2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.3.4 Một số nghiên cứu về ứng dụng khí canh trong nhân giống và
trọt trên thế giới và Việt Nam
2.3.4.1 Trên thế giới
Năm 1942, Carter W. [20] là người đầu tiên nghiên cứu việc trồng cây trong môi trường không khí và ông đã mô tả hệ thống trồng cây trong hơi nước để thuận tiện cho việc kiểm tra rễ. Tiếp theo là L.J.Klotz là người đầu tiên thực hiện phun mù cho cam quýt trong một nghiên cứu đơn giản của ông về những bệnh ở rễ cam quýt. Năm 1952, G.F.Trowel đã trồng táo trong môi trường phun nước. Đến năm 1957 F.W.Went là người đầu tiên đưa ra thuật ngữ cho quá trình trồng cây trong không khí là “ aeroponic”, ông đã trồng cà chua với rễ lơ lửng trong không khí và áp dụng phun mù dinh dưỡng (màng sương dinh dưỡng) cho rễ cây, ông nhận thấy sự ra rễ của chúng rất thuận lợi và sạch bệnh khi trồng trong điều kiện phun mù dinh dưỡng cho bộ phận dưới mặt đất. Công nghệ này đã được nghiên cứu và phát triển lần đầu tiên tại trường Đại học Pia của Italia bởi tiến sĩ Franco Massantinị Hệ thống này bao gồm các ống phun dung dịch đặt trong các thùng xốp nuôi câỵ Tiếp theo công trình này các nhà khoa học Israel đã cải tiến và cho ra đời hệ thống EGS, hệ thống có sự kết hợp giữa kỹ thuật NFT và kỹ thuật khí canh. Sau đó hàng loạt các hệ thống được ra đời: hệ thống Rainforest của Mỹ, hệ thống Schwalbach của Úc, hệ thống AGS được xem là cải tiến nhất. Kỹ thuật này được các nhà nghiên cứu Singapore tiếp tục phát triển thành thiết bị Tero Green Technology được cấp bằng phát minh của mạng lưới nông nghiệp đô thị Liên hiệp quốc vào năm 2000. NASA đã lắp đặt tổ hợp thiết bị gồm hệ thống khí canh và công nghệ màng dinh dưỡng NFT để trồng cây trong không gian (http://www.biocontrol.com 1996–2004) [49]. Đến năm 1970, với công nghệ nhà kính đã phát triển, các công ty hướng tới sử dụng công nghệ khí canh để nhân giống cây trồng phục vụ mục đích thương mạị Năm 1982,
Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp……….. 25
Dr.Richard J. Stoner ở đại học Colorado của Mỹ lần đầu tiên đưa ra và ứng dụng thành công công nghệ khí canh để nhân giống cây trồng bằng cách sử dụng việc phun dinh dưỡng kèm chất kích thích ra rễ ngắt quãng cho phần gốc của cành giâm trong các hộp nhân giống 20 lần/giờ (Dr.Richard J. Stoner, 1983) [37]. Công nghệ đã được tác giả liên tục nghiên cứu hoàn thiện cho phép ra đời một công nghệ mới gọi là công nghệ RPB (Rapid Propagation Biotechnology). Công nghệ này được xem như là một bước đột phá trong lĩnh vực nghiên cứu và sản xuất giống vô tính cây trồng. Các nhà nhân giống invitro gọi kỹ thuật này là thế hệ mới của công nghệ nhân giống và cho rằng đây sẽ là phương pháp nhân giống vô tính cây trồng quan trọng của thế kỷ 21. Kỹ thuật khí canh hiện đại đã được nghiên cứu tại trạm nghiên cứu của NASA và trung tâm công nghệ không gian hóa Biosever nằm trong khuôn viên của Đại học Colorado ở Boulder, Coloradọ Các nghiên cứu khác bao gồm nghiên cứu về hệ thống hồi lưu tại Trung tâm nghiên cứu Ames , nơi các nhà khoa học đã nghiên cứu các phương pháp trồng cây lương thực trong trạng thái trọng lực thấp cho các trạm không gian trong tương lai (NASA, 2006) [33]. Năm 2000, Stoner đã được cấp bằng sáng chế cho công nghệ kiểm soát sâu bệnh bằng phương pháp sinh học hữu cơ điều khiển, cho phép điều khiển sâu bệnh bằng biện pháp sinh học trên hệ thống khí canh (Stoner, R., Linden, J., Knutson, K. Gardner-Hughes, C., 2000) [30]
Kỹ thuật này có thể thay thế phương pháp nhân giống bằng nuôi cấy mô tế bào do có lắp đặt hệ thống lọc khử trùng dung dịch và buồng không khí trồng. Toàn bộ khâu điều khiển pH, EC, nhiệt độ của dung dịch và môi trường đều được tự động hóa nhờ 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 động hóạ Công nghệ này cho phép nhân được nhiều loại cây trồng, chu kỳ nhân giống nhanh hơn, nhiều hơn, công suất tăng 30 lần so với
Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp……….. 26
kỹ thuật truyền thống, loại bỏ khâu khử trùng (môi trường, mẫu vật…) rất phức tạp, tiết kiệm lao động, vật liệu, giảm giá thành cây giống… Có thể nêu ví dụ việc ứng dụng công nghệ này trong sản xuất củ giống khoai tây: Công
nghệ “Quantum TuberTM Biotechnology” là công nghệ có tính cách mạng,
hoàn toàn mới mẻ trong lĩnh vực sản xuất giống khoai tâỵ Công nghệ này cho phép sản xuất hoàn toàn chủ động trên diện tích nhỏ được một khối 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 (http://www.quantumtuber.com) [52].
Trên thế giới hiện nay có hàng trăm loại cây trồng được nhân giống và thương mại hóa thành công bằng phương pháp trên. Việc sản xuất cây giống và cà chua thương phẩm khi áp dụng công nghệ này đã rút ngắn thời gian tạo cây giống (từ 28 ngày xuống còn 10 ngày), thời gian thu hoạch lần đầu (từ 68 ngày xuống còn 30 ngày) qua đó làm tăng số vụ trồng/năm. Điều đó cho phép tạo khối lượng sản phẩm cực lớn trên một đơn vị diện tích sử dụng. Hệ thống RPB của Mỹ cho phép thay thế hệ thống nuôi cấy mô thông dụng và nhân nhanh hàng trăm loại cây khác nhau với hệ số nhân và chất lượng cây giống cao gấp 5 – 10 lần so với nuôi cấy in vitrọ
Có thể nói, công nghệ nhân giống bằng khí canh là công nghệ có tính đột phá trong lĩnh vực nhân giống cây trồng và là công nghệ của nền nông nghiệp công nghiệp hóạ
2.3.4.2 Ở Việt Nam
Ở nước ta, công nghệ khí canh còn là điều khá mới mẻ. Giai đoạn trước năm 1995 phương pháp trồng cây trong dung dịch chỉ được sử dụng ở các trường đại học và các viện nghiên cứu để tìm hiểu về dinh dưỡng khoáng của
Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp……….. 27
cây trồng. Đến năm 1995 với sự hợp tác và giúp đỡ của công ty RD Hồng Kông và trung tâm nghiên cứu phát triển rau châu Á (AVRDC), phương pháp thủy canh tĩnh mới được ứng dụng ở Việt Nam với mục đích sản xuất rau an toàn. Khí canh dựa trên nguyên tắc của công nghệ thủy canh, nhưng thay vì để bộ rễ ngập hoàn toàn trong nước thì bộ rễ được treo lơ lửng giúp rễ cây thoáng khí hơn (Hason J., 1980) [28]. Ở Việt Nam hiện nay tại nhiều tỉnh thành phố đã xây dựng nhiều khu nông nghiệp công nghệ cao để sản xuất rau sạch và trồng các loại hoa có giá trị kinh tế cao, các dự án ở Hà Nội, Hải Phòng, thành phố Hồ Chí Minh, Đà Nẵng....Đặc biệt, ở Lâm Đồng (tập trung chủ yếu ở Đà Lạt và vùng phụ cận) việc ứng dụng công nghệ cao trong sản suất nông nghiệp phát triển rất mạnh, chỉ riêng ở Đà Lạt diện tích nhà lưới là khoảng trên 500 ha, với nhiều công ty trong và ngoài nước sản xuất các loại rau an toàn và hoa tươi cung cấp cho thị trường trong nước và xuất khẩu, đạt giá trị kinh tế caọ Hầu hết công nghệ nhà trồng và hệ thống tưới đều được nhập khẩu từ Israel là nước có những ứng dụng công nghệ cao trong nông nghiệp tiên tiến nhất thế giớị Gần đây với chương trình phát triển nông nghiệp công nghệ cao, một số công ty đầu tư và phát triển nông nghiệp Hà Nội, trung tâm phát triển nông lâm nghiệp công nghệ cao Hải Phòng… cũng đã du nhập hệ thống nhà trồng cây từ Israel để trồng rau và hoa theo kiểu công nghiệp, hàng năm mỗi cơ sở sẽ cung cấp cho thị trường 2,5 đến 2,6 triệu cây giống rau, hoa quả có chất lượng cao, 4 đến 5 tấn hạt giống raụ
Gần đây, các kết quả nghiên cứu về dung dịch dinh dưỡng cho các loại cây trồng của các tác giả: Lê Đình Lương, Nguyễn Quang Thạch (1995), Võ Kim Oanh (1996),Vũ Quang Sáng (2000) [5], [6], [10]…. Đã có những thành công bước đầu trong việc nghiên cứu và ứng dụng công nghệ khí canh trong điều kiện thực tiễn ở nước tạ Đáng chú ý là các tác giả ở trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội đã ứng dụng kỹ thuật khí canh như là một khâu chủ yếu phục vụ vào giai
Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp……….. 28
đoạn vườn ươm của cây nuôi cấy mô để sản xuất cây giống. Kết quả bước đầu cho thấy các cây từ nuôi cấy mô ở giai đoạn vườn ươm đều có tỷ lệ sống cao, sinh trưởng mạnh… Đặc biệt các tác giả Nguyễn Quang Thạch, Nguyễn Thị Lý Anh, Nguyễn Xuân Trường (2006) [14] đã nghiên cứu thành công quy trình sản xuất giống khoai tây sạch bệnh bắt nguồn từ nuôi cấy mô bằng công nghệ khí canh, đã áp dụng vào sản xuất thực tiễn. Bước đầu đã có kết luận: phương thức nhân giống trong khí canh cho thấy tỷ lệ sống ở các công thức đều đạt 100% sau 6 ngày trồng, tỷ lệ cây sống cao, tăng khả năng ra rễ của cây giống, chỉ sau 4 ngày đạt 72,76 – 83,35%, sau 1 tuần đạt 95%
Tại Viện Sinh học Nông nghiệp – ĐH Nông nghiệp Hà Nội, Hoàng Thị Nga và cs, 2009 [6] đã áp dụng rất thành công kỹ thuật khí canh trong nhân giống cây cà chua với hệ số nhân cao gấp 2-3 lần so với nhân giống bằng nuôi cấy mô
Năm 2005, tại trung tâm phát triển nông lâm nghiệp công nghệ cao Hải Phòng đã triển khai gieo ươm một số loại giống cây trồng: cà chua, dưa chuột, cải thảo, súp lơ xanh, cải bắp, kết quả cho thấy tỷ lệ nảy mầm của các giống đạt từ 95 đến 98%, cây sinh trưởng phát triển mạnh, do đó rút ngắn được thời gian trong vườn ươm từ 5-7 ngày so với phương pháp gieo ươm trên giá thể trồng cây của Đài Loan.
Kết quả của Phạm Ngọc Sơn (2006) [12] trên đối tượng rau ăn lá cây cải xanh và xà lách cho thấy khi gieo ươm bằng phương thức khí canh cây con có khả năng sinh trưởng nhanh về chiều cao thân lá, cho năng suất cao, rút ngắn được thời gian trong vườn ươm hơn so với khi gieo trên đất.
Đối với cây hoa thì kỹ thuật thuỷ canh được ứng dụng vào sản xuất nhiều hơn. Tuy nhiên, hiện nay kỹ thuật khí canh cũng đang được nghiên cứu với đối tượng cây hoa nhằm tạo ra năng suất chất lượng sản phẩm tốt. Một số loại hoa đang được đưa vào nghiên cứu như hoa cẩm chướng, đồng tiền, hồng môn…
Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp……….. 29
Theo Phạm Minh Phương (2006) [9] khi nghiên cứu về cây hồng môn cho thấy: Phương thức thích hợp nhất để trồng hồng môn ở giai đoạn bồn mạ là phương thức trồng bằng hệ thống khí canh với dung dịch dinh dưỡng Knop (pH 5,8 – 6,2, EC từ 800 – 1300 µs/cm). Với phương thức này, sau 10 tuần tỷ lệ cây chuyển chậu đã đạt 91,11%, rút ngắn được 4 – 6 tuần so với trồng trên giá thể hữu cơ.
Kết quả nghiên cứu bước đầu của Nguyễn Thị Ngân (2007) [6] về ứng dụng kỹ thuật thủy canh và khí canh trong nhân giống cẩm chướng đã xác định được việc sử dụng dung dịch dinh dưỡng Anthura với chu kỳ phun 10 phút một lần và mỗi lần phun 15 giây là phù hợp.
Gần đây, Nguyễn Thị Lý Anh và cộng sự (2010) [1] đã thành công trong ứng dụng công nghệ khí canh trong nhân giống cẩm chướng trong vụ Xuân – Hè. Các tác giả này đã khẳng định có thể nhân giống cẩm chướng vào tháng 5, tháng 6 bằng kỹ thuật khí canh với hệ số nhân đạt 87% so với nhân giống trong điều kiện thích hợp của tháng 2 – tháng 3.
Viện Sinh học Nông nghiệp đã ứng dụng rất thành công kỹ thuật khí canh trong việc ra cây sau in vitro và nhân nhanh khoai tây và đã đưa ra kết luận: Bước đầu nghiên cứu ứng dụng công nghệ khí canh trong nhân giống khoai tây nuôi cấy mô trong điều kiện mùa hè cho kết quả: cây khoai tây in vitro trồng bằng phương pháp khí canh cho tỷ lệ sống đạt 100% ở tất cả các thí nghiệm trong khi ra cây bằng phương pháp thuỷ canh cho tỷ lệ tối đa là 78% sau 6 ngày theo dõị Hệ số nhân giống bằng cắt ngọn trên phương thức khí canh đối với loại cây này cũng rất cao, đạt 8-11 lần/tháng ở tất cả các thí nghiệm, cao hơn 400-500% so với hệ số nhân bằng thuỷ canh (Nguyễn Quang Thạch và cộng sự, 2006) [14]
Cỏ ngọt là loại cây đang rất được quan tâm vì vậy nhu cầu về giống là rất lớn, nhưng cây cỏ ngọt nhân được nhân từ cành giâm có thời gian sinh
Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp……….. 30
trưởng ngắn, ra hoa sớm làm giảm năng suất, cây nhân từ hạt có tỷ lệ nảy mầm rất thấp, cây nuôi cấy mô có nhiều ưu điểm là cây được trẻ hóa, lâu ra hoa nên thời gian sinh trưởng dài, năng suất cao, sạch bệnh nhưng giá thành cao và giai đoạn ra cây gặp nhiều khó khăn. Trong khi đó đã có những nghiên cứu cho thấy hệ thống khí canh là một giải pháp tốt cho những khó khăn của việc ra cây sau nuôi cấy mô và cho hệ số nhân giống caọ Do đó việc nghiên cứu nhân giống vô tính cỏ ngọt bằng phương pháp khí canh là cần thiết để có một phương pháp mới cho việc nhân giống cây cỏ ngọt.
Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp……….. 31