Kết quả bước đầu nhân Invitro giống khoai lang cao sản HNV1 tại Viện KHKT Nông lâm nghiệp Tây Nguyên

Posted By on 08/12/2018

 Nguyễn Thị Thúy Ngọc

Phòng thí nghiệm sinh hóa và công nghệ sinh học

1.ĐẶT VÁN ĐỀ

Khoai lang (Ipomoea batatas) là cây lương thực quan trọng thứ bảy trên thế giới sau lúa mì, lúa nước, ngô, khoai tây, lúa mạch và sắn.  Ở Việt Nam khoai lang là cây lương thực truyền thống quan trọng thứ ba sau lúa, ngô và đứng thứ hai về giá trị kinh tế sau khoai tây. Với đặc điểm cây khoai lang có thời gian sinh trưởng ngắn, khả năng thích ứng rộng, phù hợp với nhiều vùng nên được trồng ở khắp nơi trên cả nước từ đồng bằng đến miền núi… Có giống khoai lang là thực phẩm ăn ngon, bổ dưỡng sức khỏe, có giống khoai lang giàu tinh bột là nguyên liêụ giá thấp để sản xuất cồn sinh học thay thế một phần xăng hóa thạch. Theo số liệu thống kê của Tổ chức Lương Thực và Nông Nghiệp của Liên Hợp Quốc (FAO) thì có 77% sản lượng khoai lang được sử dụng làm lương thực, 13% làm thức ăn gia súc và 3% làm nguyên liệu chế biến thành nhiều sản phẩm khác nhau như: luộc để ăn, làm mứt, làm bánh kẹo, nước giải khát, rượu, làm thuốc, dùng thay thế cho bột mì để làm bánh bích qui… Phần loại bỏ đi rất ít chiếm 6% (FAO, Horton, 1988). Do đó cây khoai lang đã và đang được chú ý phát triển nhằm đảm bảo an ninh lương thực của thế giới

Năm 2017 ở Việt Nam, theo niên giám thống kê nhà nước công bố, khoai lang được trồng phổ biến ở cả 8 vùng sản xuất nông nghiệp trên cả nước. Sản lượng khoai lang đạt 1,35 triệu tấn, tăng 81,9 nghìn tấn (diện tích tăng 1,6 nghìn ha). Trong đó, Đắk Lắk là một trong những tỉnh có diện tích trồng khoai lang lớn. Được biết, toàn tỉnh có gần 2.000 ha khoai lang, tập trung tại các huyện Lắk (781 ha), Ea Kar (454 ha), Krông Ana (349 ha), Buôn Đôn (83 ha)…. Đến thời điểm hiện tại nông dân đã thu hoạch được 129 ha, năng suất bình quân đạt 17-18 tấn/ha. Tại Đắk Lắk, cây khoai lang mang lại lợi nhuận cao cho người nông dân vì có khả năng tạo năng suất sinh khối và năng suất kinh tế cao trong một thời gian ngắn so với các cây lương thực có hạt khác, Thân và  lá khoai lang phát triển nhanh, mạnh nên có khả năng lấn át cỏ dại rất tốt. Nhìn chung, khoai lang tương đối dễ tính, đầu tư thấp, có thể canh tác đa dạng ở nhiều vùng sinh thái và chân đất khác nhau,  nhất là những vùng đất khó khăn nên nhiều nông dân ưa trồng. Việc phát triển các giống khoai lang lấy củ cho năng suất cao sẽ góp phần phát triển sản xuất nông nghiệp bền vững, tăng thu nhập cho người nông dân.

Mặc dù có nhiều lợi thế nhưng sự phát triển cây khoai lang còn nhiều hạn chế: việc áp dụng giống mới vào các vùng trồng chưa cao, chưa được đầu tư thâm canh và nguồn giống không đủ để đưa về các địa phương, bộ giống khoai lang đang trồng còn hạn chế, năng suất không cao, khả năng chống chịu kém…. Đặc biệt giống HNV1 đang được khuyến cáo trồng rộng rãi vì năng suất cao, tinh bột nhiều và có thể là nguyên liệu lý tưởng để sản xuất ethanol nhưng vẫn chưa phát triển mạnh ở Đắk Lắk.Việc nhân vô tính giống khoai lang rất dễ dàng ở các dạng: bằng thân, bằng ngọn và bằng củ. Tuy nhiên, sử dụng phương pháp nhân vô tính thường xuyên và lâu dài có thể làm cho giống bị thoái hoá. Bên cạnh đó bệnh do nấm và bệnh do virut trong sản xuất hiện nay đang ngày càng nhiều và  đe dọa đến việc sản xuất khoai lang. Kỹ thuật nhân giống bằng nuôi cấy mô là một hướng đi nhằm khắc phục được các nhược điểm của phương pháp nhân giống truyền thống trên. Giống khoai lang nuôi cấy mô có ưu điểm vượt trội so với giống khoai lang nhân giống bằng phương pháp khác, bằng phương pháp này có thể tạo ra được số lượng lớn giống sạch bệnh, chất lượng cao và có thể trồng ở bất cứ địa hình canh tác nào, chất lượng củ đồng đều đạt yêu cầu của thị trường xuất khẩu.

2. GIỚI THIỆU GIỐNG KHOAI LANG HNV1 

Giống HNV1 là giống siêu cao sản giàu tinh bột, đạt được các yêu cầu trong việc phát triển khoai lang làm nguồn nguyên liệu cho công nghiệp. Giống HNV1 có vỏ màu tía, ruột màu trắng (khác khoai ăn thông thường có màu cam, vàng), không quá ngọt, có hàm lượng tinh bột cao, sinh khối nhiều nên giống khoai này có thể tạo ra lượng ethanol nhiều hơn so với ngô tính theo đơn vị kg. Nếu được  đưa vào sản xuất đại trà, năng suất cao, hàm lượng tinh bột nhiều, sẽ là nguồn nguyên liệu lý tưởng để sản xuất ethanol thay thế cho việc sử dụng ngô như hiện nay.     

Khoai lang HNV1 đã được Bộ NN và PTNT, chấp nhận cho trồng đại trà. Năm 2014 được trồng thử tại nhà máy cồn Tùng Lâm, năm 2015 sản xuất thử tại xã Tiên Lữ và Đình Chu với quy mô 15ha/vụ/điểm, mật độ trồng là 50.000 dây/ha. Năm 2016, UBND huyện Lập Thạch, Trạm Khuyến nông huyện đã kết hợp với Viện Nghiên cứu và Phát triển công nghệ Nông Lâm Nghiệp Thành Tây tiếp tục trồng thử nghiệm mô hình tại xã Bàn Giản, với diện tích 15ha với hơn 400 hộ tham gia. Năm 2017 Trạm Khuyến nông Lập Thạch sẽ tiếp tục đề xuất với UBND huyện Lập Thạch nhân rộng mô hình trồng khoai lang giống mới ra toàn bộ các xã, thị trấn trên địa bàn để người dân được tiếp cận với nguồn giống mới, có chất lượng và năng suất cao hơn, thu được hiệu quả kinh tế cao hơn trên cùng một diện tích canh tác. Giống khoai lang HNV1 có thời gian sinh trưởng 110-120 ngày (thuộc nhóm có thời gian sinh trưởng trung bình), hàm lượng tinh bột đạt 25,6%, hàm lượng chất khô đạt 32,12% (tương đương sắn), năng suất đạt khoảng 50 tấn/ha/vụ, nếu thâm canh cao có thể đặt 100-120 tấn/ha/vụ, hình thái và màu sắc củ đẹp, kích thước củ to,  thích nghi với điều kiện thời tiết, thổ nhưỡng và chống chịu sâu bệnh hại. Với điều kiện thời tiết thuận lợi và có nước có thể trồng 2 vụ trong 1 năm, năng suất cao, thời gian sinh trưởng ngắn, nếu được bao tiêu ổn định với giá hợp lý, cây khoai lang HNV1 sẽ là 1 cây trồng có hiệu quả so với các cây trồng khác, góp phần làm giàu cho bà con nông dân.

3.BƯỚC ĐẦU NHÂN IN VITRO GIỐNG KHOAI LANG HNV1 TẠI VIỆN KHKT NÔNG – LÂM NGHIỆP TÂY NGUYÊN

Phòng Sinh hoá và CNSH Viện KHKT NLN Tây Nguyên là cơ sở có nhiều kinh nghiệm về nuôi cấy mô các loại cây trồng trên địa bàn Tây Nguyên như: Cây cà phê, hồ tiêu, chuối, các loại hoa lan, cây rừng….Với mong muốn tạo được nguồn giống sạch bệnh, số lượng lớn, đồng đều cây khoai lang cho vùng Đắk Lắk nói riêng và Tây Nguyên nói chung, đặc biệt đối với giống cao sản mới HNV1. Thăm dò bước đầu đối với giống khoai lang này, nhóm nghiên cứu đã có những kết quả khả quan để có thể tiến hành những bước tiếp theo.

Kết quả bước đầu thử nghiệm nhân in vitro cây khoai lang giống HNV1 tại Đắk Lắk:

3.1 Tạo nguồn giống mẹ:

Phòng đã liên hệ với Trạm khuyến nông huyện Lập Thạch để có được những cây mẹ đúng giống HNV1, khỏe mạnh, đưa về tại Viện KHKT NLN Tây Nguyên . Cây mẹ được trồng và chăm sóc  trong nhà kính, và chăm sóc theo đúng kỹ thuật  phun thuốc nấm Viben C định kỳ. Đây là nguồn cây mẹ quan trọng để nhân nhanh giống này tại Tây nguyên

Mẫu dùng để nhân  in vitro sẽ được chọn ở những cành khỏe mạnh, nhiều chồi bên, sạch bệnh .(Nói rõ hơn giống này đã đem về Viện chưa, nếu đã đem về rồi thì nói rõ đem về khi nào và giữ giống như thế nào.)      

3.2 Xác định khả năng khử trùng mẫu:

  • Mẫu sau khi cắt xong để chảy hết nhựa (mủ). (nói rõ là mẫu dây thân)
  • Rửa mẫu dưới vòi nước chảy 20 phút.
  • Nhúng bông gòn trong dung dịch xà bông rửa nhẹ bề mặt thân và nách lá. Rửa sạch bằng nước.
  • Cắt mẫu thành những đoạn 2-3cm (gồm cả đỉnh và chồi nách) ngâm trong thuốc nấm Viben C 0.4%/15

phút, 2 giọt tween20/15 phút, cồn 700/10 giây, Canxihypo 10%/10 phút

  • Rửa lại 5 lần bằng nước vô trùng

Với các bước như trên thì kết quả đã tạo ra mẫu sạch tỷ lệ 30-50%, đây là kết quả cho thấy có thể khử trùng mẫu tốt, tuy nhiên tỷ lệ chưa phải là cao nên cần phải được nghiên cứu thêm.

3.3 Xác định môi trường nuôi cấy:

Bước đầu cho thấy môi trường MS cơ bản (Murashige & Skoog, 1962) có bổ sung một số chất kích thích sinh trưởng có tác dụng tốt trong việc tạo chồi, tạo rễ và tạo cây hoàn chỉnh. Tuy nhiên tỷ lệ các bước chưa đảm bảo theo yêu cầu  nên tỷ lệ cây ra ngoài vườn còn đạt thấp cần phải nghiên cứu hoàn thiện để nâng cao tỷ lệ tại các khâu nuôi cấy in vitro đối với giống khoai này.

Một số kết quả đã đạt được:

Tỉ lệ mẫu sạch đạt 30 – 50% sau 1 – 2 tuần nuôi cấy trên môi trường H1: môi trường MS có bổ sung thêm 0.3 mg/l BA (6-Benzyladenine) và 0.2 mg/l NAA (Naphtyl axetic axit), 1g/l than hoạt tính nhằm giảm sự tạo thành hợp chất phenol của mẫu khi nuôi cấy, đường saccarose 30 g/l, agar 10 g/l

Sau 4 – 6 tuần, hệ số nhân chồi đạt 4.5 lần sau khi chuyển sang môi trường H2: MS có bổ sung thêm 2 mg/l BA, đường saccarose 30 g/l, agar 10 g/l để tạo cụm chồi, tiếp tục nhân chồi bằng cách cắt ra thành các đoạn ngắn chứa ít nhất 1 mắt (hoặc chồi nách) cấy lên môi trường H2

Sau 6 tuần chuyển sang môi trường tái sinh thành cây hoàn chỉnh: Cắt chồi ngọn thành những đoạn 3cm cấy vào môi trường tạo rễ H3: MS có bổ sung thêm 1g/l than hoạt tính, đường saccarose 30 g/l, agar 10 g/l. Cây khoai lang ra rễ 100% sau 2 tuần nuôi cấy và tái sinh thành cây hoàn chỉnh, được đưa ra huấn luyện ngoài nhà kính làm giống trong sản xuất, hoặc làm nguyên liệu cho vi nhân giống

Điều kiện nuôi cấy : ánh sáng 16h/ngày, cường độ 3000 lux, nhiệt độ 22 – 24oC

4. TRIỂN VỌNG NHÂN GIỐNG HNV1 BẰNG PHƯƠNG PHÁP IN VITRO TẠI ĐẮK LẮK

Hiện tại, giống HNV1 chưa được bà con nông dân tại Đắk Lắk trồng vì chưa tìm ra nguồn cung cấp giống. Nếu phát triển giống khoai lang này thì hằng năm nguồn giống cung cấp là rất lớn bởi mỗi ha cần tới 50.000 cây giống.

MỘT SỐ HÌNH ẢNH VỀ NUÔI CẤY KHOAI LANG HNV1 IN VITRO TẠI PHÒNG THÍ NGHIỆM

         

Hình 1. Củ khoai lang giống HNV1 thu hoạch từ luống cây mẹ trong nhà kính

Hình 2. Cây giống mẹ trồng trong nhà kính

Hình 3. Mẫu đốt thân và chồi ngọn dùng làm vật liệu khử trùng tạo mẫu sạch
   

Hình 4. Chồi nách phát triển từ đốt thân sạch bệnh

Hình 5. Cấy cutting từng mẫu đoạn đốt thân và chồi ngọn để nhân giống

Hình 6. Cụm chồi khoai lang in vitro
     

Hình 7. Bình nhân chồi khoai lang in vitro

Hình 8. Tái sinh cây khoai lang hoàn chỉnh trong môi trường tạo rễ

Hình 9. Cây khoai lang  chuẩn bị cho giai đoạn huấn luyện ngoài nhà kính

 

TÀI LIỆU KHAM THẢO:

  1. Denises, Dagnino, Maria Luiza và cs, 1992. Effect of gibberellic acid on ipomoea batatas regeneration from meristem culture
  2. Peru, Lima và cs,1992. Tissue culture of ipomoea batatas micropropagation and mainrtenance
  3. Wilton Mbinda, Sylvester Anami, Omwoyo Ombori, Christina Dixelius and Richard Oduor (2016). Efficient Plant Regeneration of Selected Kenyan Sweetpotato (Ipomoea batatas (L.) Lam.) Cultivars through Somatic Embryogenesis.
  4. Trịnh Xuân Ngọ, Đinh Thế Lộc (2004), Cây có củ và kỹ thuật thâm canh (quyển 1 Cây khoai lang), NXB lao động xã hội
  5. Vũ Tuyên Hoàng và CS (1994), “Kết quả chọn lọc giống khoai lang 143” Kết quả nghiên cứu khoa học 1991-1994 tại Viện CLT – CTP, NXB Nông nghiệp
  6. Vũ Tuyên Hoàng và CS (1990), “ Kết quả bước đầu chọn tạo giống khoai lang chất lượng”, Kết quả nghiên cứu khoa học 1986-1990 tại Viện CLT – CTP, NXB Nông nghiệp
  7. Vũ Đình Hòa, Chọn tạo giống khoai lang có năng suất cao và phẩm chất thích hợp với ăn tươi và chế biến, Báo cáo tổng kết đề tài KH &CN cấp Bộ, Mã số B2001-32-40