Hệ thống nuôi cấy ngập chìm tạm thời pptx

Vì vậy để kết hợp những ưu điểm của hệ thống nuôi cấy trên thạch với nuôi cấy lỏng, vào năm 1983, Harris và Mason đã thiết kế hai hệ thống nuôi cấy ngập chìm tạm thời là hệ thống nuôi cấ

Hệ thống nuôi cấy ngập chìm tạm thời



Ngày nay, việc nghiên cứu cải

thiện các quy trình nhân giống

thực vật nhất là cây hoa cảnh

trong ống nghiệm rất được quan tâm bởi nhiều nhà khoa học trên khắp thế giới Ðể ứng dụng của

hệ thống vi nhân giống thông

thường trên môi trường thạch vào quy mô công nghiệp nhằm giảm

tỷ lệ nhiễm bệnh, giảm chi phí

giá thành, tăng hệ số nhân giống Nhiều nghiên cứu đã sử dụng

phương pháp nuôi cấy trong môi trường lỏng có hay không có lắc

Kỹ thuật này cho phép đạt được

hệ số nhân chồi, tạo phôi soma, PLB (protocorm-like body: thể giống protocorm), … nhiều hơn

so với trên môi trường thạch

Tuy nhiên khi nuôi cấy trong môi trường lỏng mẫu cấy bị trương

nước và bị hiện tượng thủy tinh thể do ngập quá lâu trong môi

trường, ngoài ra mẫu còn bị

những tổn thương do quá trình

lắc Vì vậy để kết hợp những ưu điểm của hệ thống nuôi cấy trên thạch với nuôi cấy lỏng, vào năm

1983, Harris và Mason đã thiết

kế hai hệ thống nuôi cấy ngập

chìm tạm thời là hệ thống nuôi

cấy nghiêng và hệ thống Rocker

Ít lâu sau, vào năm 1985 Tisserat

và Vandercook đã thiết kế một hệ thống nuôi cấy tự động APCS

đây là hệ thống có thể thay thế

được môi trường và có thể sử

dụng nuôi cấy trong một thời

gian dài mà không cần cấy

chuyền Ngoài ra còn có một số

hệ thống ngập chìm tạm thời một phần hay toàn phần được điều

khiển tự động bằng máy tính hay

bán tự động Hiện nay đáng chú

ý là hệ thống nuôi cấy ngập chìm

đã được khảo sát và nghiên cứu trên nhiều đối tượng khác nhau

2 Nguyên tắc vận hành và cấu trúc cơ bản hệ thống

Tất cả các hệ thống này đều tuân theo những điều kiện được đề ra bởi Teisson và cộng sự năm 1999: (1) tránh sự ngập liên tục là yếu tố ảnh hưởng tiêu cực lên sự sinh

trưởng và phát sinh hình thái của mẫu cấy; (2) cung cấp sự trao đổi oxy một cách đầy đủ; (3) cung

cấp sự hòa trộn đầy đủ; (4) có thể thay đổi môi trường và điều khiển

tự động; (5) hạn chế sự nhiễm; (6) giá thành hạ

Tất cả các hệ thống nuôi cấy ngập chìm tạm thời đều phải tuân theo một nguyên tắc là phải có khả

năng tạo ra sự ngập chìm không liên tục theo chu kỳ xác định Các

hệ thống đều có ngăn chứa môi

trường riêng, có thể chung một

bình chứa nhưng có hai ngăn khác nhau hay gồm một hệ thống bình chứa nối với hệ thống chứa mẫu cấy bằng hệ thống ống dẫn và

bơm điều khiển Các mẫu cấy

thường được đặt trên những đĩa

bằng nhựa polypropylene thành một cụm, điều này giúp tiết kiệm được thời gian phải đặt mẫu lên trên giá thể thạch trong nuôi cấy thông thường

Tóm lại, hệ thống nuôi cấy ngập chìm tạm thời thông thường có

những bộ phận chủ yếu sau:

- Bơm hay máy nén khí tạo áp lực

để hút môi trường từ ngăn chứa lên ngăn chứa mẫu cấy và ngược lại

- Hệ thống cài đặt thời gian dùng

để điều khiển chu kỳ ngập

- Hệ thống ống dẫn và van điều khiển

- Các màng lọc

- Bình nuôi cấy thường bằng nhựa polycarbonate hay thủy tinh

Dựa theo nguyên tắc và nguyên lý

để tạo ra hệ thống ngập chìm tạm thời, nhiều nhà khoa học đã thiết

kế và tạo ra các hệ thống ngập

khác nhau, tùy vào mục đích nuôi cấy khác nhau

Sau đây là ba biến thể khác nhau

đã được phát triển và bán rộng rãi trên thị trường, đó là hệ thống

Hình 1 Hệ thống RITA ® , Pha 1:

mô không ngập trong môi

trường, Pha 2: hiện tượng ngập

được hoạt hóa, các van mở ra cho khí đi qua các màng lọc đẩy môi

trường lỏng lên ngập mô cấy, Pha

3: sự trao đổi khí trong hệ thống

RITA®, Pha 4: chu kỳ kết thúc,

các van đóng lại và môi trường

lỏng rút xuống ngăn bên dưới

dâng lên ngăn chứa mẫu cấy Mẫu cấy được ngập chìm trong môi

trường lỏng lâu hay mau tùy theo thời gian áp suất vượt mức được duy trì Trong suốt thời gian ngập, không khí được sục vào trong môi

trường lỏng, môi trường được

chuyển động làm cho mẫu cấy

xoay trở được các mặt tiếp xúc

với bề mặt môi trường, áp suất

vượt mức sau đó được thoát ra

bên ngoài nhờ một ngõ ra phía

soma Ðối với nhân giống theo

con đường phát sinh cơ quan kích thước mẫu cấy đòi hỏi một hệ

thống có thể tích lớn hơn và rẻ

hơn Con đường dễ dàng nhất để đạt được trạng thái ngập chìm tạm thời theo chu kỳ nhất định là nối hai bình thủy tinh hay plastic có kích thước từ 250 ml - 10 L bằng một hệ thống ống dẫn, và điều

khiển tạo ra áp suất vượt mức để đưa môi trường vào bình chứa

mẫu và ngược lại Hệ thống

những yêu cầu trên

Hệ thống này được thiết kế tổng thể tương tự như hệ thống

cải tiến một số chi tiết như hệ

thống bơm và vị trí các màng lọc

Hệ thống này được sản xuất và

cung cấp bởi Công ty A-tech

Bioscientific tại đảo Ðài Loan

Cấu tạo và phương pháp vận hành

cơ bản (Hình 3, Hình 4):

Hình 3 Các thành phần của hệ

thống Plantima

a Ưu điểm

Hệ thống nuôi cấy ngập chìm tạm thời (Temporary Immersion

System, TIS) có tác động tích cực lên tất cả các giai đoạn từ nhân

nhanh chồi cho tới phát sinh phôi soma trên nhiều đối tượng cây

trồng khác nhau Sự sinh trưởng

và hệ số nhân nhanh chồi của cây được nuôi cấy trong hệ thống

ngập chìm tạm thời luôn cao hơn

so với những cây nuôi cấy trong

hệ thống thông thường trên môi trường rắn hay trong những hệ

thống bioreactor thông thường Cây tái sinh và phôi soma thu

được trong hệ thống này luôn có

chất lượng tốt hơn Từ đó cây có nguồn gốc từ hệ thống nuôi cấy ngập chìm tạm thời có tỷ lệ sống sót cao, sinh trưởng khỏe mạnh trong quá trình thuần hoá ngoài vườn ươm Có thể nói hệ thống nuôi cấy ngập chìm tạm thời đã kết hợp thành công những ưu

điểm của hệ thống nuôi cấy rắn

thoáng khí và hệ thống nuôi cấy lỏng giúp cây tránh được những hiện tượng bất lợi do sự thiếu

thông thoáng của môi trường lỏng ngập liên tục hay trong hệ thống kín trên môi trường rắn, giúp gia tăng sự hấp thu chất dinh dưỡng

Chu kỳ và tần số ngập chìm là

những chỉ số chủ yếu ảnh hưởng đến sự phát triển của mẫu cấy

cũng như toàn bộ quy trình nhân giống Khi những chỉ số này được tối ưu hóa, sản lượng sẽ được gia tăng, quá trình kiểm soát sự phát sinh hình thái tốt hơn và còn có

khả năng hạn chế tối đa hiện

tượng thủy tinh thể Ðây là ưu

điểm lớn nhất của hệ thống TIS so với hệ thống bioreactor thông

củ bi có khả năng được tối ưu hoá trên nhiều đối tượng cây trồng từ

đó giảm được chi phí sản xuất

nhưng hiện nay vẫn chưa được

khảo sát một cách sâu rộng Thời gian ngập tối ưu phải được khảo sát và xác định chính xác cho

từng giai đoạn nuôi cấy của từng loại cây cũng như thời gian giữa các lần cấy chuyền đối với những

hệ thống không thể bổ sung môi trường mới, cuối cùng là phải

khảo sát tối ưu hóa thành phần

môi trường cho từng giai đoạn

nuôi cấy

Hiện nay, nhiều nghiên cứu sâu

hơn về ảnh hưởng của hệ thống

nuôi cấy ngập chìm tạm thời về

mặt vật lý là rất cần thiết để có thể tối ưu hóa điều kiện nuôi cấy

trong những hệ thống này

Một ưu điểm khác của hệ thống này trong việc giảm được hoạt

tính của các chất độc ngoại bào

hay các chất ức chế sinh trưởng

được tiết ra ngoài môi trường

trong thời gian nuôi cấy của mẫu cấy vẫn chưa được đánh giá chính

xác

Trong điều kiện Việt Nam hiện

nay, giá thành của những hệ thống nuôi cấy TIS tương đối cao do

phải nhập hệ thống này từ nước

ngoài như Pháp, Cuba, Đài Loan

do đó nếu muốn ứng dụng rộng

rãi thì những hệ thống này nhất

thiết phải được nghiên cứu thiết

kế ngay trong nước để giảm giá

thành Ngoài ra, những thông số

kỹ thuật của hệ thống này cần

được khảo sát kỹ lưỡng và tối ưu hóa đối với từng giai đoạn nuôi

cấy của từng loại cây, có được

những điều kiện như vậy thì

chúng ta mới có khả năng áp dụng

hệ thống TIS rộng rãi trong sản

xuất cây giống

N.Q Thiện

Tổng hợp từ các nguồn:

- Teisson C & Alvard D,

(1995) A new concept of plant in vitro cultivation liquid medium: temporary immersion In: Terzi M

et al (eds) Current Issues in Plant Molecular and Cellular Biology (pp 105-110) Kluwer Academic Publishers, Dordrecht

- Escalona M, Lorenzo JC,

Gonzalez B, Daquinta M,

Fundora Z, Borrto CG, Espinosa

D, Arias E & Aspiolea ME,

(1998) New system for in vitro

propagation of pineapple (Ananas comosus (L.) Merr).Pineapple

News 5 pp: 5-7

- Etienne H & Berthouly M.,

(2002) Temporary immersion

systems in plant

micropropagation Plant Cell,

Tissue and Organ

Culture 69: 215–231 Kluwer

Academic Publishers, Dordrecht