn bất kể một hệ thống sản xuất giống nào hiện có. để ựiều khiển sự hình thành số lượng củ lớn nhiều nghiên cứu cơ
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ẦẦẦẦẦẦẦẦ 28 bản ựã ựược tiến hành, các tác giả Waylen Y. Wan và cộng sự của trường ựại học Wisconsin Ờ Madison ựã nghiên cứu ảnh hưởng của sự thay ựổi pH trong quá trình sinh trưởng của cây ựến số lượng củ hình thành và ựã chứng minh xử lý sốc pH có thể làm tăng số lượng củ hình thành lên tới 140 củ/1 cây trong khi ựó khơng gây sốc chỉ thu ựược 2 củ/cây (Waylen Y. Wan, Weixing Cao, Theodrore W. Tibbitts).
Cũng có những cơng bố về yếu tố mật ựộ trồng khoai tây trong khắ canh của Imma Farran và Angel M. Mingo-Cas ( 2006). Theo cơng bố này thì khoai tây ựược trồng với mật ựộ rất cao ở 60 cây/m2 và 100 cây/m2 trong khắ canh và ựược thu hoạch tỉa với nhiều thời ựiểm khác nhau xong số lượng củ thu ựược/m2 không nhiều, thấp nhất ựạt 297củ/m2 và cao nhất cũng chỉ ựạt 802củ/m2, kắch thước củ nhỏ. Cũng nghiên cứu về mật ựộ, tác giả Van Der Veeken (2009) ựã nghiên cứu dải mật ựộ trồng từ 25 Ờ 140 cây/m2 lại chỉ ra rằng mật ựộ thưa (25 cây/m2) cho năng suất cao nhất về số củ.
Tác giả Dong Chil Chang và cộng sự (2008) ựã nghiên cứu ảnh hưởng của biện pháp gây sốc dinh dưỡng ựến khả năng tạo củ của khoai tây và chỉ ra rằng khi gây sốc gián ựoạn dinh dưỡng ở giai ựoạn 35-45 ngày sau trồng thì sẽ tăng ựược 18% về số củ/cây. Tiếp sau ựó là cơng bố của ông về kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt ựộ thấp ựến sự hình thành củ cây khoai tây trồng trong khắ canh và nhận thấy nhiệt ựộ thấp có ảnh hưởng rõ rệt ựến số củ hình thành. Trong vụ ựơng có thể cho 20-24 củ/cây (giống Superior) trong khi vụ hè chỉ thu ựược 6-12 củ/cây. Bên cạnh Dong Chil Chang, Angelika Hilbeck và cộng sự cũng ựã có những nghiên cứu về yếu tố nhiệt ựộ trong hệ thống khắ canh (Angelika Hilbeck, George G. Kennedy, 1998).
Tác giả Nguyễn Quang thạch và cộng sự ựã nghiên cứu ảnh hưởng của dung dịch dinh dưỡng ựến khả năng nhân giống và sản xuất củ giống(minituber) khoai tây bằng kỹ thuật khắ canh ựã công bố. Trong ựiều kiện vụ hè (tháng 7) cây trồng trên bồn khắ canh với dung dịch ựược làm
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ẦẦẦẦẦẦẦẦ 29 lạnh(ở 15oC, 20 oC, 25 oC) ựều có khả năng sinh trưởng tốt và cho phép cắt ngọn giâm ựể nhân giống với hệ số nhân ựạt 7,62 Ờ 9,04 lần/tháng trên các giống nghiên cứu. Ở nhiệt ựộ dung dịch này kết hợp với quang chu kỳ chiếu sáng 11h/24h các cây khoai tây ựều tạo củ, cao nhất là giống Diamant dạt 708,0 củ/m2 trong khi công thức ựối chứng không xử lý nhiệt ựộ cây ựều chết hoàn toàn trong khoảng thời gian 30 ngày sau trồng.
Tuy nhiên những cơng bố mang tắnh quy trình sản xuất khoai tây cịn rất hạn chế vì ựó là những bắ quyết cơng nghệ mang tắnh bản quyền.
Có thể nói, cơng nghệ nhân giống bằng khắ canh là cơng nghệ có tắnh ựột phá trong lĩnh vực nhân giống cây trồng và là công nghệ của nền nông nghiệp công nghiệp hố. Cơng nghệ này ựã ựược Viện Sinh học Nơng nghiệp Ờ đại học Nông nghiệp Hà Nội nghiên cứu và ứng dụng thành công trên một số giống nhất ựịnh. Tuy nhiên việc nghiên cứu, tìm hiểu và làm chủ công nghệ trên ựể áp dụng trên từng ựối tượng giống khác nhau là vấn ựề hết sức cần thiết.