Ứng dụng công nghệ nuôi cấy mô tế bào để nhân giống khoai tây sạch bệnh ở Nghệ An

ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ NUÔI CẤY MÔ TẾ BÀO

ĐỂ NHÂN GIỐNG KHOAI TÂY SẠCH BỆNH Ở NGHỆ AN

TS. Nguyễn Xuân Lai

Phó Hiệu trƣởng

đường duy nhất để sản xuất củ giống

khoai tây sạch bệnh, tuy nhiên việc tạo

cây, củ khoai tây sạch bệnh luôn luôn

phải kết hợp với việc duy trì tính sạch

bệnh, nhân giống sản xuất giống phải

được thực hiện trong điều kiện được

cách li với môi giới truyền bệnh.

I. ĐẶT VẤN ĐỀ

Khoai tây là cây lương thực và

cây thực phẩm, có giá trị dinh dưỡng và

giá trị kinh tế cao. Hiện nay cây khoai

tây đã và đang được trồng phổ biến ở

nhiều nước trên thế giới.

Cây khoai tây được du nhập vào

nước ta từ những năm đầu của thế kỷ

XIX và trở thành cây trồng vụ đông lý

tưởng ở đồng bằng Bắc Bộ và Bắc Trung

bộ. Diện tích khoai tây trong vụ đông ở

vùng đồng bằng Bắc bộ giảm mạnh, chỉ

giao động trong khoảng 25.000- 30.000

ha và năng suất xấp xỉ khoảng 8-10

tấn/ha. Theo thông báo của Cục Trồng

trọt và Cục Thông tin khoa học và Công

nghệ quốc gia (2001), khoai tây ở Việt

Nam đã bị thoái hóa nặng, tỷ lệ nhiễm

bệnh virus rất cao. Vì vậy biện pháp

khắc phục duy nhất là phải thay thế

giống đã thoái hóa cho từng vùng, bằng

giống mới sạch bệnh và có tuổi sinh lý

thích hợp. Việc thay thế giống khoai tây

có 2 giải pháp đó là: Nhập nội giống và

sản xuất giống sạch bệnh trong nước.

Phương án nhập nội giống khó có thể

thực hiện được bởi vì chi phí cho giống

nhập nội rất tốn kém, đồng thời không

chủ động. Do vậy để giải quyết vấn đề

thay thế giống khoai tây ở Việt Nam thì

việc sản xuất tại chỗ củ giống khoai tây

sạch bệnh có ý nghĩa quyết định. Để

khắc phục hiện tượng thoái hóa giống

khoai tây, phải nghiên cứu thiết lập một

hệ thống sản xuất khoai tây sạch bệnh.

Đó là hệ thống bắt nguồn từ nuôi cấy in

vitro kết hợp với việc thanh lọc thường

xuyên trên đồng ruộng. Đây là con

Để hoàn thiện quy trình công

nghệ sản xuất giống khoai tây sạch bệnh

và tìm ra phương hướng sản xuất giống

khoai tây cho tỉnh nhà, Chúng tôi tiến

hành nghiên cứu đề tài “ Ứng dụng công

nghệ nuôi cấy mô tế bào để nhân giống

khoai tây ở Nghệ An”

II. ĐỐI TƢỢNG NỘI DUNG VÀ

PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. Đối tƣợng nghiên cứu

Giống khoai tây Diamant, là

giống nhập nội từ Đức. Giống có thời

gian sinh trưởng 85 ngày, cây thấp trung

bình, lá xanh đậm, ruột củ màu vàng,

tiềm năng năng suất 30-35 tấn/ha.

2.2. Nội dung nghiên cứu.

2.2.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của các vị

trí đoạn cắt trên cây khoai tây in vitro

đến sự sinh trưởng và hệ số nhân chồi

của chúng trên hai môi trường cấy khác

nhau

2.2.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của các

nồng độ đường trong mỗi quang chu kỳ

đến khả năng hình thành củ khoai tây in

vitro

2.2.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của các vị

trí đoạn cắt khác nhau trên cây khoai tây

đến khả năng hình thành củ

2.2.4. Nghiên cứu ảnh hưởng của kỹ

thuật trồng đến sự sinh trưởng của cây

khoai tây ra ngoài vườn ươm

rộng 1-1,2 m. Xung quanh xếp gạch để

trấu không bị rơi vãi ra ngoài. Sau đó

trồng cây lên trấu với mật độ như trên.

2.3.3. Địa điểm thí nghiệm: Tại Trung

tâm khoa học và Công nghệ Nghệ An.

2.3.4. Các chỉ tiêu theo dõi

2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu

2.3.1. Phƣơng pháp in vitro

Cây in vitro được cắt nhân liên

tục (để tạo nguồn cây giống) trên môi

trường MS (Murahige Skoog 1962) có

hoặc không bổ sung agar, và nuôi trong

điều kiện của phòng nuôi cấy mô tế bào,

quang chu kỳ 16 giờ sáng/8 giờ tối.

Cường độ chiếu sáng 2000 lux, nhiệt độ

phòng nuôi 23-25⁰C.

- Chiều cao cây (cm), số lá (lá), hệ số

nhân chồi, ngày xuất hiện củ, khối lượng

củ (P), đường kính củ (Φ), tỷ lệ cây sống

ngoài vườn.

2.3.2. Phƣơng pháp in vivo

2.4. Phƣơng pháp xử lý số liệu

Nhân in vivo tức là dùng phương

pháp cắt ngọn và trồng cây với mật độ

cao, còn gọi là kỹ thuật làm luống mạ.

Quá trình này được tiến hành ở ngoài

phòng thí nghiệm. Thí nghiệm được tiến

hành theo phương pháp thủy canh. Dung

dịch nuôi dưỡng cây khoai tây là dung

dịch Knop. Thí nghiệm này nhằm mục

đích:

- Các số liệu thí nghiệm được tính toán

theo phương pháp thống kê ứng dụng,

giáo trình phương pháp thí nghiệm của

Nguyễn Thị Lan, Phạm Tiến Dũng (

ĐHNN1 Hà Nội 2005)

- Các số liệu phân tích được tính toán

trên máy vi tính bằng chương trình

IRRISTAT

- Giảm giá thành cây giống

- Rèn luyện cho cây thích ứng với điều

kiện tự nhiên

III. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ

THẢO LUẬN

- Thăm dò khả năng sống của cây trong

điều kiện nắng nóng

3.1. Trong phòng thí nghiệm

3.1.1.Nghiên cứu ảnh hưởng của các vị

trí đoạn cắt trên cây khoai tây in vitro

đến sự sinh trưởng và hệ số nhân chồi

của chúng trên hai môi trường cấy

khác nhau

Thí nghiệm được tiến hành bằng 2

phương pháp trồng: Thủy canh và thủy

canh cải tiến.

+ Thủy canh: Là trồng cây trong hộp xốp

( 35 x25cm), bên trong đựng dung dịch

dinh dưỡng, rổ nhựa đựng trấu hun và

trồng cây lên trấu với mật độ 2 cm x 2

cm. Đặt rổ nhựa vào trong hộp xốp sao

cho đáy rổ chạm vào bề mặt dung dịch

trong hộp.

Chúng tôi tiến hành cấy các vị trí

đoạn cắt khác nhau lên 2 môi trường: Môi

trường lỏng (môi trường MS thông thường)

và môi trường thạch đông (có bổ sung agar).

Kết quả về sự sinh trưởng và hệ số nhân

chồi sau 20 ngày nuôi cấy được thể hiện

trên bảng 1 và biểu đồ 1.

+ Thủy canh cải tiến: Rải trấu hun lên

nền xi măng, độ dày trấu 12-15cm, bề

Bảng 1: Sự sinh trƣởng và hệ số nhân chồi của các đoạn cắt của cây khoai tây in

vitro trên 2 môi trƣờng lỏng và đặc

Đoạn cấy

Đoạn gốc

Đoạn thân

Đoạn ngọn

Công thức Chiều cao(cm) Số lá tb/cây Hệ số nhân Trạng thái

chồi

I

II

I

II

I

4,30 ± 0,25

6,35 ± 0,15

5,20 ± 0,05

6,50 ± 0,17

5,30 ± 0,12

8,50 ± 0,15

0,35

4,05 ± 0,18

4,20 ± 0,15

3,80 ± 0,17

4,70 ± 0,20

4,50 ± 0,22

4,80 ± 0,19

0,34

1,20 ± 0,08

1,46 ± 0,10

1,45 ± 0,04

2,50 ± 0,05

1,43 ± 0,03

2,70 ± 0,06

0,37

+

++

+

++

+

++

II

LSD 0,05

Ghi chú:

Công thức I : Môi trường đặc

Công thức II : Môi trường lỏng

+

: Chồi nhỏ, kém xanh, lá nhỏ

++

: Chồi mập, lá to, màu xanh đậm

Từ bảng 1 cho thấy việc sử dụng

môi trường lỏng để nhân cây khoai tây in

vitro đã giúp cây dễ hấp thu các chất

dinh dưỡng hơn so với cây khoai tây

được nuôi dưỡng trong môi trường đặc,

dẫn đến khả năng sinh trưởng của cây

khoai tây trong môi trường lỏng cao hơn

so với môi trường đặc, điều đó được thể

hiện qua chiều cao, số lá/thân chính, hệ

số nhân chồi và trạng thái chồi. Để thấy

rõ sự khác nhau đó, chúng tôi thể hiện

trên biểu đồ 1 dưới đây.

Biểu đồ 1 : Sự sinh trƣởng và hệ số nhân chồi của các đoạn cắt của cây khoai tây in

vitro trên 2 môi trƣờng lỏng và đặc

Chiều cao

Hệ số nhân

9

8

7

6

5

4

3

2

1

0

3

2.5

2

Chiều cao cây môi

trường đặc

1.5

1

Chiều cao cây môi

trường lỏng

Hệ số nhân chồi

0.5

0

Gốc

Thân Thân Ngọn Ngọn

Qua kết quả bảng 1 và biểu đồ 1

chúng tôi nhận thấy rằng: Trong hai môi

trường nhân cây lỏng và đặc (được đặt

trong cùng điều kiện: ánh sáng, nhiệt

độ...), ở các đoạn cấy khác nhau sẽ cho

khả năng sinh trưởng khác nhau, biểu

hiện ở chỗ chiều cao, hệ số nhân chồi và

số lá tăng từ đoạn ngọn đến đoạn gốc.

Như vậy cây khoai tây được nuôi cấy

trong môi trường lỏng sẽ cho khả năng

sinh trưởng về chiều cao, số lá, hệ số

nhân chồi và trạng thái chồi tốt hơn so

với cây khoai tây trong môi trường đặc.

3.1.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của các

nồng độ đường trong mỗi quang chu kỳ

điều kiện cảm ứng cho sự phân hóa củ từ

chồi nách và khả năng hình thành củ, còn

saccaroza là chất cảm ứng và thúc đẩy sự

sinh trưởng của củ. Vì vậy với mục đích tìm

hiểu các điều kiện tối ưu cho sự hình thành

củ, sự sinh trưởng và năng suất củ khoai tây

in vitro, chúng tôi tiến hành thí nghiệm đưa

cây khoai tây in vitro đặt trong các quang

chu kỳ khác nhau, đồng thời kết hợp với

việc bổ sung saccaroza ở các nồng độ khác

nhau vào môi trường dinh dưỡng trong mỗi

điều kiện quang chu kỳ. Kết quả thí nghiệm

được thể hiện ở bảng 2.

đến khả năng hình thành củ khoai tây

in vitro

Cây khoai tây in vitro được nuôi

dưỡng trong môi trường dinh dưỡng

(môi trường MS lỏng) đạt chiều cao 10-

11 cm, có 5-6 lá thì chúng tôi tiến hành

thí nghiệm tạo củ. Củ khoai tây vốn được

hình thành từ các thân ngầm dưới mặt đất

khi cảm ứng đúng quang chu kỳ và nhiệt độ

thích hợp. Nhưng đối với cây khoai tây in

vitro củ được hình thành từ các chồi nách

trên thân cây. Trong việc tạo củ khoai tây in

vitro thì quang chu kỳ (chế độ ánh sáng) là

Bảng 2: Ảnh hƣởng của các nồng độ đƣờng trong mỗi quang chu kỳ đến khả năng

hình thành củ khoai tây in vitro

Chỉ tiêu

Ngày xuất Số củ tb/cây Ptb/củ (gr)

hiện củ

/củ (mm)

Công thức

ĐC

8%

12%

16%

78

40

8

0,35

1,20

1,40

1,42

0,29

0,55

1,50

1,59

0,52

0,85

2,30

2,46

2,29

0,73

0,02

0,03

1,40

2,30

2,95

3,15

0,85

2,50

3,02

3,68

3,70

0,70

3,01

4,45

5,30

5,02

0,52

24h

Sáng

5

LSD(5%)

12h

Sáng + 12h

tối

ĐC

8%

12%

16%

32

12

6

0,025

0,032

0,039

0,040

5

LSD(5%)

ĐC

8%

12%

16%

22

5

4

0,03

0,08

0,16

24h tối

4

LSD(5%)

Biểu đồ 2: Ảnh hƣởng của các nồng độ đƣờng trong mỗi quang chu kỳ dến khả

năng hình thành củ khoai tây in vitro

Số củ trung bình / cây

3

2.5

Đối chứng

2

8%

1.5

12%

1

16%

0.5

0

24h sáng

12h sáng + 12h tối

24h tối

Qua kết quả bảng 2 và biểu đồ 2 chúng

tôi nhận thấy rằng: Điều kiện quang chu

kỳ và nồng độ đường quyết định đến khả

năng hình thành và năng suất của củ

khoai tây in vitro. Nếu thời gian tối hoàn

toàn (24h tối) thì khả năng hình thành củ

càng sớm, số củ trung bình/cây, đặc biệt

củ quá nhỏ (Φ 4mm) giảm đi rõ rệt. Ở

nồng độ đường càng cao, khả năng ra củ

càng sớm, số củ trung bình/cây tăng

theo, đồng thời tỷ lệ củ quá nhỏ cũng

giảm. Tóm lại việc đặt cây trong điều

kiện tối hoàn toàn kết hợp với việc bổ

sung saccaroza ở nồng độ đường 8%,

12%, 16% vào môi trường dinh dưỡng

đều có khả năng ra củ. Nhưng tốt nhất ở

điều kiện 24h tối và nồng độ đường là

12%.

3.1.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của các

vị trí đoạn cắt khác nhau trên cây khoai

tây đến khả năng hình thành củ

Ở thí nghiệm ảnh hưởng của các

đoạn cắt trên cây khoai tây đến sự sinh

trưởng và hệ số nhân chồi, đã chỉ ra rằng

ở các đoạn cắt khác nhau thì sự sinh

trưởng và hệ số nhân chồi khác nhau. Để

xem các đoạn cắt đó có ảnh hưởng đến

sự hình thành củ hay không, chúng tôi

tiến hành thí nghiệm nghiên cứu sự ảnh

hưởng của các đoạn cắt khác nhau trên

cây khoai tây đến khả năng hình thành

củ, được bổ sung cùng 1 liều lượng

saccaroza và được đặt trong điều kiện tối

24h. Kết quả được thể hiện trên bảng 3

và biểu đồ 3

Bảng 3: Ảnh hƣởng các vị trí đoạn cắt khác nhau trên cây khoai tây in vitro đến

khả năng hình thành củ

Công thức

Ngày xuất hiện củ

Số củ trung bình Ptb/củ ( gr)

I

II

5

6

13

1,90

1,10

0,60

0,53

0,10

0,12

0,08

III

LSD 5%

Ghi chú: Công thức I : Đoạn ngọn

Công thức II : Đoạn thân

Công thức III: Đoạn gốc

Biểu đồ 3: Ảnh hƣởng các vị trí đoạn cắt khác nhau trên cây khoai tây in vitro đến

thời gian hình thành củ

Thời gian xuất hiện củ (ngày)

15

10

Thời gian

xuất hiện củ

5

0

I

II

III

Ghi chú: I : Đoạn ngọn ; II: Đoạn thân ; III: Đoạn gốc

Qua bảng 3 và biểu đồ 3 chúng tôi

nhận thấy: Ở công thức I số củ trung

bình nhiều hơn và xuất hiện sớm hơn so

với công thức II và III. Như vậy muốn

tạo củ in vitro được đồng đều cả về kích

thước cũng như khối lượng thì cần áp

dụng kỹ thuật nuôi cấy riêng rẽ các vị trí

đoạn cắt khác nhau trên thân cây khoai

tây in vitro.

Qua kết quả nghiên cứu cho thấy

việc sử dụng phương pháp nhân cây và

tạo củ in vitro liên tục trong phòng thí

nghiệm là hoàn toàn chủ động và có thể

điều khiển được. Giải pháp này tuy có

hiệu quả nhưng giá thành sản xuất cao.

Chính vì vậy cần nghiên cứu khả năng

nhân giống trong điều kiện môi trường

tự nhiên là rất có ý nghĩa.

Chúng tôi trồng vào các thời kỳ

khác nhau, nhằm thăm dò xem thời vụ

nào thích hợp nhất cho cây trên cả 2

phương pháp trồng, kết quả được thể

hiện ở bảng 4.

3.1.4. Nghiên cứu ảnh hưởng của kỹ

thuật trồng đến sự sinh trưởng của cây

khoai tây ra ngoài vườn ươm

Bảng 4: Ảnh hƣởng của kỹ thuật trồng đến tỷ lệ sống của cây khoai tây in vitro

Điều kiện trồng

Tỷ lệ sống ở các thời kỳ ra cây(%)

15/9 30/9 15/10

30/8

30/10

15/11

30/11

Thủy canh

80±0,47 85±0,45 90 ± 0,35 92 ±0,37 95 ±0,35 97±0,25 97 ±0,25

60 ±0,52 70 ± 0,50 72 ± 0,40 75 ±0,39 80 ±0,37 97±0,26 97 ±0,27

Th.canh cải tiến

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Qua bảng 4 cho thấy: Tỷ lệ sống

của cây khoai tây in vitro ở điều kiện

thủy canh cải tiến luôn thấp hơn so với

thủy canh ( từ cuối tháng 8 cho đến

30/10). Sau đó tỷ lệ sống ở cả 2 giá thể

đều như nhau. Sở dĩ như vậy là do thời

tiết từ 30/8 - 30/10 có những đợt nắng

nóng, nhiệt độ có lúc lên đến 30-34⁰C.

Ở môi trường thủy canh nhờ có dinh

dưỡng trực tiếp, cây không bị mất nước

nên tỷ lệ sống luôn cao hơn. Ở giá thể

thủy canh cải tiến, chỉ có trấu hun mỗi

tuần cây được tưới 2 lần, nên khi nắng

nóng cây mất nước đột ngột, sẽ ảnh

hưởng đến sức sống của cây. Từ 15/11

– 30/11, thời tiết mát dịu, nên tỷ lệ sống

của cây ở cả 2 môi trường đều như

nhau, đạt xấp xỉ 97%.

1. Brinda J(1997). Technologia vyroby

sadiva zemiakov z meristemovych hluz v

technickych izolactoch v dvojurodovom

systeme. VSP Nitra- SlovaKia

2. Brinda J; Miko Marian (1997).

Efektivnost vyroby sadiva zemiakov v

dvojurodovom systeme. VSP Nitra-

Slovakia

3. Nguyễn Thị Lan, Phạm Tiến Dũng

(2005), Giáo trình phương pháp thí

nghiệm, Hà Nội.

4. Nguyễn Quang Thạch, Hoàng Minh

Tấn, Frei U, Wen zel G (1991-1992), “

Nghiên cứu ứng dụng công nghệ sinh học

trong công tác giống khoai tây ở Việt

Nam”, kết quả nghiên cứu khoa học trồng

trọt.

5. Michal Smalik ( 1987 Priroda), Zemiaky

6. Jozef Bohac A Kolektiv (1990 Priroda),

Slachtenie rastlin

IV. KẾT LUẬN:

1. Để nhân giống khoai tây sạch

bệnh bằng công nghệ nuôi cấy mô tế

bào, với mục đích nhân cây thì chúng ta

có thể dùng tất cả các đoạn cắt và nhân

trong môi trường lỏng.

2. Trong phòng thí nghiệm, việc

đặt cây trong điều kiện tối hoàn toàn

kết hợp với việc bổ sung saccaroza ở

các nồng độ đường 8%, 12%, 16% vào

môi trường dinh dưỡng đều có khả

năng ra củ. Nhưng tốt nhất ở điều kiện

24h tối và nồng độ đường là 12%.

3. Muốn tạo củ in vitro nên sử

dụng đoạn cắt ngọn và đoạn thân, còn

đoạn gốc nên sử dụng trong việc nhân

cây để tiếp tục thu được các chồi mới.

4. Trong phòng thí nghiệm, khi

tạo ra được số cây nhất định, thì cần

đưa cây ra ngoài để trồng, nhằm giảm

giá thành cây giống, giúp cây thích nghi

dần với điều kiện ngoại cảnh, cây chắc

mập, khỏe, sinh trưởng tốt. Khi đưa ra

ngoài trồng có thể trồng bằng 2 phương

pháp: Thủy canh và thủy canh cải tiến.

Nếu điều kiện nắng nóng thì trồng bằng

phương pháp thủy canh, còn nếu thời

tiết mát dịu thì trồng bằng phương pháp

thủy canh cải tiến.