Phạm Phong Hải & Nguyễn Thị Ánh Dung Trường Đại học Yersin Đ{ Lạt Tóm tắt Ảnh hưởng của hàm lượng GA3 và NAA trong môi trường nuôi cấy v{ quang chu kỳ QCK lên sinh trưởng của c}y khoa
Trang 1DIỄN ĐÀN KHOA HỌC 28
ẢNH HƯỞNG CỦA MÔI TRƯỜNG NUÔI CẤY VÀ QUANG CHU KỲ ĐẾN
SINH TRƯỞNG IN VITRO CỦA MỘT SỐ GIỐNG KHOAI TÂY (SOLANUM
TUBEROSUM L.) CÓ KIỂU GENE THÍCH ỨNG KHÁC NHAU
TS Phạm Xuân Tùng, ThS Phạm Phong Hải & Nguyễn Thị Ánh Dung
Trường Đại học Yersin Đ{ Lạt
Tóm tắt
Ảnh hưởng của hàm lượng GA3 và NAA trong môi trường nuôi cấy v{ quang chu kỳ (QCK) lên sinh trưởng của c}y khoai t}y được khảo sát với hai nhóm giống có kiểu hình thích ứng quang chu kỳ kh|c nhau, ng{y d{i ôn đới và ngày ngắn nhiệt đới núi cao Kết quả cho thấy các giống ngày dài có phản ứng dương tính với sự gia tăng GA3 đến 0,3 mg/l trong môi trường nuôi cấy v{ QCK đến 16h và bị ức chế sinh trưởng khi gia tăng NAA lên trên 0,1 mg/l C|c giống ngày ngắn có xu hướng tăng sinh khối, nhưng không tăng chiều cao, với sự kéo d{i quang chu kỳ đến 16h và gia tăng GA3 trong môi trường nuôi cấy, trong khi cần nhiều NAA hơn để tăng trưởng Tuy vậy, NAA ở hàm lượng 0,3 mg/l ức chế sinh trưởng cây ở cả hai nhóm giống
Abstract Influence of culture media and photoperiod on in vitro growth of potato cultivars
(Solanum tuberosum L.) of different genotypes of adaptation
The Influence of different levels of GA3, NAA and photoperiods in culture medium on the growth of potato plantlets in vitro was investigated with two groups of potato cultivars of different origins, namely long day temperate region and short day tropical highlands The results obtained indicated that the long day cultivars responded positively with increasing levels of GA3 of up to 0.3 mg/l and prolonged photoperiod of 16h, but their growth was significantly inhibited with NAA concentration higher than 0.1 mg/l The short day cultivars exhibited the tendency
of increase in total weight of the plantlets, but not the plant height, under the photoperiod of 16h and increasing levels of GA3 while needed higher concentration of NAA in the medium to grow Nevertheless, NAA level of 0.3 mg/l severely supressed growth of both cultivar groups
I ĐẶT VẤN ĐỀ
ây khoai tây trồng trọt (Solanum
tuberosum L.) có nguồn gốc từ
vùng núi Andes, Nam Mỹ S
tuberosum được chia thành hai loài phụ
(subspecies): Subsp tuberosum và subsp
andigena Subsp tuberosum được tìm thấy chủ
yếu ở vùng đồng bằng Trung - Nam Chile và
Nam Bolivia, thích ứng với điều kiện ngày dài
của vùng ôn đới Subsp andigena phân bố hầu
hết ở vùng núi cao trải dài từ Venezuela,
Equador, Peru, Bắc Bolivia và thích ứng với điều
kiện ngày ngắn, nhiệt độ thấp của vùng nhiệt đới núi cao Các bằng chứng khảo cổ và thực nghiệm cho thấy, các mẫu khoai tây được người Tây Ban Nha di thực về châu Âu khoảng giữa
thế kỷ 16 là từ Mexico và thuộc subsp andigena
(Hawkes, 1982; Hans Ross, 1986) Quá trình thuần hóa, lai tạo, chọn lọc tại châu Âu đã dẫn
đến sự hình thành nhóm giống neo-tuberosum
thích ứng với điều kiện ngày dài Do hầu hết các
đặc tính hình thái và thích ứng của neo-tuberosum là rất tương đồng với subsp tuberosum nên nhóm giống này được gộp chung vào subsp tuberosum
C
Trang 2DIỄN ĐÀN KHOA HỌC 29
Ngày nay, hầu hết giống khoai tây sản
xuất phổ biến được chọn tạo ở vùng ôn đới và
thuộc subsp.tuberosum Các giống này thích
ứng với điều kiện ngày dài, sinh trưởng mạnh và
tạo củ tốt trong điều kiện ngày dài Trong điều
kiện ngày ngắn (khoảng 12 giờ/ngày) các giống
này sinh trưởng hạn chế và tạo củ rất sớm nên
năng suất thường thấp hơn tiềm năng có được
trong điều kiện ngày dài Các giống thuộc subsp
andigena, hoặc có nền di truyền andigena, chỉ
được trồng chủ yếu ở các vùng nhiệt đới núi cao,
nơi quang chu kỳ chỉ 12 giờ/ngày Trong điều
kiện ngày dài, nhiệt độ cao, các giống này sinh
trưởng kéo dài, không hoặc tạo củ rất kém Các
quan sát cho thấy, trong nuôi cấy, nhân giống in
vitro, các giống khoai tây có phản ứng khác
nhau rất rõ rệt với điều kiện môi trường khác
nhau, nhưng chưa có nghiên cứu nào cho cho
thấy sự khác biệt này liệu có liên quan đến kiểu
hình thích ứng khi giống được chọn tạo
Báo cáo này trình bày kết quả khảo sát
ảnh hưởng của môi trường nuôi cấy đến sinh
trưởng cây in vitro của một số giống khoa tây
thuốc hai nhóm giống được chọn tạo trong điều
kiện khác nhau (kiểu hình thích ứng): Ôn đới
(ngày dài)và nhiệt đới núi cao (ngày ngắn) Trên
cơ sở đó, đề xuất điều kiện môi trường dinh
dưỡng và nuôi cây in vitro thích hợp đối với
từng kiểu hình thích ứng phục vụ công tác nhân
giống ứng dụng kỹ thuật nuôi cấy mô
II VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU
1 Vật liệu
Giống có kiểu hình thích ứng với ngày
dài vùng ôn đới (quang chu kỳ dài): Atlantic,
Marcy, Chipeta (nguồn gốc Bắc Mỹ) và Sunto
(nguồn gốc Hàn Quốc)
Giống có kiểu hình thích ứng với ngày
ngắn (quang chu kỳ ngắn): TKC33, BW7, BW10
(do Trung tâm Khoai tây Quốc tế lai tạo tại
Peru, thích ứng với điều kiện nhiệt đới núi cao, ngày ngắn Peru) và TK96.1 (G6) (nguồn gốc Đà Lạt)
2 Phương pháp nghiên cứu
Các thí nghiệm được tiến hành tại phòng thí nghiệm nuôi cấy mô thực vật, Khoa Công nghệ Sinh học, trường Đại học Yersin Đà Lạt, với nhiệt độ trung bình 25 ±2 oC Môi trường nuôi cấy cơ bản Murashighe & Skoog (1962) có bổ sung sucrose 30gr/lít sucrose, agar 8gr/lít, với chất điều hòa sinh trưởng được bổ sung theo yêu cầu của các nghiệm thức cần khảo sát và chuẩn độ pH 5,7±0,1 Các biện pháp kỹ thuật khác được thực hiện theo cách thông thường áp dụng cho nuôi cấy mô thực vật
Thí nghiệm 1: Khảo sát ảnh hưởng của
gibberelin (GA3) và naphtalene acetic acid (NAA) đến sinh trưởng in vitro của các giống khoai tây có kiểu hình sinh trưởng khác nhau Thí nghiệm gồm hai yếu tố, được bố trí theo thể thức thừa số (factorial design) như sau:
- Yếu tố G: 8 giống khoai tây thuộc hai nhóm thích ứng mô tả tại phần Vật liệu Mẫu thí nghiệm là đoạn thân một đốt (các đốt 1-3 từ ngọn xuống) từ các cây in vitro có tình trạng sinh trưởng khỏe, sạch bệnh của các giống được nuôi cấy từ trước
- Yếu tố M: các công thức chất điều hoà sinh trưởng, gồm:
Mo: GA3 0,0 mg/l + NAA 0,0 mg/l
M1: GA3 0,1 mg/lít (l) + NAA 0,2 mg/l
M2: GA3 0,1 mg/l + NAA 0,3 mg/l
M3: GA3 0,2 mg/l + NAA 0,1 mg/l
M4: GA3 0,3 mg/l + NAA 0,1 mg/l Các tổ hợp nghiệm thức được bố trí hoàn toàn ngẫu nhiên trên giàn nuôi có cường độ ánh
Trang 3DIỄN ĐÀN KHOA HỌC 30
sáng 3000 lux, quang chu kỳ 12 giờ, với ba lần
lặp lại, mỗi lần lặp lại là năm mẫu cây trong một
chai serum 250 ml Các chỉ tiêu chiều cao cây
(cm), và trọng lượng trung bình cây (mg) được
thu thập sau 3 tuần nuôi cấy
Thí nghiệm 2: Khảo sát ảnh hưởng của
quang chu kỳ đến sinh trưởng cây của các giống
khoai tây có kiểu hình thích ứng khác nhau
Tám giống khoai tây vật liệu được bố trí
hoàn toàn ngẫu nhiên với ba lần lặp lại, với mẫu
cây, số mẫu, cường độ ánh sáng như được mô tả
trong thí nghiệm 1, trong điều kiện hai quang
chu kỳ: Q1 = 12 giờ (h) chiếu sáng, Q2 = 16 h
chiếu sáng
Môi trường nuôi cấy là MS có bổ sung
sucrose 30 gr/l, agar 8 gr/l, GA3 0,1 mg/l, NAA
0,1 mg/l Các số liệu thu thập được tiến hành
tương tự như với thí nghiệm 1
III KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
1 Ảnh hưởng của môi trường nuôi cấy
Nhìn chung, các giống khoai tây đều có xu
hướng phản ứng rõ với sự thay đổi hàm lượng
GA3 và NAA trong môi trường nuôi cấy Các
quan sát cho thấy mặc dù NAA có ảnh hưởng
kích thích sinh trưởng cây (chiều cao và trọng
lượng cây trung bình), sự gia tăng hàm lượng
NAA trong môi trường cao quá mức 0,1 mg/l có
ảnh hưởng tiêu cực đến sinh trưởng cây ở hầu
hết các giống (Bảng 1 & 2)
Nhóm giống có nguồn gốc ôn đới có phản
ứng dương tính mạnh với sự gia tăng hàm lượng
GA3 trong môi trường nuôi cấy Gia tăng hàm
lượng GA3 từ 0,1 đến 0,2 và 0,3 mg/l có xu
hướng tăng cường kích thích sinh trưởng, gia
tăng chiều cao và trọng lượng trung bình /cây ở
các giống thuộc nhóm này (Bảng 1 & 2) Trong thí nghiệm này, môi trường thích hợp nhất với nhóm giống này là MS + GA3 0,2-0,3 mg/l + NAA 0,1 mg/l
Với nhóm giống có nguồn gốc nhiệt đới núi cao, tình hình diễn ra khá phức tạp Nhìn chung, sự gia tăng GA3 trong môi trường từ 0,1 (M1) lên đến 0,3 mg/l (M4) không có ảnh hưởng
rõ rệt đến sinh trưởng cây NAA có tác dụng kích thích sinh trưởng tốt ở hàm lượng 0,1 (M4) đến 0,2 mg/l (M1), nhưng ngược lại khi tăng hàm lượng lên 0,3 mg/l (M2)(Bảng 1 & 2) Với các giống TKC33, TK96.1 và BW7 tăng trưởng khối lượng cây tốt nhất trên môi trường có 0,3 mg/l GA3 và 0,1 NAA (M4), trong khi đó BW10 tăng trưởng mạnh nhất trên môi trường có 0,1 mg/l GA3 và 0,2 mg/l NAA (Bảng 2) Trong môi trường MS có bổ sung 0,3 mg/l GA3 và 0,1 mg/l NAA, chiều cao cây giống TKC33 đạt 4,9 cm, và giảm dần trên môi trường M1, M2, M0 (Bảng 1) Giống TK96.1 có xu hướng sinh trưởng tốt hơn trên môi trường có hàm lượng NAA cao hơn trong thí nghiệm này (M1 và M2) Hàm lượng GA3 cao và NAA thấp trong môi trường có xu hướng ức chế tăng trưởng chiều cao cây của giống này (Bảng 1) Trong khi đó, BW7 và BW10 không có phản ứng rõ ràng khi tăng hàm lượng GA3 từ 0,1 lên 0,2 và 0,3 mg/l, nhưng tăng trưởng cây bị ức chế khi tăng hàm lượng NAA từ 0,2 lên 0,3 mg/l (Bảng 1)
Có thể thấy giữa các giống khoai tây có sự khác biệt rất có ý nghĩa thống kê (Bảng 1 & 2) Khác biệt giữa các môi trường cũng rất có ý nghĩa, trong đó ảnh hưởng kích thích của các chất điều hòa sinh trưởng là rất rõ và cho các khác biệt rất có ý nghĩa so với môi trường không
có chất điều hòa sinh trưởng (Bảng 1&2)
Trang 4DIỄN ĐÀN KHOA HỌC 31
Bảng 1 Chiều cao cây của tám giống khoai tây nuôi cấy in vitro trên năm môi trường
MS có bổ sung GA 3 và NAA với hàm lượng khác nhau.
Chú thích: ** Trong cùng cột, giá trị
trung bình của các tổ hợp nghiệm thức, trung
bình của giống và trung bình của môi trường có
cùng ký tự không khác biệt có ý nghĩa với P ≤
0,01 theo Duncan’s multiple range test (DMRT)
CV: hệ số biến động
M0 – M4: Xem phần vật liệu và phương pháp
Bảng 2 Trọng lượng trung bình /cây của tám giống khoai tây nuôi cấy in vitro trên năm
môi trường MS có bổ sung GA 3 và NAA với hàm lượng khác nhau
Chú thích: Tương tự Bảng 1
Trang 5DIỄN ĐÀN KHOA HỌC 32
2 Ảnh hưởng của quang chu kỳ
Kết quả thí nghiệm cho thấy quang chu kỳ
16 h có hiệu quả gia tăng chiều cao cây một cách
có ý nghĩa ở các giống có nguồn gốc ôn đới
Điều này phù hợp với dự kiến của các tác giả
Trong khi đó, các giống có nguồn gốc nhiệt đới
núi cao không có phản ứng hoặc có xu hướng
rút ngắn chiều cao cây (Bảng 3) Kết quả này có
vẻ trái với quy luật chung là trong điều kiện
ngày dài, cây tổng hợp được nhiều gibberelin
hơn, và do đó có xu hướng vươn cao hơn Tuy
nhiên, sức sinh trưởng của thực vật nói chung
được điều tiết không chỉ bởi một loại
phytohormone, mà do sự phối hợp của cùng
một lúc nhiều loại phytohormones Tổ hợp các
loại hormones này trong những điều kiện môi trường sinh thái cụ thể dẫn đến những tình trạng sinh trưởng cụ thể Kết quả từ thí nghiệm 1 cho thấy các giống thuộc nhóm này có nhu cầu auxin (NAA) khá cao để có thể tăng trưởng chiều cao cây mạnh, trong khi GA3 ít có ảnh hưởng đến tăng trưởng chiều cao cây Cũng có thể thấy, mặc dù không có tăng trưởng về chiều cao cây, tăng trưởng chung về sinh khối, thể hiện qua trọng lượng trung bình/cây, của nhóm giống ngày ngắn trong điều kiện quang chu kỳ dài (16h) là rất đáng kể và không thua kém nhóm giống ngày dài (Bảng 3)
Bảng 3 Chiều cao cây và trọng lượng cây trung bình của tám giống khoai tây nuôi cấy in
vitro trong hai điều kiện quang chu kỳ khác nhau
Chú thích: ** trong mỗi chỉ tiêu, các giá trị trung bình có cùng ký tự không các biệt có ý nghĩa với
P ≤ 0,01 theo DMRT
Chiều cao trung bình/cây
(cm)
Trọng lượng trung bình/ cây
(mg)
Trang 6DIỄN ĐÀN KHOA HỌC 33
Kết quả thu được từ thí nghiệm này là phù
hợp với kết quả từ thí nghiệm 1, khi các giống
ngày dài và giống ngày ngắn được nuôi cấy trên
các môi trường in vitro có hàm lượng GA3 và
NAA khác nhau Các giống ngày dài sinh trưởng
mạnh hơn khi hàm lượng GA3 trong môi trường
tăng (tương ứng với sự kéo dài quang chu kỳ),
nhưng bị ức chế khi tăng NAA Các giống ngày
ngắn ít mẫn cảm hơn với hàm lượng gia tăng của
GA3 và cần nhiều NAA hơn để tăng trưởng
IV KẾT LUẬN
1) Trong điều kiện quang chu kỳ 12h, các
giống khoai tây có nguồn gốc ôn đới (ngày dài)
sinh trưởng và tăng trưởng sinh khối tốt hơn khi
hàm lượng GA3 trong môi trường tăng, trong
nghiên cứu này là từ 0,1 đến 0,3 mg/l Hàm
lượng GA3 trong môi trường nuôi cấy thích hợp
là 0,2-0,3 mg/l
2) Với cùng điều kiện quang chu kỳ 12h,
các giống khoai tây có nguồn gốc nhiệt đới núi
cao (ngày ngắn) không phản ứng với sự gia tăng
hàm lượng GA3 trong môi trường nuôi cấy và
cần nhiều NAA hơn để tăng trưởng Hàm lượng
NAA thích hợp trong môi trường là 0,2 mg/l
3) Hàm lượng NAA trong môi trường ở mức 0,3 mg/l có ảnh hưởng ức chế sinh trưởng cây khoai tây in vitro
4) Quang chu kỳ 16h có ảnh hưởng gia tăng đáng kể chiều cao cây và sinh khối các giống khoai tây ngày dài nuôi cấy in vitro Với các giống ngày ngắn, quang chu kỳ 16h có tác dụng tăng sinh khối chung, nhưng không có tác dụng gia tăng chiều cao cây một cách có ý nghĩa
Tài liệu tham khảo
1 Hawkes, J.G., (1982), History of the potato In: The potato crop P.M Harris (ed.),
2 Chapman & Hall, John Willey & Sons, New York-London
3 Murashige, T and F Skoog (1962), A revised medium for rapid growth and bioassays with tobacco tissue cultures Physiologia
Plantarum 15, 473-497
4 Ross, H (1986), Potato breeding-problems and perspectives, Verlag Paul Parey
