Giải thích tại sao lại có thể nhân giống cây trồng bằng công nghệ nuôi cấy mô tế bào

Đến với bài viết ngày hôm nay, chúng tôi sẽ hướng dẫn cho các bạn quy trình công nghệ nhân giống bằng nuôi cấy mô tế bào cũng như những kỹ thuật để đạt được hiệu quả cao nhất nhé!

Thế nào là nuôi cấy mô tế bào thực vật?

Nuôi cấy mô tế bào thực vật là việc tổng hợp những kỹ thuật được dùng để duy trì và nuôi cấy những tế bào, mô hay những cơ quan thực vật trong điều kiện vô trùng trên môi trường nuôi cấy giàu chất dinh dưỡng với các thành phần đã được xác định.

Những kỹ thuật nuôi cấy mô thực vật khác nhau có thể cung cấp những lợi thế nhất định so với việc nhân giống theo cách truyền thống, bao gồm:  

1. Tạo ra chính xác số cây nhân bản giúp tạo ra nhiều loại hoa, quả đạt chất lượng cao hay có những tính trạng mong muốn khác.

2. Tạo ra những cây trưởng thành trong một thời gian ngắn. Tạo ra hàng loạt những loại cây mà không cần tới hạt hay quá trình thụ phấn để tạo ra hạt.

3. Tái sinh cây hoàn chỉnh từ những tế bào thực vật đã được biến đổi gen. Tạo ra những cây trong điều kiện vô trùng, để có thể dễ dàng vận chuyển mà hạn chế tối đa khả năng sinh sôi và phát tán bệnh, sâu bệnh hay những nhân tố tạo nên bệnh.

4. Có thể tạo ra những cây từ hạt mà nếu không có nuôi cấy mô thì thông thường sẽ có tỷ lệ nảy mầm thấp hay phát triển yếu, ví dụ: cây hoa lan hay cây nắp ấm.

5. Làm sạch những cây bị nhiễm virus nhất định hay những nhân tố lây nhiễm khác và nhân nhanh các loại cây này như là nguồn nguyên liệu sạch phục vụ cho đồng ruộng và nông nghiệp.

Nuôi cấy mô tế bào trong nhân giống cây trồng dựa trên thực tế là rất nhiều những tế bào thực vật có khả năng tái sinh thành cây hoàn chỉnh [còn được gọi là totipotency – đây là khả năng biệt hóa của tế bào đơn lẻ thành những tế bào chuyên biệt với số lượng không giới hạn].

Những tế bào đơn lẻ, tế bào thực vật không có thành tế bào [protoplast], những mảnh lá, rễ hoặc thân, thường có thể được dùng để tạo ra những tế bào mới trong môi trường nuôi cấy bổ sung những chất dinh dưỡng và hormone thực vật.

Kỹ thuật thực hiện nuôi cấy mô thực vật

Nuôi cấy mô tế bào hiện đại được tiến hành trong điều kiện vô trùng, không khí lọc qua HEPA, được thực hiện trong tủ cấy.

Những nguồn nguyên liệu: Thực vật sống được lấy từ môi trường thường bị lây nhiễm bởi nhiều vi sinh vật. Vì vậy, giai đoạn khử trùng bề mặt của nguyên liệu ban đầu [mẫu cấy] trong dung dịch hóa chất [thường dùng cồn và natri hay canxi hypochlorite] là vô cùng cần thiết.

Những mẫu cấy sau đó thường được để trên bề mặt của môi trường nuôi cấy đặc, nhưng đôi khi cũng được đặt chúng trực tiếp vào trong môi trường lỏng, đặc biệt là khi sử dụng dịch nuôi cấy tế bào ở quá trình nghỉ.

Môi trường nuôi cấy lỏng và đặc thường chứa những muối vô cơ và một chút chất dinh dưỡng hữu cơ, vitamin và những hormone thực vật. Môi trường đặc được pha từ môi trường lỏng bằng cách thực hiện thêm những chất tạo gel. 

Các thành phần của môi trường, đặc biệt là những hormone thực vật và nguồn Nitơ [những loại muối nitrat, ammonium hay amino acid] có ảnh hưởng rất lớn tới hình thái của những mô sinh trưởng từ nguồn mẫu ban đầu.

Ví dụ, sự tăng cường auxin sẽ kích thích cho sự phát triển của rễ, trong khi sự tăng cường của cytokinin kích thích sự sinh trưởng của chồi. Sự cân bằng của 2 loại auxin và cytokinin sẽ tạo nên mô sẹo [callus], tuy nhiên hình thái của sản phẩm sẽ phụ thuộc vào từng loài thực vật cũng như thành phần của môi trường.

Khi những mẫu nuôi cấy mô phát triển, những mảnh tế bào thường được cắt và chuyển sang một môi trường mới [subcultured] để có thể phát triển hoặc thay đổi về hình thái của mẫu.

Thao tác cũng như kinh nghiệm của người làm kỹ thuật nuôi cấy mô là rất quan trọng trong việc quyết định mẫu nào được lựa chọn để nuôi cấy và mẫu nào cần loại bỏ.

Những chồi nảy sinh từ một mẫu nuôi cấy, sau đó có thể được cắt ra, tạo rễ bằng auxin sau đó tạo cây con, khi lớn thành cây trưởng thành, có thể chuyển chúng vào trong chậu đất hoặc xa hơn, có thể phát triển trong điều kiện nhà kính giống như cây tự nhiên.

Ứng dụng của quy trình nuôi cấy mô

Phương pháp nuôi cấy mô được sử dụng rộng rãi trong việc nghiên cứu thực vật, lâm nghiệp, và trong lĩnh vự đồng ruộng. Các ứng dụng đó bao gồm:

• Thương mại hóa sản xuất những giống thực vật sử dụng giống như cây cảnh, trang trí phong cảnh và nhiều lĩnh vực liên quan tới hoa, là thứ mà sử dụng để nuôi cấy mô phân sinh và chồi giúp tạo ra số lượng lớn những cá thể giống hệt nhau.
• Bảo tồn những giống cây hiếm hay những loại cây đang bị đe dọa.
• Các nhà nhân giống có thể ưu tiên sử dụng quy trình nuôi cấy mô tế bào thực vật để tiến hành sàng lọc những tế bào hơn là sàng lọc cây trồng để tìm ra các tính trạng tốt, ví dụ kháng/chống chịu thuốc trừ cỏ.
• Phát triển trên quy mô lớn các tế bào thực vật trong môi trường lỏng trong các bioreactors để tạo ra những hợp chất có giá trị, giống với sinh tổng hợp các hợp chất thứ cấp có nguồn gốc từ thực vật và protein tái tổ hợp, được sử dụng tương tự như dược phẩm sinh học.
• Lai xa những loài thực vật bằng dung hợp protoplast và tái sinh những phép lai mới.
• Nghiên cứu nhanh cơ sở phân tử của những cơ chế sinh lý, sinh hóa và sinh sản ở thực vật, ví dụ như chọn lọc in vitro các cây chống chịu với những điều kiện bất lợi và những nghiên cứu quá trình ra hoa in vitro.
• Lai-thụ phấn những loài xa nhau sau đó nuôi cấy mô tế bào hợp tử được tạo thành [thường dễ dàng bị chết nếu giai đoạn này được diễn ra trong tự nhiên] [cứu phôi].
• Những thể đột biến nhân đôi nhiễm sắc thể và sự hình thành của những thể đa bội, ví dụ nhân đôi đơn bội, tứ bội và nhiều dạng khác của thể đa bội có được tạo ra bằng cách áp dụng những chất chống phân bào [antimitotic] như là colchicine hoặc oryzalin.
• Những mô tế bào nuôi cấy sau khi biến nạp có thể dùng chúng để thử nghiệm ngắn hạn những cấu trúc di truyền [genetic constructs] hay tái sinh tạo các cây chuyển đổi gen.
• Những kỹ thuật nhất định như nuôi cấy đỉnh phân sinh có thể được áp dụng để tạo nguồn nguyên liệu thực vật sạch từ nguồn bị lây nhiễm virus như đối với khoai tây và rất nhiều những loài có quả mềm.
• Có thể tạo ra nhiều loài lai vô trùng giống hệt nhau.

Một số giống cây có thể áp dụng quy trình nuôi cấy mô tế bào

1. Giống chuối Dole

Giống với những dòng Cavendish của Việt Nam, giống chuối Philipines thuộc loại Genotype AAA. Vì vậy chúng có những đặc điểm hình thái giống như chuối tiêu của Việt Nam.

Đặc điểm nổi bật của trái chuối Philipines là có hình dáng thẳng, thon, những trái chuối có vẻ đồng dạng trên cùng một quầy. Số nải trên quầy nằm trong khoảng 8 tới 10. Số trái trên nải chuối dao động từ 20 tới 28 trái.

Nếu được người trồng chăm sóc tốt có thể cho năng suất tới 35 đén 40 kg/quầy. Trong thành phần của chuối Philipines có hàm lượng đường thấp nên ăn có mùi vị thanh chua, không được ngọt như những giống chuối tiêu tại Việt Nam.

Nhưng vì vỏ trái dày cùng với cuống trái to và cứng nên khi trồng theo qui mô thì giống chuối Philipine tỏ ra ưu thế hơn để đóng gói, bảo quản và vận chuyển đi xuất khẩu tại các thị trường xa.

Các ưu điểm khi áp dụng trồng chuối theo quy trình nuôi cấy mô tế bào thực vật:

– Chuối Cavendish spp: rất dễ dàng trong việc trồng, tốn ít công sức chăm sóc, mang lại hiệu quả kinh tế cũng khá cao so với nhiều loại cây trồng khác.

Trồng chuối chỉ trong vòng một năm là đã được thu hoạch và có thể tiến hành thu hoạch quanh năm. Thu nhập trung bình khoảng 200 triệu/năm/ha. Hơn thế nữa, tiềm năng xuất khẩu chuối sang các nước trên thị trường là rất lớn.

– Phương pháp hữu hiệu để tiêu diệt virus, nấm khuẩn khỏi những cây giống đã bị nhiễm bệnh. Cây giống sạch bệnh tạo ra bằng nuôi cấy mô thường tăng năng suất từ 15 cho tới 30% so với giống gốc.

– Lợi thế về khâu vận chuyển: Những cây con có kích thước nhỏ có thể vận chuyển đi xa 1 cách dễ dàng và thuận lợi, đồng thời cây con tạo ra trong điều kiện vô trùng được xác nhận là sạch bệnh. Vì vậy, bảo đảm an toàn, đáp ứng toàn bộ những qui định về vệ sinh thực vật quốc tế.

2. Giống chuối đỏ

Chuối đỏ còn được gọi với cái tên là chuối Dacca, loài chuối này có xuất xứ từ Australia. Chuối đỏ có quả nhỏ hơn so với chuối thường, có vỏ màu đỏ đậm, dày, thịt mềm và mang vị ngọt, có mùi thơm nhẹ.

Màu của vỏ chuối rất nổi bật, đó là màu đỏ đậm hoặc hơi tím. Thịt chuối có màu trắng kem cho tới màu hồng với hương vị chuối nhẹ nhàng quyện lẫn thêm vị của quả mâm xôi đầy khơi mời, hấp dẫn.

Bởi giống chuối đỏ vẫn chưa được phổ biến rộng rãi nên để mua được giống cây chuối đỏ trên thị trường khá đắt, giá của chúng rơi vào khoảng gần 100.000/gốc.

Để có thể mua được giống chuối này cũng không phải quá khó, bạn hãy đến những cửa hàng cây cảnh tự mua hạt về trồng hay để không mất nhiều thời gian và chờ đợi, thì nên mua bầu cây về trồng.

Vì vậy, việc áp dụng kỹ thuật nuôi cấy mô thực vật đã làm giảm giá thành cây giống đáng kể, đồng thời còn giúp cho cây con được sinh trưởng đồng đều, sức sinh trưởng mạnh hơn so với phương pháp nhân giống truyền thống.

3. Cây khoai nưa

Từ xa xưa cây khoai Nưa đã xuất hiện ở Việt Nam, tại những vùng núi phia Tây Bắc và tập trung chủ yếu ở Thừa thiên Huế ngoài ra khoai Nưa còn tập trung ở một số ít các tỉnh miên Tây Nam bộ.

Đây được xem như một loại thực phẩm trong thành phần có chứa nhiều glucoman có hàm lượng dinh dưỡng cao, Nưa còn có công dụng trị được những bệnh liên quan tới đường tiêu hóa hay u nhọt và cả ung bướu.

Không những vậy, Khoai Nưa còn mang lại cho người trồng một giá trị kinh tế cao cho những ngành sản xuất thạch rau câu và bột nưa. Tuy nhiên, sản lượng khoai Nưa để cung ứng cho thị trường vẫn chưa cao.

Ngoài chức năng chính là làm thực phẩm thì củ nưa còn có các công dụng tại nhiều lĩnh vực khác nhau như: y học, làm đẹp,… Lượng glucomannan có trong củ nưa được dùng làm thực phẩm chức năng có thể giúp điều chỉnh nồng độ đường, giảm tỷ lệ mỡ trong máu, làm giảm sự thèm ăn cho những người bị béo phì…

Chữa trị những bệnh sốt rét có bang, đau dạ dày, ăn không tiêu… Củ Nưa Konjac còn mang đến tác dụng làm đẹp da. Bởi có nhiều tác dụng như vậy, hiện tại nưa đã và đang dược trồng ở nhiều nơi trên thế giới trong đó có cả Việt nam, để đáp ứng đầy đủ cho nhu cầu của toàn xã hội.

4. Cây gáo vàng

Cây gáo vàng còn được mọi người gọi với cái tên là cây thiên ngân hay giống cây tỷ phú. Đặc điểm của loại cây này là cây thân gỗ thẳng có đường kính lớn hơn 100cm.

Cây gáo vàng có mặt tại nhiều nước trên thế giới như: Trung Quốc, Thái Lan, Ấn Độ…cây có khả năng phát triển rất nhanh, chỉ sau 5 đến 10 năm đã thành cây gỗ lớn vì có sức mọc nhanh tới kỳ lạ nên cây gáo vàng có triển vọng rất lớn nếu thâm canh cao thì chỉ sau khoảng thời gian là 5 đến 8 năm là đã có thể tiến hành thu hoạch được cây gỗ lớn có khả năng tái sinh cao.

Thực tế hiện nay, kỹ thuật rất phát triển, do đó rất nhiều loại cây giống đã được nghiên cứu nuôi cấy mô thành công như các loài hoa cúc, hoa lan, các loại củ như khoai tây,…

Như vậy là chúng ta đã tìm hiểu xong về phương pháp nuôi cấy mô rồi, chắc chắn các bạn cũng đã hiểu được nuôi cấy mô là gì cũng như những kỹ thuật mà Fao hướng dẫn.

Qua bài viết này, Fao hy vọng các bạn có thể tự tay thực hiện phương pháp này cho nhiều cây trồng của mình và đặc biệt thu được chất lượng cao nhất nhé. Chúc các bạn thành công!