Nghiên cứu ứng dụng công nghệ khí canh trong nhân giống vô tính và sản xuất sinh khối dược liệu cây đinh lăng và cây thìa canh

ỦY BAN NHÂN DÂN TP.HCM BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO SỞ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC NGUYỄN TẤT THÀNH CHƯƠNG TRÌNH NÔNG NGHIỆP VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM BÁO CÁO TỔNG HỢP KẾT QUẢ NHIỆM VỤ NGHI

ỦY BAN NHÂN DÂN TP.HCM BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

SỞ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC NGUYỄN TẤT THÀNH

CHƯƠNG TRÌNH NÔNG NGHIỆP VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

BÁO CÁO TỔNG HỢP KẾT QUẢ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

Đề tài:

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ KHÍ CANH TRONG NHÂN GIỐNG VÔ TÍNH VÀ SẢN XUẤT SINH KHỐI DƯỢC LIỆU CÂY ĐINH LĂNG VÀ CÂY THÌA CANH

Cơ quan chủ trì nhiệm vụ: Trường Đại học Nguyễn Tất Thành Chủ nhiệm nhiệm vụ: GS TS Nguyễn Quang Thạch

Thành phố Hồ Chí Minh – 2017

MỤC LỤC

SUMMARY iv

TÓM TẮT vi

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT vii

DANH MỤC BẢNG BIỂU viii

DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ viii

MỞ ĐẦU xiii

CHƯƠNG 1 1

TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1

1.1 Tổng quan về các công nghệ tiên tiến áp dụng trong nhân giống 1

1.1.1 Điểm qua các thành tựu đã đạt được của công nghệ nhân giống ở nước ta 1

1.1.2 Công nghệ vi nhân giống quang tự dưỡng 2

1.1.3 Công nghệ khí canh trong nhân giống cây trồng 4

1.2 Tổng quan về các đối tượng nghiên cứu 10

1.2.1 Cây đinh lăng lá nhỏ Polyscias fruticosa (L.) Harms 11

1.2.2 Cây thìa canh 18

CHƯƠNG 2 25

NỘI DUNG VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 25

2.1 Nội dung nghiên cứu 25

2.1.1 Nội dung 1: Xác định các thông số tối ưu của hệ thống khí canh phục vụ cho nhân giống cây đinh lăng và cây thìa canh 25

2.1.2 Nội dung 2: Xác định thông số tối ưu ảnh hưởng đến khả năng tạo sinh khối của cây đinh lăng và cây thìa canh trong khí canh 26

2.2 Vật liệu nghiên cứu 26

2.3 Địa điểm và thời gian nghiên cứu 29

2.4 Phương pháp nghiên cứu 29

2.4.1 Nội dung 1: Xác định các thông số tối ưu của hệ thống khí canh phục vụ cho nhân giống cây đinh lăng và cây thìa canh 29

2.4.2 Nội dung 2: Xác định thông số tối ưu ảnh hưởng đến khả năng tạo sinh khối của cây đinh lăng và cây thìa canh trong khí canh 38

2.5 Xử lý số liệu 42

CHƯƠNG 3 43

KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 43

3.1 Kết quả xác định các thông số tối ưu của hệ thống khí canh phục vụ cho nhân giống cây đinh lăng và cây thìa canh 43

3.1.1 Đánh giá ảnh hưởng của các phương thức ra cây khác nhau đến khả năng thích ứng của cây đinh lăng nuôi cấy mô ở bồn mạ 43

3.1.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của tuổi cây khác nhau đến sự ra rễ của ngọn giâm cây đinh lăng cắt từ cây cấy mô đã trồng trên hệ thống khí canh 45

3.1.3 Nghiên cứu xác định dung dịch dinh dưỡng thích hợp cho cây đinh lăng trồng trong khí canh 48

3.1.4 Ảnh hưởng của độ dẫn điện (Electrical Conductivity: EC) của dung dịch trồng khí canh lên sinh trưởng và hệ số nhân của cây đinh lăng trên hệ thống khí canh 50

3.1.5 Ảnh hưởng của chu kỳ phun dung dịch dinh dưỡng lên sinh trưởng và hệ số nhân của cây đinh lăng trên hệ thống khí canh 52

3.1.6 Đánh giá ảnh hưởng của các phương thức ra cây khác nhau đến khả năng thích ứng của cây thìa canh nuôi cấy mô ở bồn mạ 54

3.1.7 Ảnh hưởng của số cặp lá khác nhau đến sự ra rễ của ngọn giâm cây thìa canh

cắt từ cây cấy mô ở bồn mạ 57

3.1.8 Xác định dung dịch dinh dưỡng thích hợp cho cây thìa canh trồng trong khí canh 60

3.1.9 Ảnh hưởng của độ dẫn điện (Electrical Conductivity: EC) của dung dịch trồng khí canh lên sinh trưởng và hệ số nhân của cây thìa canh trên hệ thống khí canh 63

3.1.10 Nghiên cứu ảnh hưởng của chu kỳ phun dung dịch dinh dưỡng lên sinh trưởng và hệ số nhân của cây thìa canh trên hệ thống khí canh 66

3.2 Kết quả xác định thông số tối ưu ảnh hưởng đến khả năng tạo sinh khối của cây đinh lăng và cây thìa canh trong khí canh 69

3.2.1 Ảnh hưởng loại vòi phun khác nhau trong hệ thống khí canh đến sự sinh trưởng và tạo sinh khối rễ của cây Đinh lăng 69

3.2.2 Đánh giá ảnh hưởng của các mức Nitơ (đạm) khác nhau đến khả năng tạo sinh khối thân lá của cây đinh lăng 74

3.2.3 Ảnh hưởng của loại vòi phun khác nhau trong hệ thống khí canh đến sự tạo sinh khối cây thìa canh 76

3.2.4 Ảnh hưởng của các mức nitơ (đạm) khác nhau đến khả năng tạo sinh khối thân là của cây thìa canh 82

3.2.5 Giá thành sản xuất cây con giống cây Đinh lăng và cây Thìa canh 85

CHƯƠNG 4 88

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 88

4.1 Kết luận 88

4.2 Kiến nghị 89

TÀI LIỆU THAM KHẢO 90

PHỤ LỤC 99

The topic "Study on application of aeroponic technology in propagation and

biomass production of Polyscias fruticosa and Gymnema sylvestre " was conducted from

July 2015 to January 2018 at the Tat Thanh Institute of Agrobiology, Nguyen Tat Thanh University The goals of this research are to apply successfully aeroponic technology in

propagation and biomass production of Polyscias and Gymnema; to recommend a new

technique for propagation with high multiplication rate, good quality of cutting plants; to reduce the price of cutting plants and to produce the two medicinal plants at industrial scale The results are as follows:

- The aeroponic technology was successfully applied in propagation and biomass

production of Polyscias and Gymnema to create a superior effective solution in

comparison to traditional methods of propagation and in vitro multiplication

- Polyscias fruticosa: Using the cuttings of two years old and above to culture on the aeroponic system showed the best results, over 96% of the cuttings were rooted Using the improved Hoagland nutrient solution with an electrical conductivity (EC) of 1,500 μS/cm in companion with spraying in 20 seconds and then interrupted spraying in

10 minutes indicated the best results in multiplication of Polyscias fruticosa on aeroponic

system The aeroponic system is the best appropriate for adaptation of in vitro Polyscias fruticosa plants with the survival rate is 95% on aeroponic system The highest biomass was obtained when using a spraying sprinkler of 2.2 liters per minute and the improved Hoagland solution with the increased nitrogen content by 45%

- Gymnema: Using the cuttings included one and two pairs of leaf were the most

suitable materials for propagation on the aeroponic system After two weeks, the rooting rate of cuttings was 96.6% The improved Hoagland nutrient solution at the electrical conductivity (EC) of 1500 μS/cm was selected for gymnema propagation on aeroponic

system The best spraying cycle for growth of Gymnema was spraying in 20 seconds and

then interrupted spraying in 10 minutes The aeroponic system was also chosen for

adaptation of Gymnema in vitro plants The survival rate was 86.6% and the Gymnema plants had good growth and development The highest biomass of Gymnema was

obtained when using a spraying sprinkler of 1.6 liters per minute and the improved Hoagland solution with the increased nitrogen content by 30%

TÓM TẮT

Đề tài “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ khí canh trong nhân giống vô tính và sản xuất sinh khối dược liệu cây đinh lăng và cây thìa canh” được thực hiện từ tháng 07/2015 đến tháng 01/2018 tại Viện Sinh học Nông Nghiệp Tất Thành, Trường Đại học Nguyễn Tất Thành với mục tiêu ứng dụng thành công công nghệ khí canh trong nhân giống và sản xuất sinh khối dược liệu cây đinh lăng và cây thìa canh; đề xuất kỹ thuật nhân giống mới cho hệ số nhân giống cao, chất lượng cây giống tốt, giá thành hạ, sản xuất được ở qui

mô công nghiệp cho 02 giống cây dược liệu này Kết quả đề tài thu được như sau:

Đã ứng dụng thành công công nghệ khí canh vào việc nhân giống vô tính cây đinh lăng và cây thìa canh cho hiệu quả cao vượt trội so với các phương pháp nhân giống

truyền thống và nhân giống bằng in vitro trước đây

- Đối với cây đinh lăng, sử dụng cành của cây từ hai năm tuổi trở lên để giâm cành trên khí canh cho kết quả tốt nhất, tỷ lệ chồi ra rễ trên 96% Sử dụng dung dịch dinh dưỡng Hoagland cải tiến, với độ dẫn điện (EC) dung dịch 1.500 µS/cm, chu kỳ phun dinh dưỡng phun 20 giây nghỉ 10 phút là thích hợp nhất cho sự sinh trưởng phát triển của cây đinh lăng trồng trên khí canh Ra cây trên hệ thống khí canh là thích hợp nhất cho cây

đinh lăng nuôi cấy mô, tỷ lệ sống cao vượt trội, đạt 95% Cây đinh lăng thu được sinh

khối cao nhất khi sử dụng loại vòi phun với lưu lượng 2,2 lit/phút và lượng nitơ trong dung dịch Hoangland cải tiến tăng thêm 45%

- Đối với cây thìa canh, hom giâm có 1 và 2 cặp lá khi giâm cành trên hệ thống khí canh là tốt nhất, tỷ lệ hom ra rễ đạt trên 96,6% Sử dụng dung dịch dinh dưỡng Hoagland cải tiến với độ dẫn điện (EC) dung dịch 1.500 µS/cm, chu kỳ phun dinh dưỡng là phun 20 giây nghỉ 10 phút thích hợp cho sự sinh trưởng phát triển của cây thìa canh trồng trên khí canh Cây thìa canh nuôi cấy mô ra cây trên hệ thống khí canh là thích hợp nhất, tỷ lệ sống đạt 86,6%; cây sinh trưởng phát triển tốt Cây thìa canh thu được sinh khối cao nhất khi sử dụng loại vòi phun với lưu lượng 1,6 lit/phút và lượng nitơ trong dung dịch Hoangland cải tiến tăng thêm 30%

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

2,4-D : 2,4-Dichlorophenoxyacetic a xít

CTTD : Chỉ tiêu theo dõi

CV(%) : Hệ số biến động (Correlation of Variants)

IAA : Axit indole-3-acetic

LSD : Sai khác tối thiểu có ý nghĩa ở P = 0,5 (Least Significant Difference)

MS : Murashige & Shoog, 1962

GSME: Cao chiết methanol cây thìa canh

NASA: National Aeronauticộng sự Space Administration

SGE: Phân đoạn giàu saponin của cao chiết nước lá cây thìa canh

YHCT: Y học cổ truyền

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 3.1 Chiều cao cây, số lá và tỷ lệ sống của cây con đinh lăng hậu cấy mô ở các phương thức ra cây khác nhau sau 6 tuần tuổi 43 Bảng 3.2 Tỷ lệ ra rễ, số rễ và chiều dài rễ trung bình của cây đinh lăng lá nhỏ sau 4 tuần giâm cành trên hệ thống khí canh với các tuổi cây khác nhau 46 Bảng 3.3 Chiều cao cây, số lá/cây và hệ số nhân của cây đinh lăng lá nhỏ sau 16 tuần tuổi được trồng trên hệ thống khí canh với các công thức dinh dưỡng khác nhau 49 Hình 3.6 Cây đinh lăng lá nhỏ trong môi trưởng dinh dưỡng Hoagland cải tiến 16 tuần tuổi 50 Bảng 3.4 Một số chỉ tiêu sinh trưởng và hệ số nhân của cây đinh lăng lá nhỏ vào thời điểm 8 tuần tuổi trên môi trường dinh dưỡng có độ dẫn điện của dung dịch dinh dưỡng khác nhau 51 Bảng 3.5 Chiều cao cây, số lá và hệ số nhân của cây đinh lăng lá nhỏ giai đoạn 8 tuần tuổi, trong điều kiện chu kỳ phun và nghỉ phun khác nhau 53 Bảng 3.6 Một số chỉ tiêu về tỷ lệ sống và sự ra rễ của cây thìa canh sau 4 tuần theo dõi trên các phương thức ra cây cấy mô khác nhau 55 Bảng 3.7 Một số chỉ tiêu sinh trưởng của cây thìa canh sau một tháng trồng các phương thức ra cây cấy mô khác nhau 56 Bảng 3.8 Tỷ lệ ra rễ của các loại cành giâm cây thìa canh có số cặp lá khác nhau trên hệ thống khí canh (sau 14 ngày theo dõi) 57 Bảng 3.9 Số lượng rễ và chiều dài rễ của các loại cành giâm có số cặp lá khác nhau trên

hệ thống khí canh (sau 14 ngày theo dõi) 59 Bảng 3.10 Số chồi, số lá và hệ số nhân của cây thìa canh trồng trên hệ thống khí canh khi

sử dụng các loại dung dịch dinh dưỡng khác nhau (sau 4 tuần theo dõi) 61

Bảng 3.11 Sự sinh trưởng và hệ số nhân của cây thìa canh trồng trên hệ thống khí canh ở

độ dẫn diện (EC) khác nhau sau 4 tuần theo dõi 64 Bảng 3.12 Các chỉ tiêu liên quan tới sinh trưởng và hệ số nhân cây thìa canh trên hệ thống khí canh sau 1 tháng trên các công thức có chu kỳ phun dinh dưỡng khác nhau 67 Bảng 3.13 Chiều cao và số lá của cây đinh lăng lá nhỏ sau 18 tuần trồng trên hệ thống khí canh ở các công thức vòi phun khác nhau 70 Bảng 3.14 Sinh khối cây đinh lăng lá nhỏ sau 18 tuần trồng trên hệ thống khí canh ở các công thức vòi phun khác nhau 71 Bảng 3.15 Năng suất thực tế tươi các bộ phận của cây đinh lăng lá nhỏ sau 18 tuần trồng trên hệ thống khí canh ở các công thức vòi phun khác nhau 72 Bảng 3.16 Chiều cao và số lá cây đinh lăng lá nhỏ sau 9 tuần trồng trên hệ thống khí canh ở các công thức tăng hàm lượng nitơ khác nhau 74 Bảng 3.17 Sinh khối cây đinh lăng lá nhỏ sau 9 tuần trồng trên hệ thống khí canh ở các công thức tăng hàm lượng nitơ khác nhau 75 Bảng 3.18 Tỷ lệ ra rễ của cành giâm cây thìa canh (sau 14 ngày theo dõi) trên hệ thống khí canh ở các công thức vòi phun khác nhau 77 Bảng 3.19 Số lượng rễ chinh, rễ tơ và chiều dài rễ của các cành giâm cây thìa canh trên

hệ thống khí canh (sau 14 ngày theo dõi) ở các công thức vòi phun khác nhau 78 Bảng 3.20 Số lá và chiều cao cây thìa canh sau một tháng trồng trên hệ thống khí canh ở các công thức vòi phun khác nhau 79 Bảng 3.21 Sinh khối cây thìa canh sau 2 tháng trồng trên hệ thống khí canh ở các công thức vòi phun khác nhau 80 Bảng 3.22 Số lá và chiều cao cây thìa canh sau một tháng trồng trên hệ thống khí canh ở các công thức tăng hàm lượng nitơ trong dung dịch khác nhau 82 Bảng 3.23 Sinh khối khô của cây thìa canh sau hai tháng trồng trên hệ thống khí canh ở các công thức tăng hàm lượng nitơ trong dung dịch khác nhau 84

Bảng 3.24 Giá thành sản xuất cây con giống cây Đinh lăng trước khi đưa ra bầu đất (tính cho 100 m2 nhà màng) 85 Bảng 3.25 Giá thành sản xuất cây con giống cây thìa canh trước khi đưa ra bầu đất (tính cho 100 m2 nhà màng) 86

DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Sơ đồ hệ thống khí canh canh (Theo Soffer, H & Burger D.W 1988) 5

Hình 3.1 Cây đinh lăng lá nhỏ từ cấy mô cho ra vườn, trên hệ thống khí canh sau 6 tuần tuổi 44

Hình 3.2 Rễ đinh lăng 1 tuần tuổi trong hệ thống khí canh 48

Hình 3.3 Rễ đinh lăng 2 tuần tuổi trong hệ thống khí canh 48

Hình 3.4 Rễ đinh lăng 3 tuần tuổi trong hệ thống khí canh 48

Hình 3.5 Rễ đinh lăng 4 tuần tuổi trong hệ thống khí canh 48

Hình 3.6 Cây đinh lăng lá nhỏ trong môi trưởng dinh dưỡng Hoagland cải tiến 16 tuần tuổi 50

Hình 3.7 Rễ đinh lăng lá nhỏ trong môi trưởng dinh dưỡng Hoagland cải tiến 16 tuần tuổi 50

Hình 3.8 Cây đinh lăng lá nhỏ EC: 1500 µs/cm sau 8 tuần tuổi 52

Hình 3.9 Rễ cây đinh lăng lá nhỏ EC: 1500 µs/cm sau 8 tuần tuổi 52

Hình 3.10 Cây đinh lăng lá nhỏ trong bồn khí canh phun 20 giây, nghỉ 10 phút tại 8 tuần tuổi 54

Hình 3.11 Bồn mạ cây thìa canh nuôi cấy mô sau 2 tháng trồng trên hệ thống khí canh (DD Hoagland cải tiến, EC 1.500 µs/cm, chu kỳ phun dinh dưỡng 20 giây nghỉ 10 phút) 56

Hình 3.12 Tỷ lệ ra rễ của các loại cành giâm cây thìa canh có số cặp lá khác nhau trên hệ thống khí canh (sau 14 ngày theo dõi) 58

Hình 3.13 Tỷ lệ ra rễ của cành giâm cây thìa canh trên hệ thống khí canh sau 2 tuần 60

Hình 3.14 Cây thìa canh ở các công thức dinh dưỡng khác nhau sau 1 tháng trồng trên hệ thống khí canh 62

Hình 3.15 Cây thìa canh nảy chồi mới khi trồng trên khí canh sử dụng dung dịch dinh dưỡng Hoagland cải tiến sau 1 tuần 63

Hình 3.16 Cây thìa canh ở các công thức độ dẫn điện của dung dịch dinh dưỡng khác nhau trên hệ thống khí canh sau 1 tháng trồng 65 Hình 3.17 Cây thìa canh trồng trên hệ thống khí canh sử dụng tại EC = 1.500 µs/cm sau

3 tháng trồng 66 Hình 3.18 Cây thìa canh trồng trên hệ thống khí canh ở các công thức chu kỳ phun dinh dưỡng sau 1 tháng 68 Hình 3.19 Bồn cây dùng để tạo nguồn cành giâm (bồn mạ) cây thìa canh trồng trên hệ thống khí canh (sử dụng dung dịch Hoagland cải tiến, EC 1.500 µs/cm, chu kỳ phun dinh dưỡng 20s, nghỉ phun 10 phút) sau 6 tháng 69 Hình 3.20 Rễ cây đinh lăng dưới ảnh hưởng của vòi phun kích thước hạt nhỏ 73 Hình 3.21 Rễ cây đinh lăng dưới ảnh hưởng của vòi phun kích thước hạt mịn phun mù 73 Hình 3.22 Rễ cây đinh lăng dưới ảnh hưởng của vòi phun kích thước hạt nhỏ phun tơi 73 Hình 3.23 Rễ cây đinh lăng dưới ảnh hưởng của vòi phun kích thước hạt lớn 73 Hình 3.24 Ảnh hưởng của các mức Nitơ đến khả năng sinh trưởng và thu sinh khối của cây Đinh lăng lá nhỏ sau 9 tuần tuổi 76 Hình 3.25 Hệ rễ của cây thìa canh trồng trên hệ thống khí canh ở các công thức vòi phun khác nhau (sau 2 tuần theo dõi) 79 Hình 3.26 Cây thìa canh sau 2 tháng trồng trên hệ thống khí canh ở các công thức vòi phun khác nhau 81 Hình 3.27 Cây thìa canh sau hai tháng trồng trên hệ thống khí canh ở các công thức tăng hàm lượng nitơ trong dung dịch khác nhau 83

MỞ ĐẦU

1 Tên đề tài: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ khí canh trong nhân giống vô tính và sản

xuất sinh khối dược liệu cây đinh lăng và cây thìa canh

Chủ nhiệm đề tài: GS.TS Nguyễn Quang Thạch

Cơ quan chủ trì: Trường Đại Học Nguyễn Tất Thành

Thời gian thực hiện: 30 tháng (Từ tháng 07/2015 đến tháng 01/2018)

Kinh phí được duyệt: 773.000.000đ (Bảy trăm bảy mươi ba triệu đồng), trong đó:

a Từ ngân sách sự nghiệp khoa học của thành phố: 773.000.000 (Bảy trăm bảy mươi ba

triệu đồng)

b Từ nguồn khác: Không

Kinh phí đã cấp: 695.000.000 đồng (Sáu trăm chín mươi lăm triệu đồng) Trong đó:

+ Đợt 1: 380.000.000 đồng (Ba trăm tám mươi triệu đồng) cấp ngày 10/07/2015

+ Đợt 2: 315.000.000 đồng (Ba trăm mười lăm triệu đồng) cấp ngày 08/04/2017

- Xác định được các thông số kỹ thuật tối ưu của hệ thống khí canh cho việc nhân

giống cây đinh lăng và cây thìa canh

- Xây dựng được quy trình nhân giống tiên tiến, hệ số nhân cao bằng phối hợp kỹ thuật giâm ngọn, kỹ thuật nuôi cấy mô và công nghệ khí canh cho 2 giống dược liệu: Cây đinh lăng, cây thìa canh

- Xây dựng được quy trình sản xuất sinh khối dược liệu bằng công nghệ khí canh cho cây đinh lăng, cây thìa canh

- Xây dựng được mô hình trình diễn về nhân giống dược liệu bằng công nghệ khí canh cho hai đối tượng nghiên cứu

3 Nội dung:

TT Các nội dung, công việc chủ yếu cần được thực

1 Nội dung 1: Xác định các thông số tối ưu của hệ

thống khí canh phục vụ cho nhân giống cây đinh

lăng và cây thìa canh

Nội dung nghiên cứu trên cây đinh lăng

TN1: Đánh giá ảnh hưởng của các phương thức ra

cây khác nhau đến khả năng thích ứng của cây đinh

lăng nuôi cấy mô ở bồn mạ tạo nguồn cây mẹ để cắt

ngọn giâm

Đã xác định được khí canh là phương thức tối ưu để tạo bồn

mạ

TN2: Nghiên cứu xác định dung dịch dinh dưỡng

thích hợp cho cây đinh lăng trồng trong khí canh

Đã xác định được dung dịch dinh dưỡng thích hợp với cây đinh lăng trồng trong khí canh

TN3: Nghiên cứu ảnh hưởng của độ dẫn điện

(Electrical Conductivity: EC) của dung dịch trồng

khí canh lên sinh trưởng và hệ số nhân của cây đinh

lăng trên hệ thống khí canh (sử dụng dung dịch tối

ưu đã xác định ở thí nghiệm trên)

Đã xác định được EC thích hợp của dung dịch dinh dưỡng cho cây đinh lăng trồng khí canh

TN4: Nghiên cứu ảnh hưởng của chu kỳ phun dung

dịch dinh dưỡng lên sinh trưởng và hệ số nhân của

cây đinh lăng trên hệ thống khí canh (sử dụng dung

dịch, EC tối ưu đã xác định ở thí nghiệm trên)

Đã xác định được chế độ phun dinh dưỡng thích hợp cho cây đinh lăng trồng khí

canh

TN5: Nghiên cứu ảnh hưởng của tuổi cây khác nhau

đến sự ra rễ của ngọn giâm cây đinh lăng cắt từ

ngoài tự nhiên

Đã xác định được tuổi cây tốt nhất cho sự ra rễ của ngọn giâm

Nội dung nghiên cứu trên cây thìa canh

TN6: Đánh giá ảnh hưởng của các phương thức ra

cây khác nhau đến khả năng thích ứng của cây thìa

canh nuôi cấy mô ở bồn mạ

Đã xác định được khí canh là phương thức tối ưu để tạo bồn

mạ

TN7: Nghiên cứu xác định dung dịch dinh dưỡng

thích hợp cho cây thìa canh trồng trong khí canh

Đã xác định được dinh dưỡng trích hợp với cây thìa canh trồng trong khí canh

TN8: Nghiên cứu ảnh hưởng của độ dẫn điện

(Electrical Conductivity: EC) của dung dịch trồng

khí canh lên sinh trưởng và hệ số nhân của cây thìa

canh trên hệ thống khí canh (sử dụng dung dịch tối

ưu đã xác định ở thí nghiệm trên)

Đã xác định được EC thích hợp của dung dịch dinh dưỡng cho cây thìa canh trồng khí canh

TN9: Nghiên cứu ảnh hưởng của chu kỳ phun dung

dịch dinh dưỡng lên sinh trưởng và hệ số nhân của

cây thìa canh trên hệ thống khí canh (sử dụng dung

dịch, EC tối ưu đã xác định ở thí nghiệm trên)

Đã xác định được chế độ phun dinh dưỡng thích hợp cho cây thìa canh trồng khí

canh

TN10: Nghiên cứu ảnh hưởng của số cặp lá khác

nhau đến sự ra rễ của cành giâm cây thìa canh

Đã xác định được số cặp lá để lại tốt nhất cho sự ra rễ của cành giâm

2 Nội dung 2: Xác định thông số tối ưu ảnh hưởng

đến khả năng tạo sinh khối của cây đinh lăng và

cây thìa canh trong khí canh

Nội dung nghiên cứu trên cây đinh lăng

TN11: Nghiên cứu xác định loại vòi phun khác nhau

trong hệ thống khí canh đến sự tạo sinh khối của cây

đinh lăng

Đã lựa chọn được loại vòi phun có kích thước hạt nước phù hợp để tạo sinh khối rễ

TN12: Nghiên cứu ảnh hưởng của các mức nitơ

(đạm) khác nhau đến khả năng tạo sinh khối của

cây đinh lăng

Đã xác định được mức nitơ tốt nhất cho tạo sinh khối thân

lá

Nội dung nghiên cứu trên cây thìa canh

TN13: Nghiên cứu xác định loại vòi phun khác nhau

trong hệ thống khí canh đến sự tạo sinh khối của cây

thìa canh

Đã lựa chọn được loại vòi phun có kích thước hạt nước phù hợp để tạo sinh khối rễ

TN14: Nghiên cứu ảnh hưởng của các mức nitơ

(đạm) khác nhau đến khả năng tạo sinh khối của

cây thìa canh

Đã xác định được mức nitơ tốt nhất cho tạo sinh khối thân

lá

3 Nội dung 3 Xây dựng mô hình nhân giống cho

cây đinh lăng và cây thìa canh

Xây dựng mô hình nhân giống cho cây đinh lăng Đã xây dựng được mô hình

Xây dựng mô hình nhân giống cho cây thìa canh Đã xây dựng được mô hình

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Tổng quan về các công nghệ tiên tiến áp dụng trong nhân giống

1.1.1 Điểm qua các thành tựu đã đạt được của công nghệ nhân giống ở nước ta

Vào những năm 70 của thế kỷ XX là thập niên của sự bùng nổ công nghệ sinh học (CNSH) thực vật, đặc biệt là kỹ thuật nuôi cấy mô và tế bào thực vật Đây là công cụ nghiên cứu của rất nhiều nhà khoa học Trong vòng 30 năm trở lại đây, kỹ thuật này đã làm nên một cuộc cách mạng lớn trong nhân giống thực vật và hiện nay người ta đang áp dụng kỹ thuật này để sản xuất cây giống thương mại Kỹ thuật nuôi cấy mô và tế bào thực vật đã trở thành một phương pháp nhân giống chuẩn và phổ biến đối với nhiều loại cây trồng như: cây công nghiệp, cây lâm nghiệp, cây cảnh, cây dược liệu, cây ăn trái và rau xanh Với phương pháp này Chương trình CNSH đã triển khai 12 dự án vi nhân giống bằng nuôi cấy mô tế bào trên các đối tượng cây lâm nghiệp, hoa, khoai tây…; đã xây dựng được các quy trình nuôi cấy mô tế bào ở quy mô rộng, chuyển giao cho các cơ sở, sản xuất và cung cấp hàng triệu cây giống cho nhiều doanh nghiệp, công ty… Triển khai nội dung vi nhân giống cây trồng, Chương trình đã triển khai các dự án sản xuất thử

nghiệm về vi nhân giống hoa, vi nhân giống bạch đàn uro và keo lai Các quy trình công

nghệ vi nhân giống cây bạch đàn, keo lai qui mô công nghiệp được hoàn thiện ứng dụng

thành công tại Quảng Ninh, Yên Bái với công suất 10 triệu cây giống/năm Quy trình công nghệ vi nhân giống hoa qui mô công nghiệp được ứng dụng thành công tại các tỉnh

đồng bằng sông Hồng và duyên hải Nam Trung Bộ Đến hết năm 2013, chương trình đã sản xuất được gần 30 triệu cây giống bạch đàn, keo bằng công nghệ mô, hom; 2,5 triệu cây giống hoa cúc, 200.000 cây giống hoa hồng môn, 150.000 cây giống hoa đồng tiền và 200.000 củ giống hoa lily, lay-ơn, 500.000 cây giống hoa lan, 1,3 triệu cây giống, cành cẩm chướng bằng kỹ thuật nuôi cấy mô và giâm ngọn (Báo cáo Tổng kết chương trình

Công nghệ sinh học giai đoạn 2011-2015, 2015) Vi nhân giống, hay còn gọi là nhân giống in vitro, trong nhiều thập niên vẫn được xem là một trong những kỹ thuật hữu hiệu

nhất dùng để nhân nhanh các giống cây trồng sạch bệnh đã được tuyển chọn hoặc các

nguồn gien thực vật quý hiếm Tuy nhiên, phương pháp nhân giống bằng nuôi cấy mô -

vi nhân giống truyền thống (conventional micropropagation) vẫn còn gặp một số giới hạn Ví dụ như, giá thành cây cấy mô chưa đáp ứng yêu cầu của người trồng trọt do chất lượng và tỷ lệ sống cây cấy mô ở vườn ươm tương đối còn thấp, cũng như tỷ lệ nhiễm nấm khuẩn trong giai đoạn in vitro không nhỏ Nguyên nhân chính của giới hạn này là do trong vi nhân giống truyền thống, bình nuôi cấy luôn được đậy kín dẫn đến tình trạng thiếu CO2 cần cho quang hợp Thực vật cấy mô buộc phải sử dụng nguồn carbon hữu cơ đến từ đường, vitamin hay các hợp chất hữu cơ bổ sung vào môi trường nuôi cấy làm nguồn cung cấp năng lượng chủ yếu để tăng trưởng Vì vậy, cây cấy mô thiếu khả năng

tự dưỡng do bộ máy quang hợp của cây họat động yếu, dẫn đến việc cây cấy mô tăng trưởng chậm ở giai đoạn vườn ươm với tỷ lệ sống không cao và đòi hỏi nhiều công chăm sóc Việc nghiên cứu các công nghệ nhân giống khác nhằm khắc phục những khiếm

khuyết của kỹ thuật nuôi cấy mô là rất cần thiết

1.1.2 Công nghệ vi nhân giống quang tự dưỡng

Công nghệ này là bước phát triển của công nghệ nuôi cấy mô tế bào do giáo sư Kozai đề xuất và nghiên cứu từ hơn 2 thập kỷ qua Công nghệ đang được tiếp tục hoàn thiện để làm cơ sở cho hệ thống nhân giống công nghiệp hóa (Kozai, Afreen, Zobayed - 2005) Vi nhân giống quang tự dưỡng (photoautotrophic micropropagation) được nghiên cứu khởi đầu từ Đại học Chiba, Nhật Bản, tiếp tục được phát triển trong suốt hai thập niên vừa qua tại nhiều nơi trên thế giới như Nhật Bản, Hàn Quốc, Trung Quốc, Ấn Độ, Mỹ, và được biết đến như một trong những công nghệ mới trong lĩnh vực nông nghiệp công nghệ cao nhằm cải thiện chất lượng của cây cấy mô Trong vi nhân giống quang tự dưỡng, sự tăng trưởng hay tích lũy các hydratcarbon của cây hoàn toàn phụ thuộc vào khả năng hoạt động của bộ máy quang hợp, nghĩa là từ sự cố định CO2 trong không khí của bình nuôi và sự hấp thu khoáng vô cơ trong môi trường Do đường, vitamin, chất điều hòa sinh trưởng thực vật bị loại bỏ khỏi môi trường nuôi cấy, công nghệ này còn được gọi là vi nhân giống không đường (sugar - free micropropagation) Các yếu tố vật lý (ánh sáng, nhiệt độ, ẩm độ, nồng độ CO trong bình nuôi cây, tốc độ luân chuyển khí

trong và ngoài bình nuôi cây, giá thể thoáng khí) được quan tâm nghiên cứu để cây cấy

mô có khả năng quang hợp tốt hơn, tăng trưởng nhanh và khỏe mạnh hơn trong giai đoạn

in vitro, dẫn đến tỷ lệ sống của cây cấy mô tăng cao trong giai đoạn ex vitro Việc loại bỏ

đường và các vitamin trong môi trường nuôi cấy sẽ góp phần giảm ô nhiễm môi trường

do tỷ lệ nhiễm nấm khuẩn trong quá trình nuôi cấy giảm, đồng thời còn góp phần làm giảm lượng CO2 trong không khí nhờ sự gia tăng hoạt động quang hợp của cây in vitro Ngoài ra, công nghệ vi nhân giống quang tự dưỡng còn cho phép sử dụng hộp nuôi cấy lớn nên khả năng tự động hoá quá trình nuôi cấy có thể thực hiện được dễ dàng, nhờ đó chi phí sản xuất cây cấy mô giảm và lợi nhuận của nhà sản xuất cây giống bằng con đường nuôi cấy mô sẽ cao hơn Nguyễn Văn Uyển, đã giới thiệu công nghệ mới này đến các nhà nghiên cứu nuôi cấy mô tế bào thực vật trong nước từ giữa thập niên 90 Hơn mười năm qua, tại Phòng Công nghệ tế bào thực vật, Viện Sinh học nhiệt đới, đã tập trung nghiên cứu ứng dụng vi nhân giống quang tự dưỡng trên nhiều đối tượng cây trồng,

bao gồm cây cà phê (Coffea arabusta), hông (Paulownia fortunei), lõi thọ (Gmelina

arborea), Neem (Azadirachta indica), tre tầm vông (Thyrsostachys siamensis Gamble),

dâu tây (Fragaria x annanasa Duch.), nho không hạt (Vitis vitifera), khoai mỡ (Dioscorea alata), khoai lang (Ipomoea batatas), hoa đồng tiền (Gerbera jamesonii), sa- lem (Limonium sinuatum), lan (Dendrobium Burana White), và một số cây thảo dược

Các loại cây này đều đã được chứng minh có khả năng tăng trưởng tốt hơn trên môi trường nuôi cấy không đường, không vitamin trong giai đọan in vitro thông qua phương pháp nuôi cấy trao đổi khí tự nhiên (không khí trao đổi bằng cách khuếch tán qua màng thoáng khí millipore hay màng bằng giấy gắn trên nắp/thành hộp chứa cây) hay bơm khí trực tiếp (không khí được đưa vào hộp nuôi cấy có thể tích lớn nhờ máy bơm khí hay

máy nén khí) Sự tăng trưởng (dựa trên chỉ tiêu trọng lượng của cây in vitro gia tăng theo

sự gia tăng cường độ ánh sáng, thời gian chiếu sáng, nồng độ CO2 cũng như sự thay đổi giá thể đặc chắc bằng giá thể thoáng khí trong hộp/bình nuôi cây do hoạt động của bộ máy quang hợp được thúc đẩy Điều này đã khiến cây in vitro qua nuôi cấy quang tự dưỡng có chất lượng tốt hơn khi nuôi cấy theo kiểu truyền thống (trên môi trường bán rắn

có đường và vitamin), dẫn đến tỷ lệ sống cao hơn khi được đưa ra vườn ươm (Nguồn tin:

Viện Sinh học nhiệt đới – http//vast.ac.vn) Phương pháp nuôi cấy này cũng đã được chứng minh tính ưu việt khi đối tượng nghiên cứu là những cây thảo dược như

Phyllanthus amarus Schum & Thonn., Plectranthus amboinicus (Lour.) Spreng., hay Angelica acutiloba (Siebold & Zucc.) Kitagawa Sự thay đổi hàm lượng các thành phần

lignan hay tinh dầu trong cây in vitro theo thời gian nuôi cấy đã được chứng minh khi các điều kiện nuôi cấy bao gồm ánh sáng, nhiệt độ, ẩm độ tương đối hay nồng độ CO2 thay đổi Điều này rất có ý nghĩa khi áp dụng cho các cây thảo dược quý hiếm Các kết quả ứng dụng của công nghệ vi nhân giống quang tự dưỡng có thể được xem là tiền đề hướng đến việc ứng dụng các hệ thống nuôi trồng kín với các điều kiện nuôi trồng hoàn toàn được kiểm soát để sản xuất các hợp chất thứ cấp từ cây thảo dược trong điều kiện hoàn toàn sạch, không gây ô nhiễm môi trường do việc sử dụng thuốc trừ sâu, đồng thời có thể sản xuất quanh năm do không bị ảnh hưởng bởi thời tiết như Nhật Bản đang làm hiện nay

1.1.3 Công nghệ khí canh trong nhân giống cây trồng

1.1.3.1 Phương pháp khí canh

Khí canh là hệ thống trồng trọt mà rễ cây được đặt trong môi trường bão hòa với các giọt dinh dưỡng liên tục hay gián đoạn dưới dạng sương mù hoặc phun mù (Steiner, 1997) Ở hệ thống này, cây được trồng trong những lỗ ở các tấm Polystyrene hoặc vật liệu khác, nhưng rễ cây chỉ được treo lơ lửng trong môi trường không khí phía dưới tấm

đỡ Trong hộp có hệ thống phun mù, hộp được che kín sao cho rễ nằm trong hộp được phun định kỳ vài phút một lần với hệ thống này không phải dùng giá thể trơ, dinh dưỡng được phun trực tiếp đến rễ, oxy được cung cấp đầy đủ

Hoạt động của hệ thống khí canh dựa trên nguyên tắc: dung dịch dinh dưỡng được phun trực tiếp vào hệ thống rễ của cây trồng dưới dạng sương mù theo chế độ ngắt quãng (Hason, 1980), (Soffer và Burger, 1988)

Công nghệ này được xem như là bước đột phá trong lĩnh vực nghiên cứu và nhân

giống vô tính cây trồng Các nhà nhân giống in vitro 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

thuật nuôi cấy mô tế bào nếu có lắp đặt hệ thống lọc khử trùng dung dịch và không khí buồng trồng Toàn bộ các khâu điều khiển pH, độ EC của dung dịch, nhiệt độ của dung dịch và môi trường đều được tự động 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 động hóa 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 kỹ thuật truyền thống, loại

bỏ khâu khử trùng (môi trường, mẫu vật) rất phức tạp trong nuôi cấy mô, tiết kiệm lao động, vật liệu, giảm giá thành

Hình 1.1 Sơ đồ hệ thống khí canh canh

1.1.3.2 Công nghệ khí canh và ứng dụng

 Trong trồng trọt

Công nghệ này được nghiên cứu và phát triển lần đầu tiên tại trường đại học Pia của Ý bởi Franco Massantini Hệ thống này bao gồm các ống phun dung dịch đặt trong các thùng xốp nuôi cây Tiếp nối công trình này, các nhà khoa học Israel đã cải tiến và cho ra đời hệ thống Ein Geidi System (EGS), hệ thống này có sự kết hợp giữa kỹ thuật NFT và kỹ thuật khí canh, rễ cây vẫn nhúng trong dung dịch dinh dưỡng nhưng được làm

Cây trồng

Vòi phun

2m

TỦ ĐIỀU KHIỂN

hảo khí thường xuyên Tiếp sau đó có hàng loạt các hệ thống tương tự được ra đời như hệ thống Rainforest của Mỹ; hệ thống Schwalbach của úc Hệ thống Aero-Gro System (AGS) được xem là hệ thống cải tiến gần nhất có sử dụng thêm kỹ thuật siêu âm để tạo các thể bụi dinh dưỡng cung cấp cho rễ cây Kỹ thuật này được các nhà nghiên cứu Singapore tiếp tục phát triển thành thiết bị Aero Green Technology được cấp bằng phát minh của mạng lưới nông nghiệp đô thị Liên hợp quốc vào năm 2000 NASA đã lắp đặt

tổ hợp thiết bị gồm hệ thống khí canh và công nghệ màng dinh dưỡng để trồng cây trong không gian (http///www.biocontrol.com - 2006) Theo công bố của NASA, công nghệ

“Quantum Tubers™ biotechnology” là công nghệ có tính cách mạng, hoàn toàn, mới mẻ trong lĩnh vực sản xuất giống khoai tây Công nghệ này cho phép rút ngắn thời gian đưa một giống mới tạo ra vào sản xuất từ 5-7 năm và có thể sản xuất hoàn toàn chủ động trên diện tích nhỏ được một số lượng rất lớn 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

Tại hội nghị ISOSC, steiner đã định nghĩa: “Đây là hệ thống mà rễ cây được đặt trong môi trường bão hòa với các giọt dinh dưỡng liên tục hay gián đoạn dưới dạng sương mù hoặc phun” (Hason, 1980)… Hệ thống này cây được trồng trong những lỗ ở các tấm Polystyrene xốp hoặc vật liệu khác, nhưng rễ cây chỉ được treo lơ lửng trong môi trường không khí phía dưới tấm đỡ Trong hộp có phun mù, hộp được che kín sao cho rễ nằm trong hộp được phun định kỳ 2 – 3 phút một lần Hộp phun mù được đậy kín để rễ nằm trong bóng tối (tránh tảo sinh trưởng ) Như vậy, rễ luôn được giữ ẩm và dinh dưỡng, được thông thoáng khí Dung dịch dinh dưỡng này được sử dụng tuần hoàn nhờ các đường ống được mắc sao cho một đầu ở trên nắp hộp còn đầu kia ở phía dưới Như thế phần lớn bộ rễ nằm hoàn toàn trong bóng tối, tạo điều kiện cho sự hình thành rễ Cây trồng bằng phương pháp này không khoẻ như trồng bằng các phương pháp khác Rễ không có chỗ tựa nên thường cuộn rối với nhau và ít có lông hút

Đặc điểm chung của hệ thống khí canh: Có chế độ xen kẽ giữa phun dinh dưỡng và ngừng phun, mức nước có thể điều khiển, toàn bộ hệ thống được điều khiển tự động, chương trình hóa đặt theo các phần mềm chuyên dụng

Gần đây tại trang trại Langbiang Farm Lâm đồng đã triển khai sản xuất dâu tây và một

số loại rau ăn lá bằng kỹ thuật khí canh, nhưng chưa có công bố kết quả nghiên cứu cụ thể

 Trong nhân nhanh giống cây trồng

Nghiên cứu ứng dụng công nghệ thuỷ canh vào nhân giống cây trồng đã được Hoagland và Arnon ở Trường đại học California (Mỹ) tiến hành đầu tiên vào năm 1938 Bằng kỹ thuật này, họ đã điều khiển cho cây ra rễ và sinh trường hoàn toàn trong dung dịch dinh dưỡng Tuy nhiên, do những điều kiện kỹ thuật phức tạp (thông khí, kiểm soát hấp thu dinh dưỡng, pH của dung dịch, .) công nghệ này còn nhiều nhược điểm nên không được ứng dụng Tiếp nối các công trình của Klotz (1944), Vyvyan, Trowell (1952) Went (1957) đã 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 điều kiện phun mù dinh dưỡng cho bộ phận dưới mặt đất Went (1957) đã đưa ra thuật ngữ khí canh (aeroponic)

để chỉ các quá trình sinh trưởng của bộ rễ trong không khí Đến năm 1970, với công nghệ nhà kính đã phát triển, các công ty hướng tới việc ứng dụng công nghệ khí canh để nhân giống cây trồng phục vụ mục đích thương mại Năm 1982, Richard ở đại học Colorado (Mỹ) lần đầu tiên đã đưa ra và áp dụng thành công công nghệ khí canh để nhân giống cấy 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 (Richard, 1983) 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 bước đột phá trong lĩnh vực nghiên cứu và sản xuất giống vô tính cây trồng Các nhà

nhân giống in vitro 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 này có thể thay thế phương pháp nhân giống bằng kỹ thuật nuôi cấy mô tế bào do có lắp đặt hệ thống lọc khử trùng dung dịch và không khí buồng trồng Toàn bộ các khâu điều khiển pH, độ EC của dung dịch, nhiệt độ của dung dịch và môi trường đều được tự động 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 động hóa Công nghệ khí

canh cho phép nhân được 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 động, vật liệu, giảm giá thành Có thể nêu ví dụ việc ứng dụng công nghệ khí canh trong sản xuất củ giống khoai tây: công nghệ “Quantum Tubers™ biotechnology” là công nghệ có tính cách mạng, hoàn toàn, mới mẻ trong lĩnh vực sản xuất giống khoai tây Công nghệ này cho phép sản xuất hoàn toàn chủ động trên diện tích nhỏ được 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 màng Công suất của hệ thống khí canh lớn hơn bất

kể một hệ thống sản xuất giống nào hiện có (info.quantum TubersTM.com)

Hàng trăm loài cây trồng đã được nghiên cứu nhân giống và thương mại hóa thành công bằng phương pháp trên Công nghệ này cũng rất hiệu quả đối với những cây có khả năng ra rễ kém Hiện nay, trên toàn cầu đã có trên 1500 cơ sở lắp đặt và sử dụng thiết bị RPB kể trên để nhân giống cây trồng đặc 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 đã rút ngắn thời gian tạo cây giống (từ 28 ngày xuống còn 10 ngày), thời gian cho thu hoạch lần đầu (từ 68 ngày xuống còn 30 ngày) qua đó làm tăng số vụ trồng/năm trồng trong nhà kính từ 3,4 lên 7,7 lần (http//www.biocontrols.com, 2006)

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 hoá.Việc nghiên cứu, tìm hiểu và làm chủ công nghệ trên, cải tiến và áp dụng thành công

ở Việt Nam là vấn đề hết sức cần thiết

1.1.3.3 Một số kết quả nghiên cứu và ứng dụng công nghệ khí canh tại Việt Nam

Thấy rõ những ưu việt và triển vọng của công nghệ khí canh, Viện Sinh Học Nông Nghiệp Trường Đại Học Nông nghiệp Hà nội nay là Học viện Nông nghiệp Việt Nam đã

được Bộ Khoa học công nghệ cho thực hiện đề tài cấp Nhà Nước “Nghiên cứu làm chủ công nghệ và xây dựng mô hình CNSH sản xuất giống khoai tây, rau và hoa sạch

được nghiệm thu vào tháng 8/2010 đạt mức xuất sắc Kết quả nghiên cứu của đề tài cho thấy hiệu quả vượt trội trong nhân giống cây và sản xuất củ giống khoai tây Hệ số nhân giống cây cấy mô khoai tây trên hệ thống khí canh đạt 8-11 lần/chồi/tháng cao gấp 4 – 5 lần so với phương pháp thông thường Số củ tạo thành/cây trồng trên hệ thống khí canh đạt từ 20 – 180 củ tùy thuộc từng giống Đây là hệ số nhân lý tưởng vì thông thường một

củ khoai tây khi trồng trên đồng ruộng chỉ cho từ 5 – 10 củ/khóm (Nguyễn Quang Thạch

và cộng sự, 2006, 2009) Nghiên cứu nhân giống một số loại rau ăn quả (cà chua, ớt ngọt…), cây hoa (cẩm chướng, hoa cúc…) trên hệ thống khí canh cũng cho kết quả cao vượt trội (Báo cáo Hội nghị Tổng kết Chương trình Công nghệ sinh học giai đoạn 2011 –

2015, 08/12/2015)

Tiếp nối là hai đề tài tiềm năng thuộc Chương trình Công nghệ sinh học: “Nghiên cứu sản xuất rễ cây Hoàng liên gai làm nguồn dược liệu sản xuất berberin bằng công nghệ khí canh” mã số KC04.TN07/11-15 (chủ nhiệm đề tài Ths Lãi Đức Lưu) và “Nhân

giống loài lan Hoàng Thảo thạch hộc (Dendrobium nobile Lind L.) bằng hệ thống bioreactor

Plantima” mã số KC04.TN 08/11-15 (chủ nhiệm đề tài Ths Nguyễn Thị Sơn) Đề tài đã chứng minh cây hoàng liên gai là một loại cây thân gỗ có khả năng tạo sinh khối rễ ngoài

tự nhiên thấp nhưng cũng thu được kết quả rất tốt khi áp dụng trồng bằng công nghệ khí canh Ngoài ra trong đề tài nhân giống lan Hoàng thảo thạch hộc đã cho kết quả khá đặc biệt: cây lan sinh trưởng phát triển rất tốt trong điều kiện trồng khí canh Giai đoạn 2013 – 2015, nhóm nghiên cứu công nghệ khí canh của trường Đại học Nguyễn Tất thành và Học viện Nông nghiệp Việt Nam (Nguyễn Quang Thạch, 2015) đã thực hiện tiếp tục đề tài cấp bộ (Bộ Công thương): “Nghiên cứu hoàn thiện công nghệ khí canh trong nhân

giống và sản xuất nguồn nguyên liệu húng chanh Ấn Độ (Coleus forskohlis ) tại Nam bộ

phục vụ phát triển nguồn dược liệu mới thay thế nhập nội” Đề tài cũng đã khẳng định có thể sử dụng phương pháp giâm ngọn trên hệ thống khí canh để nhân giống cây húng chanh Phương pháp cho hệ số nhân (19,1/chồi/tháng) và tỷ lệ sống rất cao so với phương pháp thông thường

1.1.3.4 Ưu, nhược điểm của phương pháp khí canh:

Qua nhiều kết quả nghiên cứu có thể rút ra một số ưu, nhược điểm nổi bật của phương pháp khí canh:

Ưu điểm:

- Có thể kiểm soát được các yếu tố dinh dưỡng, pH, nhiệt độ trong bồn trồng qua

đó điều khiển được các quá trình phát sinh hình thái của cây, ví dụ sự ra tia và sự hình thành củ khoai tây Có thể sử dụng biện pháp trồng cây trên hệ thống khí canh nhằm mục tiêu thu sinh khối (thân lá hoặc rễ), đặc biệt trên đối tượng cây dược liệu

- Phương pháp khí canh tạo điều kiện hảo khí cho bộ phận bên dưới mặt đất nên thúc đẩy sự ra rễ của hom giâm Sử dụng phương pháp giâm hom trên hệ thống khí canh được xem như một phương pháp nhân giống vô tính rất hiệu quả

- Sản xuất trong điều kiện cách ly nên dễ kiểm soát dịch bệnh

- Giảm công lao động do không phải làm đất, xới xáo và làm sạch cỏ dại trong quá trình canh tác

- Thúc đẩy trình độ sản xuất nông nghiệp ngày càng phát triển theo hướng nông nghiệp công nghệ cao

Nhược điểm:

- Đầu tư ban đầu lớn

- Yêu cầu về trình độ kỹ thuật cao về công nghệ sản xuất cũng như việc hiểu biết đầy đủ về đặc tính sinh vật, hóa học của cây trồng, phân bón, hóa chất… cho cây

- Nguồn nước đưa vào phải đảm bảo những tiêu chuẩn nhất định và trước khi đưa vào canh tác phải khử trùng cẩn thận

Hệ thống này cần phải có nguồn điện ổn định, mất điện sẽ gây ngưng trệ hoạt động của toàn bộ hệ thống, hao tốn điện năng

1.2.1 Cây đinh lăng lá nhỏ Polyscias fruticosa (L.) Harms

Theo Phạm Hoàng Hộ ở Việt Nam có các loài đinh lăng sau:

- Đinh lăng lá nhỏ thường gọi là cây lá gỏi Tên khoa học: Polyscias fruticosa (L.) Harms- Nothopanax fruti cosus (L) Miq Tieghemopanax fruticosus Vig

- Đinh lăng lá tròn: Polyscias balfouriana BailL

- Đinh lăng trổ: còn gọi là đinh lăng viền bạc: Polycias guilfoylei (Cogn Marche)

Baill

- Đinh lăng lá to: còn gọi là đinh lăng ráng Polyscias filicifolia (Merr) Baill

- Đinh lăng đĩa: Polyscias scutellarius (Burm f) Merr- lá to tròn

- Đinh lăng răng: Lá 2 lần kép, thân màu xám trắng Polyscias serrata Balf (Phạm

Hoàng Hộ, 2000)

1.2.1.2 Nguồn gốc - Phân bố

Cây đinh lăng có nguồn gốc từ vùng đảo Polynésie (Thái Bình Dương, Đỗ Huy

Bích và cộng sự, 2004) thuộc họ Araliacae, chi Polyscias Forst và Forst.f Chi này có gần

100 loài trên thế giới phân bố rải rác ở vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới, nhiều nhất là các đảo vùng Thái Bình Dương Cây còn được trồng ở Malaysia, Indonesia, Campuchia, Lào

Ở Việt Nam hiện hơn 10 loài đinh lăng (Phạm Hoàng Hộ, 2000) đã được nhân dân trồng khá phổ biến ở vườn gia đình, trạm xá, bệnh viện… để làm cảnh, thuốc và rau gia vị

1.2.1.3 Đặc điểm sinh học

Cây đinh lăng lá nhỏ có tên khoa học Polyscias fruticosa (L.) Harms đã được

trồng ở Việt Nam, là cây thuốc quý Cây nhỏ dạng bụi, cao 1,5- 2 m Thân nhẵn, không gai, ít phân nhánh, mang nhiều vết sẹo to, màu xám Lá to mọc so le, kép lông chim 2-3 lần, dài 20-40 cm, lá chét có cuống gầy dài 3- 10 mm, phiến lá chét có răng cưa nhọn, đôi khi chia thuỳ, gốc và đầu thuôn nhọn có mùi thơm khi vò nát, cuống lá dài, phát triển thành bẹ to ở phần cuối

Cụm hoa mọc ở ngọn thành hình chuỳ ngắn 7- 18mm mang nhiều tán, lá bắc rộng, sớm rụng, hoa nhỏ, màu lục nhạt hoặc trắng xám; đài 5 răng hàn liền, mép uốn lượn, tràng 5 cánh hình trái xoan, nhị 5, chỉ nhị ngắn, bầu hạ, 2 ô (Phạm Hoàng Hộ, 2003), Quả dẹt, hình trứng, dài 3-4 mm, dày 1 mm, màu trắng bạc

Đinh lăng là cây sống nhiều năm, ưa ẩm, ưa sáng nhưng cũng chịu hạn, chịu bóng nhưng không chịu úng ngập Có thể phát triển trên nhiều loại đất nhưng tốt nhất là đất pha cát Cây phát triển mạnh khi nhiệt độ dưới 250C (từ giữa thu đến cuối xuân) Đinh lăng trồng bằng cách giâm cành Có thể trồng được cả bốn mùa nhưng tốt nhất là giữa

xuân

Chọn hom giống- Ươm cây giống: Chọn cành (cây 2 năm tuổi trở lên) có đường kính trên 15mm Cắt thành đoạn 10-15cm Đầu dưới chấm tro bếp Đặt vào bầu ươm, vùi đất 2/3 hom (Dùng túi PE thủng đầu, cho đất khô đập nhỏ trộn với phân chuồng hoai mục vào để làm bầu) Tưới nước, ấn cho chặt đất Để nơi râm mát, che chắn không cho

người và gia súc đụng vào Khi cành lá phát triển khoảng 5-10 cm thì đem trồng

1.2.1.4 Hợp chất hóa học trong cây đinh lăng lá nhỏ Polyscias fruticosa (L.) Harms

Trong rễ cây đinh lăng có alcaloid, glucosid, Vitamin (B1, B2, B6, C), các phytostrol và 20 loại a xít amin, đặc biệt có những a xít amin quý không thay thế được như: lyzin, cysteine, methionine, tryptophan (Ngô Ứng Long và cộng sự, 1985) Qua phân tích sơ bộ thành phần hóa học của lá, thấy có saponin, coumarin, tinh dầu,

phytosterol, tannin, a xít hữu cơ, đường khử và hợp chất uronic Rễ và lá đinh lăng có chứa saponin, trong đó 11 saponin triterpen có thành phần glyceron là a xít oleanolic đã được xác định, trong đó có 8 hợp chất mới được đặt tên là Polyacetylen A-H (Võ Duy Huấn, 1998)

Trung tâm Sâm và Dược liệu thành phố Hồ Chí Minh đã phân lập được 5 hợp chất Polyacetylen từ lá đinh lăng là: Panaxynol; Panaxydol; Heptadeca-1,8(E)-dien-4,6-diyn-3,10 diol; Heptadeca -1,8(E)-dien-4,6-diyn-3,10-diol; Heptadeca -1,8(Z)-dien-4,6-diyn-3-ol-10-on Đặc biệt 2 chất Heptadeca -1,8(E)-dien-4,6-diyn-3,10-diol và Heptadeca -1,8(Z)-dien-4,6diyn-3-ol-10-on chỉ có trong lá đinh lăng mà chưa thấy trong các cây khác

thuộc chi Panax và họ Araliaceae

Trong rễ đinh lăng có 5 hợp chất Polyacetylen đã được phân lập, trong đó Panaxynol; Panaxydol; Heptadeca -1,8(E)-dien-4,6-diyn-3,10-diol là 3 chất có trong nhân sâm, 3 chất này có tác dụng kháng khuẩn mạnh và chống một số dạng ung thư và 2 Polyacetylen chủ yếu được phân lập từ lá cũng là panaxynol, Heptadeca -diyn-diol (Đỗ Huy Bích và cộng sự, 2004)

1.2.1.5 Tác dụng sinh học của cây đinh lăng lá nhỏ Polyscias fruticosa (L.) Harms

Đã từ lâu, y học cổ truyền nước ta đã dùng đinh lăng lá nhỏ dưới dạng thuốc sắc, rượu ngâm hoặc bột khô để chữa chứng ho, đau tức ngực, tắc tia sữa, làm lợi sữa, làm thuốc chữa kiết lỵ, thuốc tăng lực cho các đô vật trong dịp hội hè Đặc biệt, rượu và nước sắc rễ đinh lăng lá nhỏ ngày xưa được các lương y dùng để chữa chứng suy nhược cơ thể, làm thuốc bổ tăng lực Bộ phận dùng làm thuốc chủ yếu là rễ, lấy ở những cây trồng từ 3 năm trở lên Người ta thường đào lấy rễ cây đinh lăng vào mùa thu hay mùa đông vì lúc này hoạt chất tập trung ở rễ và rễ mềm hơn Rễ đào về đem rửa sạch đất cát, thái nhỏ rồi phơi, hay sấy khô Cũng có thể tẩm thêm rượu, gừng và sao cho thơm Ngoài rễ ra, người

ta còn dùng cả thân và lá đinh lăng (Đỗ Huy Bích và các cộng sự, 2004)

Đánh giá thành phần hoá học bằng phương pháp điện di và sắc ký cho thấy rễ cây đinh lăng 3 năm tuổi chứa hàm lượng hoạt chất cao trong vỏ như gluxid, saponin triterpenic, tanin Thân và lá cũng chứa chúng nhưng hàm lượng thấp hơn Khi so sánh thành phần dịch chiết của đinh lăng lá nhỏ và nhân sâm Triều Tiên, người ta thấy dịch

chiết rễ đinh lăng lá nhỏ có 7 vết còn nhân sâm Triều Tiên có 12 vết, trong đó có 6 vết giống nhau Ngoài ra, theo các tác giả ở trường Đại học Dược Hà Nội, Viện Y học Dân Tộc Hà Nội, đinh lăng có tác dụng chống trầm uất, giảm cholesterol nội sinh và kích thích K+, Na+, ATPase

Nghiên cứu bột rễ đinh lăng lá nhỏ đã phát hiện thấy nó rất giống sâm Bột này chứa 20 a xít amin (Ngô Ứng Long và cộng sự, 1985) trong đó có một số a xít amin cơ thể người không thể tổng hợp được, Vitamin nhóm B và các nguyên tố vi lượng Nghiên cứu về độc tính, người ta thấy đinh lăng lá nhỏ nước ta ít độc hơn so với nhân sâm Triều Tiên

Theo nghiên cứu của Học viện Quân sự Việt Nam dung dịch cao đinh lăng có tác dụng: Tăng biên độ điện thế não, tăng tỷ lệ các sóng alpha, bêta và giảm tỷ lệ sóng delta Những nghiên cứu về dược lý học đã cho thấy nước sắc hay bột rễ đinh lăng lá nhỏ

có tác dụng bổ, tăng lực, khôi phục sức khoẻ cơ thể bị suy nhược, làm ăn ngon, ngủ tốt, lên cân, làm nhịp tim sớm trở lại bình thường sau khi gắng sức (Đỗ Huy Bích và cộng sự, 2004) Vì vậy mà các chế phẩm đó đã được dùng cho vận động viên trong thi đấu, bộ đội trong hành quân kéo dài Bởi vậy mà các chế phẩm rễ đinh lăng lá nhỏ được các nhà nghiên cứu Nga gọi là “Thuốc sinh thích nghi” (Adaptogen) và đã được Liên Xô và nước

ta sử dụng trong chương trình Du hành vũ trụ Intercosmos và chứng tỏ nó tốt hơn sâm Liên Xô Người Ấn Độ còn dùng đinh lăng lá nhỏ làm thuốc hạ sốt, làm săn da, niêm mạc Các nghiên cứu cũng cho thấy bột rễ hay dịch chất rễ đinh lăng lá nhỏ có khả năng làm tăng sức chịu đựng của cơ thể con người trong điều kiện nóng ẩm tốt hơn Vitamin C

và chè giải nhiệt Dịch chiết rễ hay bột rễ đinh lăng lá nhỏ còn có tác động ức chế men

Monoamin oxydaza trên cơ thể (Sâm Triều Tiên và tam thất không có) Nhờ vậy, giúp

duy trì việc dẫn truyền xung động thần kinh một cách liên tục và mạnh mẽ, gây nên sự kích thích sinh học cơ thể, làm cơ thể không mỏi mệt, có cảm giác sung sức thoải mái

Đó là tác dụng làm tăng lực của cây thuốc này

Vì có khả năng ức chế M.A.O nên dịch chiết rễ và bột rễ đinh lăng lá nhỏ có tác dụng kích thích miễn dịch, tăng sức đề kháng đối với tác nhân gây bệnh

Những nghiên cứu về tính kháng khuẩn đã cho thấy nước sắc, rượu lá đinh lăng lá nhỏ có tác dụng ức chế sự sinh trưởng các vi khuẩn sinh mủ và vi khuẩn đường ruột, nên các chế phẩm đó có tác dụng chống tiêu chảy, nhất là trên gia súc

Đinh lăng có tác dụng bổ, làm cho cơ thể chóng hồi phục, tăng thể trọng, ăn ngon, ngủ tốt, có tác dụng thúc đẩy sự hình thành và củng cố trí nhớ đặc hiệu trên súc vật có trí nhớ kém, tăng lực, tăng sức dẻo dai của cơ thể, chống mệt mỏi, tăng khả năng lao động

Có tác dụng trên nội tiết tố (hiệu lực androgen và hiệu lực estrogen) Có tác dụng chống stress: tăng khả năng chịu đựng của cơ thể đối với nhiệt độ cao, quay ly tâm gia tốc (gây rối loạn chức năng tiền đình), nhiễm ký sinh trùng sốt rét, chiếu bức xạ siêu cao tần Đinh lăng còn có tác dụng kháng viêm, giảm đau, chống xơ vữa động mạch (Đỗ Tất Lợi, 1986) dựa trên tác dụng hạ cholesterol toàn phần và lipid toàn phần trong huyết thanh Có

tác dụng kháng khuẩn và kháng tốt trên các chủng Gr (+) như Staphylococcus, yếu ở vi

khuẩn G (-) và nấm mốc

1.2.1.6 Các nghiên cứu về nhân giống cây đinh lăng

 Ngoài nước

Nghiên cứu nhân giống bằng nuôi cấy mô

Salwa và cộng sự (2014) nuôi cấy thành công đinh lăng trong phòng thí nghiệm nuôi cấy mô tại Vườn Bách thảo Zohria - Trung tâm Nghiên cứu Nông nghiệp Với việc khử trùng bằng Clorox 25% thì nồng độ 15% cho tỷ lệ sống cao nhất Đối với giai đoạn nuôi cấy khởi động thì 3,0 mg/l BA và 2,0 mg/l kinetin cho ra chồi cao nhất Đối với giai đoạn nhân, chiều dài chồi cao nhất, số chồi, số lá và mô sẹo hình thành đã thu được tại môi trường B5 có bổ sung 5,0 mg/l BA và 2,0 mg/l kinetine Đối với nghiên cứu NAA cho sự ra rễ thì số lượng rễ và chiều dài rễ cao nhất thu được trên môi trường có bổ sung 1,0 mg/l NAA Tỷ lệ sống cao nhất đã đạt được khi đưa cây thích nghi vườn ươm trong chậu chứa cát và peatmoss theo tỷ lệ 1: 1 (v/v) Sự hình thành phôi đã xảy ra trên môi trường Murashige và Skoog (MS) cơ bản có bổ sung 0,5 mg l-1 2,4-D (2,4-D) và 1,0 mg l-1 benzylaminopurine (BAP; loại I mô sẹo) và MS với 2,0 mg l-1 2,4-D và 0,01 mg l-1 kinetin (loại II mô sẹo) từ cấy lá của một cây 2 năm tuổi Phôi soma sơ cấp (PSEs) phát triển sau bốn giai đoạn của sự nuôi cấy hình thành từ mô sẹo phôi khi nuôi cấy trong môi

trường MS (MS 1/2) mà không cần điều hòa sinh trưởng PSEs được nhân phôi ngẫu nhiên Sau hai chu kỳ nuôi cấy trên cùng một môi trường là cần thiết để có được cây con phát triển đầy đủ cho phép trồng thành công trên đất Cây con đã được trồng trong giá thể hỗn hợp than bùn với 90% sống sót, với các bộ phận có đặc điểm hình thái bình thường

260C, cường độ chiếu sáng 2.000-3.000lux, thời gian chiếu sáng 10h/ ngày

Viện Dược Liệu đã tiến hành nghiên cứu nhân giống cây đinh lăng bằng kỹ thuật nuôi cấy chồi đỉnh Chồi đỉnh đinh lăng dài 2-3 cm (cây 4 năm tuổi) được sử dụng làm nguyên liệu nuôi cấy, tỷ lệ tạo chồi đạt 55,26 % sau 14 ngày nuôi cấy Môi trường thích hợp cho sự sinh trưởng và phát triển của chồi đinh lăng là môi trường LV với số chồi

phát sinh (3,10) Môi trường nhân nhanh chồi in vitro là LV bổ sung BA (0,3 mg/l) và

sucrose (30 g/l) Trên môi trường này, số chồi hình thành là 4,36 chồi/mẫu sau 40 ngày nuôi cấy Môi trường LV có bổ sung IBA (0,3 mg/l) và sucrose (30 g/l) thích hợp cho sự tạo rễ đạt tỷ lệ 50,18 % Rễ dài nhất là 2,50 cm, số lượng rễ 1,39 rễ/chồi sau 40 ngày nuôi cấy

Nghiên cứu hệ số nhân giống của cây đinh lăng (Polyscias fruticosa (L.) Harms)

dưới ảnh hưởng của chất điều tiết sinh trưởng đã được tiến hành trên các chồi đỉnh và đốt thân đinh lăng (Trần Thị Liên, 2005) Ở nồng độ kinetin 2,0mg/l hệ số nhân giống đạt cao nhất (3,4 cây/2 tháng nuôi cấy) Lượng nước dừa bổ sung tối ưu là 10%, chiều cao chồi trung bình đạt 4,5cm, hệ số nhân chồi đạt 4,3 (tăng 3,5 lần so với đối chứng)

Trần Thị Liên, Nguyễn Văn Thuận, Đoàn Thị Thanh Nhàn (2005) đã nghiên cứu nhân nhanh cây đinh lăng Polyscias fruticosa (L.) Harms bằng phương pháp in vitro Kết

bổ sung 1,0 mg/l α NAA kết hợp 0,5 g than hoạt tính là phù hợp nhất cho quá trình tạo rễ Đất là giá thể ra cây thích hợp cho cây đinh lăng cấy mô Ở giá thể này tỷ lệ sống đạt 85,9%

Nghiên cứu nhân nhanh in vitro cây đinh lăng bằng ngọn chồi của tác giả Vũ Hoài

Sâm (2006) đã xác định: môi trường MS + 2.0 mg/l BAP + 0,5 mg/l IBA là sự kết hợp tốt nhất cho sự phát triển chồi Các chồi có chiều dài 2 -3cm đã được tách ra từ cụm chồi và nuôi cấy trong môi trường MS + 1.0 mg/l IBA + 0,5 mg/l BAP để tạo cây hoàn chỉnh Trong môi trường này, đinh lăng bắt đầu rễ sau 11 ngày, đạt 100% rễ sau 20 ngày Ra cây bằng các cây con này cho tỷ lệ sống 80-95%

Nhóm nghiên cứu Hà Bích Hồng (Đại học Lâm nghiệp); Vũ Thị Thơm, Vũ Đức Lợi, Lê Anh Tuấn, Nguyễn Thanh Hải (Đại học Quốc gia Hà Nội) (2003) cũng đã tiến hành nghiên cứu nhân giống cây đinh lăng bằng phương pháp nuôi cấy mô in vitro và đã bước đầu xây dựng được quy trình nhân giống cây đinh lăng lá nhỏ

Cũng có nhiều nghiên cứu nuôi cấy tạo callus nhằm nhân nhanh sinh khối qua nuôi cấy huyền phù tế bào từ callus để phục vụ chiết xuất hoạt chất saponin

Phạm Thị Tố Liên và Võ Thị Bạch Mai (2007) đã tạo callus từ các mẫu cây con trên môi trường MS bổ sung 2 mg/l 2,4-D Callus tạo thành sau 14 tuần được chuyển sang nuôi cấy trên môi trường lỏng bổ sung 1,0 mg/l 2,4-D và 20% nước dừa để thu sinh khối rồi chiết xuất saponin

Phạm Văn Lộc và cộng sự (2014) đã nghiên cứu tạo mô sẹo và rễ bất định cây đinh lăng Kết quả cho thấy, bổ sung 2,4 – D 2,0mg/l cho tỷ lệ tạo sẹo 100% Bổ sung NAA 0,1 mg/l và IBA 1,0 mg/l cho tỷ lệ tạo rễ cao và số lượng rễ tạo ra nhiều Kết quả này mở

ra triển vọng trong nghiên cứu nuôi cấy rễ cây đinh lăng nhằm mục đích thu nhận saponin ở quy mô lớn hơn

Ninh Thị Phíp (2003) tiến hành nghiên cứu nhân giống bằng phương pháp giâm cành trong điều kiện nhà ươm có mái che Tác giả đã nghiên cứu ảnh hưởng của giá thể, chiều dài cành, vị trí cành giâm và nồng độ chất điều tiết sinh trưởng α -NAA đến khả

năng ra rễ, nẩy mầm và sinh trưởng của cành giâm cây đinh lăng lá nhỏ (Polyscias

fruticosa (L.) Harms) Kết quả chỉ ra: sử dụng giá thể là 50% đất + 50% trấu hun giúp

cây sinh trưởng phát triển cao nhất về chiều cao chồi (14,2cm), đường kính thân (0,51cm), số lá/cây cao nhất (3 lá/cây) và số rễ (4,2 rễ/cây) Sử dụng cành thân có chiều dài cành giâm từ 15 - 20cm, xử lý nồng độ α -NAA 2000 - 3000mg/l trong thời gian từ 3

- 5 giây giúp cành giâm ra rễ nhiều, khả năng sinh trưởng của cành giâm cao hơn hẳn công thức đối chứng

Nói chung cho đến nay vẫn chưa có những công bố về kết quả ứng dụng phương pháp nhân giống bằng kỹ thuật nuôi cấy mô ở quy mô lớn phục vụ cho sản xuất Việc nghiên cứu các phương pháp nhân giống mới có khả năng triển khai ở quy mô lớn phục

vụ cho sản xuất là rất cần thiết

1.2.2 Cây thìa canh

1.2.2.1 Vị trí phân loại

Cây thìa canh có tên khoa học là Gymnema sylvestrte R Br Theo hệ thống phân

loại của Takhtaj (1987):

Loài sylvestrte Chi Gymnema gồm đa số là các loài cây thân leo hay bò, một ít cây bụi, có nhựa

mủ trắng Lá đơn, nguyên, mọc đối, không có là kèm Cụm hoa tán đơn dạng ngôi sao hoặc xim Hoa đều, lưỡng tính, mẫu 5, cánh hoa đính thành ống ở dưới, các thùy ở trên xếp xoắn ốc, có phần phụ Nhị dính trên ống ngập trong ống tràng, bao phấn dạng mũi tên chụm lại quanh đầu nhụy Hạt phấn dính nhau thành bộ bốn lớn hay thành khối Bầu trên thường do hai lá noãn rời dính ở đỉnh, vòi dính có đầu nhụy phình to có 5 góc Quả gồm 2 đại choãi ra một góc tù Hạt có lông hay cánh (Đỗ Tất Lợi, 2006)

1.2.2.2 Nguồn gốc phân bố

Trên thế giới, cây thìa canh phân bố tại phía bắc Ấn Độ và một số vùng nhiệt đới của Châu Phi, Úc và Đông Nam Á, Trung Quốc, Thái Lan, Indonexia, Việt Nam Tại Việt Nam, chúng phân bố tại một số nơi ở miền Bắc Việt Nam từ Hải Dương, Hưng Yên, Hải Phòng, Hà Bắc, Ninh Bình tới Thanh Hóa (Trần Văn Thanh, 1997)

1.2.2.3 Đặc điểm sinh học

Loài Gymnema sylvestre (Retz.) R Br ex Schult trong chi Gymnema còn có tên gọi

khác là lõa ty rừng, cây thìa canh, dây muôi là 1 loài thực vật dạng dây leo cao 6-10

m, nhựa mủ màu vàng, thân có lông dài 8-12 cm, to 3 mm, có lỗ bì thưa Lá có phiến bầu dục xoan ngược thon, dài 6- 7cm, rộng 2,5-5 cm, đầu nhọn, có mũi, gân phụ 4-6 cặp, rõ ở mặt dưới, nhăn lúc khô, cuống dài 5-8 mm Hoa nhỏ, màu vàng, xếp thành xim dạng tán ở nách lá, cao 8 mm, rộng 12-15 mm; đài có lông mịn và rìa lông; tràng không lông ở mặt ngoài, tràng phụ là 5 răng Quả đại dài 5,5 cm, rộng ở nửa dưới; hạt dẹp, lông mào dài 3 cm Mùa hoa tháng 7, mùa quả tháng 8 (Trần Văn Thanh, 1997)

1.2.2.4 Hợp chất hóa học trong cây thìa canh

Các nghiên cứu về thành phần hóa học trong cây thìa canh thấy thành phần chủ yếu có tác dụng hạ đường huyết trong loại cây này là saponin tritepene, cụ thể là acid gymnemic và các chất tương tự (Shahu và cộng sự, 1996; Fabio và cộng sự, 2014)

Theo Praveen và cộng sự (2014) đã tìm thấy một số thành phần hóa học khác

trong cây thìa canh gồm các chất flavones, anthraquinone, lupeol, d–quercitol, các

glycosid liên quan đến β-amyrin, nhựa, alkaloids và stigmasterol

Cho đến nay, một số hợp chất hóa học được tìm thấy sau khi tinh chế cây thìa canh như acid gymnemic, acid deacyl gymnemic, gymnemagnenins, và gymnestrogenins (Ye

và cộng sự, 2001; Liu và cộng sự, 2004; Daisy và cộng sự, 2009)

Hoàng Minh Châu và cộng sự (2015) khi nghiên cứu thành phần hóa học phân đoạn dicloromethan của dịch chiết thủy phân cây thìa canh đã phân lập được 5 hợp chất bao gồm: β-amyrin-3- β-O-cinnamoyl, lupoel, β-sitosterol, longispinogenin và daucosterol

1.2.2.5 Tác dụng sinh học của cây thìa canh

* Tác dụng làm thuốc của cây thìa canh:

Cây thìa canh chứa nhiều hoạt chất có giá trị về dược liệu Cây thìa canh có tác dụng kích thích tuyến tụy tiết insulin, tăng cường hoạt tính của insulin, ức chế hấp thu glucose ở ruột, làm tăng hoạt tính của enzym hấp thu và sử dụng đường, giảm cholesterol

và lipid máu, giúp điều trị bệnh đái tháo đường cách hiệu quả Hoạt chất được nhiều nhà khoa học chiết xuất từ cây thìa canh là axit gymnemic Nhiều thí nghiệm lâm sàng trên chuột cống cho thấy cây thìa canh có tác dụng hạ đường huyết tương tự giống như insulin (Trần Văn Ơn, 2008)

Theo Komalavalli và Rao (2000) lá thìa canh kích thích hoạt động của tim và hệ thống tuần hoàn, gây bài tiết nước tiểu Lá cũng có tác dụng nhuận tràng do có các dẫn xuất anthraquinon; còn có tính gây nôn Lá dùng dễ làm thuốc tiêu hóa, còn dùng tán thành bột để chống độc Rễ sử dụng để chữa các bệnh viêm mạch máu, rắn độc cắn, trĩ và các vết thương do dao, đạn; còn dùng diệt chấy rận

Theo Giovanni Di Fabio và cs (2013) cây thìa canh ngoài tác dụng làm thuốc trị các bệnh tiểu đường và làm thuốc lợi tiểu thì còn có tác dụng tăng cường tiêu hóa, chống viêm, hạ đường huyết, diệt giun sán Hơn nữa cây thìa canh còn được cho là có lợi trong điều trị chứng khó tiêu, táo bón,vàng da, bệnh trĩ, bệnh tim, hen suyễn, viêm phế quản và lang ben Các tài liệu cho thấy một số tác dụng dược lý đáng chú ý khác của cây này như chống béo phì, hạ lipid trong máu, kháng khuẩn, loại bỏ gốc tự do, tác dụng chống viêm cũng đã được chứng minh

Từ xa xưa, ở nước ta tại một số địa phương trong tỉnh Hoà Bình, đồng bào dân tộc Mường còn dùng ngọn lá non loài cây này làm rau ăn rất lành bụng Người ta dùng ngọn non cây thìa canh nấu với măng chua, thịt bò, thịt trâu: ăn bổ, mát, lành bụng (Bùi Việt Hùng, 2011)

Axit gymnemic có trong cây thìa canh có các tác dụng dược lý sau:

Tác dụng hạ đường huyết: Tác dụng hạ đường huyết của bột lá khô cây thìa canh

đã được ghi nhận trên thỏ được gây đái tháo đường thực nghiệm bằng alloxan do làm giảm hoạt tính của enzym tân tạo đường và đảo ngược quá trình biến đổi thể trạng ở gan

Theo Komalavalli và cộng sự (2000) chế độ ăn đi kèm với bột lá cây thìa canh trên chuột cống, thì nhận thấy mức đường huyết trở về mức bình thường trong 4 ngày so với

10 ngày ở lô chuột không được dùng cây thìa canh Dịch chiết nước của lá cây thìa canh với liều 20 mg/ngày trong 20-60 ngày làm cân bằng mức đường huyết ở chuột cống được gây đái tháo đường thực nghiệm bằng STZ do phục hồi tế bào ở đảo tụy Dịch chiết cây thìa canh đã làm tăng gấp đôi số lượng đảo tụy và tế bào β

Tác dụng hạ lipid máu: Dịch chiết cây thìa canh có tác động lên chuyển hóa lipid, làm giảm các chất béo tiêu hóa được, làm tăng bài tiết các sterol trung tính và axit sterol qua phân, ngoài ra còn làm giảm tổng lượng cholesterol toàn phần và mức triglycerid trong huyết tương (Fakhrutdinov, 1992)

Theo Srinivansa và cs (2014) khi thử nghiệm trên chuột cống trắng bị tiểu đường gây bởi streptozotocin, sau khi uống cao chiết methnol cây thìa canh (GSME) (100, 200

và 400 mg/kg thể trọng) và glibenclamid (5 mg/kg) trogn 28 ngày đã thể hiện tác dụng cải thiện chỉ số glucose trong máu (P<0,01) và hạ lipid trong máu do bệnh tiểu đường gây

ra Việc dùng cao chiết cũng thể hiện sự tăng mức insulin huyết thanh và thể trọng chuột cống trắng bị tiểu đường, so với nhóm đối chứng

Tác dụng làm mất đi cảm giác ngọt: Tác dụng này do gurmarin, polypeptid phân lập được từ cây thìa canh gây ra Nó làm ức chế chọn lọc cảm giác ngọt mà không ảnh hưởng đến các vị giác khác ở chuột cống Cơ chế của gurmarin được cho là tác dụng trên thần kinh cảm giác của chuột Tác dụng mất cảm giác ngọt của gurmarin kéo dài khá lâu 2-3 h, tác dụng này sẽ mất đi nhanh chóng dưới tác dụng của chất kháng gurmarin trong huyết tương hoặc β-cyclodextrin trên chuột nhắt C57BL (Fakhrutdinov, 1992)

Tác dụng làm giảm chứng béo phì do chế độ ăn giàu chất béo: Reddy và cs (2012) đã khảo sát tác dụng chống béo phì của phân đoạn giàu saponin của cao chiêt nước lá dây thìa canh (SGE), dùng chuột cống trắng bị béo phì khi cho ăn chế độ ăn giàu chất béo sau 8 tuần Cho nhóm điều trị uống SGE liều 100 mg/kg thể trọng, ngày một lần SGE đã làm giảm có ý nghĩa thể trọng, lượng thức ăn tiêu thụ, trọng lượng các cơ quan nội tạng và các mức triglycerid, cholesterol toàn phần, lipoprotein phân tử lượng thấp, chỉ số tạo xơ vữa động mạch, glucose và làm tăng các lipoprotein phân tử lượng cao Không có sự khác nhau có ý nghĩa liên

quan đến các thông số nghiên cứu trong trường hợp chuột cống trắng ăn theo chế độ bình thường và uống SGE Qua thử nghiệm invitro, SGE đã ức chê tác dụng của enzyme lipaza tụy Nghiên cứu này cho thấy bằng chứng rõ ràng là SGE có tác dụng chống béo phì có ý nghĩa, có thể dùng trong YHCT và thay thế các thuốc tổng hợp

1.2.2.6 Tình hình nghiên cứu về trồng và nhân giống cây thìa canh trong và ngoài nước

* Ngoài nước:

Có thể điểm qua một số nghiên cứu về phương pháp nhân giống vô tính cây thìa

canh trên thế giới như sau:

Shrivastava và Singh (2008) đã nghiên cứu nhân giống in vitro cây thìa canh Các

tác giả này đã sử dụng môi trường MS (Murashige &Skoog, 1962) có bổ sung BAP với nồng độ 1,5 mg/l cho hệ số nhân chồi cao nhất (10 chồi/mẫu cấy)

Sharma và Bansal (2010) đã tái sinh thành công cây thìa canh (Gymnema

sylvestre) bằng công nghệ nuôi cấy mô tế bào Tác giả đã sử dụng chồi ngọn và chồi bên

của cây trưởng thành (2-3 năm tuổi) làm vật liệu khởi đầu Qua nghiên cứu cho thấy hệ

số tạo chồi cao nhất đạt được trong môi trường MS có bổ sung BA (4,44 mM) và Kinetin (4,64 mM) Môi trường 1/2MS kết hợp IAA cho tỷ lệ tạo rễ ngoài vườn ươm đạt 80%

Subathra và Mohana (2008) đã nghiên cứu tái sinh chồi, tạo mô sẹo và tạo cây hoàn chỉnh cây thìa canh trong môi trường MS bổ sung IAA; BA; 2,4D và Kinetin Kết quả cho thấy môi trường MS bổ sung BA(1 mg/l) + IAA(0,5 mg/l) + vitamin B2 (100 mg/l) + axit citric (100 mg/l) thích hợp nhất để tạo chồi (6,8/mẫu cấy) Môi trường 1/2MS kết hợp IBA (3 mg/l) thích hợp nhất để chồi tạo rễ (53%)

Ashok K Pandey (2012) đã nghiên cứu kỹ thuật trồng cây thuốc thìa canh Kết quả nghiên cứu cho thấy cành giâm có đường kính từ 10-15 mm và có 3 đốt là phù hợp nhất để làm nguyên liệu nhân giống vô tính Thời gian nhân giống vô tính thích hợp nhất là vào tháng

3 và tháng 7 Kết quả các thí nghiệm xử lý hom giống bằng hormon sinh trưởng cho thấy nhúng cành giâm vào dung dịch IBA 500 ppm trong 30 phút cho khả năng ra rễ cao nhất (52,5%) Sử dụng 400 kg FYM/ha có tác động tốt đến sinh trưởng và năng suất cây thìa canh

Năng suất lá khô cây thìa canh đạt 1,5 tấn khô/ha/năm Cây thìa canh cho thu hoạch sau 2 năm trồng, mỗi năm có thể thu hoạch hai đợt vào tháng 10 và tháng 6

* Trong nước:

Ở Việt Nam, cây thìa canh được trồng nhiều ở Thái Nguyên, Nam Định, và Quảng Ninh Cây được nhân bằng phương pháp truyền thống từ hạt, hoặc giâm hom (Bùi Việt Hùng, 2011)

Cây thìa canh không chỉ có tác dụng về mặt y học, còn có giá trị về mặt kinh tế và đây cũng là cây trồng “xóa đói giảm nghèo” của người dân tộc vùng cao Tuy nhiên, loại cây quý này đang dần cạn kiệt trước việc khai thác ồ ạt của người dân

Cây thìa canh là một loại cây dạng leo dễ trồng, phù hợp với điều kiện nước ta, chỉ cần đất tơi xốp, nhiều mùn, thoát nước là có thể phát triển tốt Nó không đòi hỏi tốn công chăm sóc, kỹ thuật canh tác cao nhưng lại mang giá trị kinh tế cao cho người trồng Cây thìa canh sẽ là cây có tiềm năng lớn trong y học là nguồn nguyên liệu cho ngành dược và mang lại kinh tế cho người trồng

Qua trồng thử nghiệm tại xã Yên Ninh cho thấy cây phát triển tốt, sau 1 năm đã có thể thu hoạch, năng suất trung bình đạt 3 tấn lá khô/ha/năm, giá trị kinh tế ước đạt gần 80 triệu đồng/ha Đặc biệt sau khi thu hoạch, gốc của cây lại tiếp tục tái sinh ra dây và lá mới mà không cần phải trồng lại nên rất thuận lợi cho việc canh tác đại trà Việc đưa cây thìa canh vào trồng thử nghiệm tại xã Yên Ninh đang mở ra hướng mới trong phát triển cây dược liệu mang lại giá trị kinh tế cao cho bà con nông dân Được biết hiện nay cây thìa canh cũng đang được trồng thí điểm tại các tỉnh: Nam Định, Quảng Ninh và sẽ phát triển thành vùng nguyên liệu cung cấp cho các nhà máy sản xuất dược phẩm trong nước Hoàng Khắc Cần (2013)

Cây thìa canh được trồng khảo nghiệm tại xã Hải Lộc, huyện Hải Hậu, tỉnh Nam Định, sau 4 năm tiến hành thu thập mẫu, phân loại, nghiên cứu thành phần hóa học, kết quả cho thấy cây thìa canh trồng tại Hải Lộc cũng tương đương cây thìa canh mọc tự nhiên Đến nay tổng diện tích trồng cây thìa canh ở Hải Lộc đã lên tới 3,2 ha Trong năm

2013, xã vận động người dân tiếp tục mở rộng diện tích trồng cây thìa canh Hiện nay xã

đã xây dựng mô hình trồng cây thìa canh theo phương pháp sản xuất an toàn VietGAP