Hoàn thiện hệ thống nhân giống vi thủy canh cây hoa cúc trắng (Chrysanthemum morifolium) (tt)

Hoàn thiện hệ thống nhân giống vi thủy canh cây hoa cúc trắng (Chrysanthemum morifolium) (LÀ tiến sĩ)Hoàn thiện hệ thống nhân giống vi thủy canh cây hoa cúc trắng (Chrysanthemum morifolium) (LÀ tiến sĩ)Hoàn thiện hệ thống nhân giống vi thủy canh cây hoa cúc trắng (Chrysanthemum morifolium) (LÀ tiến sĩ)Hoàn thiện hệ thống nhân giống vi thủy canh cây hoa cúc trắng (Chrysanthemum morifolium) (LÀ tiến sĩ)Hoàn thiện hệ thống nhân giống vi thủy canh cây hoa cúc trắng (Chrysanthemum morifolium) (LÀ tiến sĩ)Hoàn thiện hệ thống nhân giống vi thủy canh cây hoa cúc trắng (Chrysanthemum morifolium) (LÀ tiến sĩ)Hoàn thiện hệ thống nhân giống vi thủy canh cây hoa cúc trắng (Chrysanthemum morifolium) (LÀ tiến sĩ)Hoàn thiện hệ thống nhân giống vi thủy canh cây hoa cúc trắng (Chrysanthemum morifolium) (LÀ tiến sĩ)Hoàn thiện hệ thống nhân giống vi thủy canh cây hoa cúc trắng (Chrysanthemum morifolium) (LÀ tiến sĩ)Hoàn thiện hệ thống nhân giống vi thủy canh cây hoa cúc trắng (Chrysanthemum morifolium) (LÀ tiến sĩ)

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Hệ thống vi thủy canh (VTC) là hệ thống nhân giống kết hợp giữa

vi nhân giống (VNG) và thủy canh, đây là một phương pháp có tiềm năng trong sản xuất cây giống Phương pháp này kế thừa nhiều ưu điểm của kỹ thuật thủy canh và phương pháp VNG, có thể khắc phục một số hạn chế của phương pháp nhân giống truyền thống Hahn và

cs (1996, 1998, 2000) đã báo cáo rằng cây hoa cúc trong hệ thống

này tăng trưởng mạnh hơn so với hệ thống nuôi cấy in vitro Trong

nghiên cứu của Nhut và cs (2005b) đưa ra mô hình VTC với giá thể film nylon cho thấy cây cúc tăng trưởng tốt hơn so với hệ thống nhân

giống in vitro

Theo xu hướng hiện nay, hệ thống này được nghiên cứu cải tiến theo hai xu hướng: (1) hiện đại hóa các thiết bị nhằm tối ưu hóa điều kiện nuôi cấy; (2) đơn giản hóa với các thiết bị, vật liệu đơn giản, rẻ tiền nhưng vẫn đảm bảo được sự phát triển tốt của cây, nâng cao chất lượng cây giống, dễ dàng áp dụng trên quy mô lớn

Vì vậy, xu hướng thứ hai được chúng tôi lựa chọn nhằm đơn giản quy trình sản xuất cũng như dễ ứng dụng vào thực tiễn sản xuất Đề

tài “Hoàn thiện hệ thống nhân giống vi thủy canh cây hoa cúc

trắng (Chrysanthemum morifolium)” được thực hiện nhằm đánh

giá khả năng tăng trưởng của cây hoa cúc trong hệ thống VTC, đánh giá được hiệu quả nhân giống, đưa ra một mô hình sản xuất cây giống trong hệ thống VTC phù hợp và có thể nhân giống với số lượng lớn Bên cạnh đó, vai trò của ánh sáng đơn sắc cũng như nano bạc bổ sung vào môi trường nuôi cấy cũng được nghiên cứu

2 Mục tiêu và yêu cầu của đề tài

Đề tài này được thực hiện để đánh giá ảnh hưởng của một số yếu

tố (tiền xử lý auxin, thể tích, mật độ, điều kiện thoáng khí, nano bạc,

ánh sáng, ) lên sự tăng trưởng của cây cúc trắng (Chrysanthemum morifolium) trong hệ thống VTC và khả năng thích nghi, tăng trưởng

và ra hoa ở giai đoạn vườn ươm Từ những kết quả của nghiên cứu này, luận án sẽ đề xuất hệ thống nhân giống VTC cây hoa cúc

3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Ý nghĩa khoa học

Kết quả nghiên cứu của luận án sẽ cung cấp các dẫn liệu khoa học mới có giá trị về việc đưa ra hệ thống nhân giống VTC cây hoa cúc Đồng thời luận án cũng là tài liệu tham khảo hữu ích cho nghiên cứu

và giảng dạy về lĩnh vực nhân giống ở thực vật

Ý nghĩa thực tiễn

Đây là hướng nghiên cứu có tiềm năng ứng dụng trong lĩnh vực nhân giống thực vật Đề tài đã đưa ra mô hình VTC phù hợp, tạo được nguồn cây giống đồng nhất với số lượng lớn

4 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu của đề tài

Đối tượng nghiên cứu

Hệ thống VTC được sử dụng để nghiên cứu quá trình tăng trưởng

của cây hoa cúc trắng (Chrysanthemum morifolium)

Phạm vi nghiên cứu

Đề tài được thực hiện nhằm đánh giá khả tăng trưởng cây hoa cúc trắng trong hệ thống VTC dưới các điều kiện nuôi cấy khác nhau, vai trò của nano bạc trong vấn đề kháng khuẩn cũng như ánh sáng đơn sắc trong nâng cao chất lượng cây giống; qua đó, đưa ra hệ thống VTC lớn hơn, dễ dàng đóng gói, vận chuyển và thương mại Ngoài

ra, đề tài còn tiến hành trồng thử nghiệm trên điều kiện đồng ruộng

5 Những đóng góp mới của luận án

Nghiên cứu này đã đưa ra được hệ thống VTC và đánh giá khả năng tăng trưởng của cây hoa cúc Xây dựng quy trình nhân giống của cây cúc trắng từ giai đoạn cây giống trong hệ thống VTC đến giai đoạn cây thương phẩm Đánh giá được vai trò của nano bạc lên

sự gia tăng khả năng tăng trưởng cũng như kháng lại một số vi sinh vật trong môi trường nuôi cấy VTC cũng như vai trò của ánh sáng đơn sắc trong nâng cao chất lượng cây giống

6 Kết cấu của luận án

Luận án gồm 141 trang (kể cả tài liệu tham khảo) chia thành các phần: Phần mở đầu 4 trang; Chương 1: Tổng quan tài liệu 33 trang; Chương 2: Vật liệu, nội dung và phương pháp nghiên cứu 14 trang; Chương 3: Kết quả nghiên cứu 47 trang; Chương 4: Bàn luận 23 trang; Phần kết luận và đề nghị 2 trang; Các công trình đã công bố liên quan đến luận án 2 trang; Phần tài liệu tham khảo 16 trang với

140 tài liệu tham khảo bằng tiếng Việt, tiếng Anh và Internet Luận

án có 14 bảng, 31 hình và 12 biểu đồ

Chương I: TỔNG QUAN TÀI LIỆU

Luận án đã tham khảo và tổng kết về 7 vấn đề chính với các nội dung liên quan đến: (1) Thủy canh; (2) VTC; (3) Sơ lược về cây hoa cúc; (4) Các phương pháp nhân giống cây hoa cúc; (5) Ảnh hưởng của điều kiện môi trường lên sự tăng trưởng của cây; (6) Nano bạc; (7) Hệ thống chiếu sáng đơn sắc

Chương II: VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP

NGHIÊN CỨU 2.1 Vật liệu

2.1.1 Vật liệu thực vật

Nguồn mẫu là các cây cúc trắng (Chrysanthemum morifolium)

nguồn gốc từ Nhật Bản được cấy chuyền nhiều lần, có chiều cao từ

10 – 12 cm

2.1.2 Thiết bị, dụng cụ và hóa chất

Thiết bị và dụng cụ: Cân điện tử, máy cất nước, máy đo pH, nồi

hấp vô trùng, tủ cấy vô trùng, dao cấy, đĩa cấy, panh cấy, kéo, bình nuôi cấy 100 ml và 250 ml, Dụng cụ được khử trùng bằng autoclave ở 121C, 1 atm trong 30 phút Máy đo SPAD-502, tủ sấy Sanyo MOV-112, cân kỹ thuật Prescisa (Nhật Bản)

Hóa chất: Dung dịch nano bạc do Viện Công nghệ Môi trường

cung cấp với các hạt nano bạc có kích thước trung bình ≤ 20 nm

Nồng độ của dung dịch nano bạc là 500 ppm (Chau et al., 2008)

Agar, sucrose, IBA, acetone ≥ 99,5%

2.1.3 Thiết bị chiếu sáng

Ánh sáng đèn huỳnh quang (FL), 100% LED đỏ (R), 10% LED xanh + 90% LED đỏ (10B:90R), 20% LED xanh + 80% LED đỏ (20B:80R), 30% LED xanh + 70% LED đỏ (30B:70R), 40% LED xanh + 60% LED đỏ (40B:60R), 50% LED xanh + 50% LED đỏ (50B:50R), 60% LED xanh + 40% LED đỏ (60B:40R), 100% LED xanh (B), 100% LED vàng (Y) và 100% LED xanh lá cây (G) Tỷ lệ kết hợp của LED xanh và LED đỏ phụ thuộc vào số bóng kết hợp giữa chúng theo phương pháp của Nhut (2002) Cường độ chiếu sáng của đèn LED và huỳnh quang (45 µmol.m-2.s-1) được điều chỉnh sao cho cường độ giữa các điều kiện khác nhau là tương đương nhau

2.1.4 Giá thể film nylon

Bìa kiếng A4 (kích thước khoảng 20 × 30 cm), sản xuất tại Việt Nam (Flexoffice, Tập đoàn Văn phòng phẩm Thiên Long, Việt Nam) Sử dụng cho văn phòng, đóng bìa sách, tài liệu, hồ sơ, Bìa sáng bóng đạt tiêu chuẩn về chất lượng, quy cách khổ A4, độ dày 1,5

mm, đóng gói 100 tờ/xấp, trong suốt và không thấm nước Bảo quản

ở nhiệt độ: 10 – 55ºC, độ ẩm: 55 – 95% và tránh xa nguồn nhiệt

2.1.5 Hệ thống nuôi cấy

Hộp nhựa tròn Đại Đồng Tiến (HT) có chiều cao 8,5 cm, đường kính miệng 12 cm và đường kính đáy 9 cm Mỗi HT chứa 15 ống film nylon

Hộp nhựa hình chữ nhật nhỏ (HCN1) có kích thước đáy 20 cm ×

28 cm, kích thước miệng 25 cm × 32 cm và có chiều cao 7,5 cm Mỗi hộp nhựa HCN1 chứa 300 film nylon

Hộp nhựa hình chữ nhật Duy Tân (HCN2) có chiều cao 16,1 cm, rộng 31,8 cm và dài 45,7 cm Mỗi hộp nhựa HCN2 chứa 600 film nylon

2.1.6 Môi trường nuôi cấy

Môi trường in vitro: môi trường ½MS, không bổ sung chất điều

hòa sinh trưởng pH 5,8

Môi trường VTC: môi trường ½MS, không bổ sung chất điều hòa sinh trưởng, pH = 5,8, không hấp khử trùng

2.2 Nội dung nghiên cứu

2.2.4 Nghiên cứu ảnh hưởng của hệ thống chiếu sáng LED lên sự gia tăng sinh trưởng cây cúc trong hệ thống VTC HT

2.2.5 Đánh giá hiệu quả nhân giống của phương pháp VTC so với phương pháp nhân giống in vitro

2.2.6 Trồng thử nghiệm cây cúc trong hệ thống VTC ra vườn ươm đến giai đoạn ra hoa

2.3 Phương pháp nghiên cứu

2.3.1 Phương pháp bố trí thí nghiệm

2.3.1.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của tiền xử lý IBA lên khả năng ra rễ của cây cúc trong hệ thống VTC HT

2.3.1.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của thể tích môi trường nuôi cấy lên

sự tăng trưởng của cây cúc trong hệ thống VTC HT

2.3.1.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của mật độ mẫu cấy lên sự tăng trưởng của cây cúc trong hệ thống VTC HT

2.3.1.4 Nghiên cứu ảnh hưởng của điều kiện thoáng khí lên sự tăng trưởng của cây cúc trong hệ thống VTC HT

2.3.1.5 Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ nano bạc trong môi trường nuôi cấy VTC HT đến khả năng tăng trưởng của cây cúc 2.3.1.6 Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ nano bạc trong môi trường nuôi cấy VTC HT đến khả năng kháng vi sinh vật

2.3.1.7 Nghiên cứu ảnh hưởng của nano bạc trong môi trường nuôi cấy VTC HT đến khả năng tăng trưởng của cây cúc ở giai đoạn vườn ươm

2.2.1.8 Nghiên cứu ảnh hưởng của các loại ánh sáng khác nhau lên

sự tăng trưởng của cây cúc trong hệ thống VTC HT

2.2.1.9 Nghiên cứu ảnh hưởng của các loại ánh sáng khác nhau lên khả năng tích lũy chlorophyll trong lá của cây cúc trong hệ thống VTC HT

2.2.1.10 Đánh giá hiệu quả của phương pháp VTC và VNG cây cúc 2.2.1.11 Nghiên cứu ảnh hưởng của hệ thống VTC HT và HCN lên

sự tăng trưởng của cây cúc

2.2.1.12 Trồng thử nghiệm cây cúc trong hệ thống VTC ra vườn ươm đến giai đoạn ra hoa

2.3.2 Phương pháp theo dõi các chỉ tiêu

2.3.3 Phương pháp xử lý thống kê

2.4 Điều kiện nuôi cấy

2.5 Địa điểm và thời gian tiến hành thí nghiệm

Chương III: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

3.1 Thiết lập hệ thống VTC

Hệ thống VTC với giá thể film nylon được thiết lập như Hình 3.1

Hình 3.1 Sơ đồ thiết lập giá thể film nylon dùng trong hệ thống VTC (1): Film nylon; (2): Quấn quanh ống nghiệm thủy tinh đường kính 1,5 cm; (3): Hàn dính bằng que kim loại; (4): Cắt bỏ phần thừa; (5): Cắt thành

Quy trình tiến hành thí nghiệm được thực hiện như Hình 3.2.

Hình 3.2 Các bước tiến hành thí nghiệm (1): Thu nhận chồi in vitro; (2): Tiền xử lý với IBA; (3): Rửa lại bằng nước cất; (4): Thu nhận chồi in vitro sau tiền xử lý; (5, 6): Cho giá thể vào hộp nhựa; (5’, 6’): Cho chồi cúc

vào hệ thống VTC; HT: Hộp nhựa tròn; HCN: Hộp nhựa hình chữ nhật 3.2 Ảnh hưởng của một số yếu tố tác động lên khả năng tăng trưởng của chồi cúc trong hệ thống VTC HT

3.2.1 Ảnh hưởng của tiền xử lý IBA lên khả năng ra rễ của cây cúc trong hệ thống VTC HT

Sau 2 tuần nuôi cấy và 4 tuần theo dõi tại vườn ươm, kết quả ghi nhận được cho thấy rằng các cây cúc được tiền xử lý với IBA (500 ppm) cho hiệu quả ra rễ tốt, khả năng thích nghi và tăng trưởng tốt hơn so với các cây cúc xử lý với nước cất hoặc bổ sung IBA (500 ppm) trực tiếp vào môi trường nuôi cấy (Bảng 3.1 và 3.2)

Bảng 3.1 Cây cúc trong hệ thống VTC HT sau 2 tuần nuôi cấy

Ghi chú: *Các chữ cái a, b,… trong cùng một hàng thể hiện sự khác biệt có ý nghĩa

với P < 0,05 trong phép thử Duncan

Bảng 3.2 Cây cúc trong HTVTC HT sau 4 tuần ở vườn ươm

Ghi chú: *Các chữ cái a, b,… trong cùng một hàng thể hiện sự khác biệt có ý nghĩa

với P < 0,05 trong phép thử Duncan

3.2.2 Ảnh hưởng thể tích môi trường nuôi cấy lên sự tăng trưởng của cây cúc trong hệ thống VTC HT

Sự tăng trưởng của cây cúc trong hệ thống VTC đạt cao nhất ở môi trường nuôi cấy có thể tích 40 ml Ở nghiệm thức này cho thấy sự vượt

trội so với các nghiệm thức còn lại ở các chỉ tiêu về chiều cao cây (6,61 cm), số rễ/cây (14,00 rễ), chiều dài rễ (1,40 cm), khối lượng tươi (475 mg) và khối lượng khô (32,50 mg) (Bảng 3.3)

Bảng 3.3 Ảnh hưởng của thể tích môi trường lên sự tăng trưởng của cây

cúc trong hệ thống VTC HT sau 2 tuần nuôi cấy

Ghi chú: *Các chữ cái a, b… trong cùng một hàng thể hiện sự khác biệt có ý nghĩa

với P < 0,05 trong phép thử Duncan

Sự thay đổi thể tích môi trường nuôi cấy trong hệ thống VTC cũng được chúng tôi ghi nhận sau 1 và 2 tuần nuôi cấy (Biểu đồ 3.1) Chiều cao cây cúc nuôi cấy trong hệ thống VTC với thể tích môi trường là 40 ml/hộp cao hơn các nghiệm thức còn lại về (25,90 cm)

sau 8 tuần tại vườn ươm (Biểu đồ 3.2)

Biểu đồ 3.1 Sự thay đổi thể tích môi trường nuôi cấy trong hệ thống VTC

HT sau 2 tuần nuôi cấy

Biểu đồ 3.2 Chiều cao cây của cây cúc trong hệ thống VTC HT với thể tích

môi trường khác nhau sau 8 tuần tại vườn ươm

3.2.3 Ảnh hưởng của mật độ mẫu cấy lên sự tăng trưởng của cây cúc trong hệ thống VTC HT

Mật độ 15 chồi/hộp cho kết quả tốt nhất về chiều cao cây (5,18 cm), chiều dài rễ (2,33 cm), khối lượng tươi (326,00 mg) và khối lượng khô (28,33 mg) của cây sau 2 tuần nuôi cấy (Bảng 3.4) Khi chuyển ra vườn ươm sau 8 tuần, cây cúc nuôi cấy trong hệ thống

VTC với mật độ 15 chồi/hộp cho sự tăng trưởng tối ưu hơn các cây

cúc ở mật độ khác (Biểu đồ 3.3)

Bảng 3.4 Ảnh hưởng của mật độ mẫu cấy của cây lên sự tăng trưởng của

cây cúc trong hệ thống VTC HT sau 2 tuần nuôi cấy

Biểu đồ 3.3 Chiều cao cây cúc trong hệ thống VTC HT với mật độ khác

nhau sau 8 tuần ở vườn ươm

3.2.4 Ảnh hưởng của điều kiện thoáng khí lên sự tăng trưởng của cây cúc trong hệ thống VTC HT

Sau 2 tuần nuôi cấy, sự tăng trưởng của cây cúc trong hệ thống nuôi cấy VTC có điều kiện thoáng khí có sự khác biệt so với hộp nhựa thông thường (Bảng 3.5) Sự thay đổi độ ẩm tương đối trong hệ thống VTC với điều kiện thoáng khí khác nhau sau 2 tuần nuôi cấy cũng được ghi nhận (Biểu đồ 3.4)

Bảng 3.5 Ảnh hưởng của điều kiện thoáng khí lên sự tăng trưởng của cây

cúc trong hệ thống VTC HT sau 2 tuần nuôi cấy

Điều kiện thoáng khí Không TK Màng Millipore 3 lỗ TK

Ghi chú: * Các chữ cái a, b… trong cùng một cột thể hiện sự khác biệt có ý nghĩa với

P < 0,05 trong phép thử Duncan; TK: Thoáng khí

Biểu đồ 3.4 Sự thay đổi độ ẩm tương đối trong hệ thống VTC với điều kiện

thoáng khí khác nhau sau 2 tuần nuôi cấy

Sự tăng trưởng của cây cúc sau 8 tuần ở giai đoạn vườn ươm cũng cho thấy cây cúc khi nuôi cấy trong điều kiện thoáng khí là màng Millipore tốt hơn so với cây cúc nuôi cấy không thoáng khí (Biểu đồ 3.5)

Biểu đồ 3.5 Chiều cao cây cúc trong hệ thống VTC HT với điều kiện

thoáng khí khác nhau sau 8 tuần ở vườn ươm

3.3 Ảnh hưởng của nồng độ nano bạc lên khả năng tăng trưởng

và kháng khuẩn trong môi trường VTC HT

3.3.1 Ảnh hưởng của nồng độ nano bạc lên khả năng tăng trưởng của cây cúc trong hệ thống VTC HT

Sau 2 tuần nuôi cấy trong hệ thống VTC HT bổ sung các nồng độ khác nhau của nano bạc, kết quả được ghi nhận ở Bảng 3.6

Bảng 3.6 Ảnh hưởng của nồng độ nano bạc lên khả năng tăng trưởng của

cây cúc trong hệ thống VTC HT sau 2 tuần nuôi cấy

Chiều rộng lá (cm) 1,10 1,13 1,20 1,57 0,83

Khối lượng tươi (mg) 289,67d 320,67c 405,33b 516,00a 270,00d

Khối lượng khô (mg) 26,00e 31,67c 39,67b 48,67a 28,00d

Ghi chú: *Các chữ cái a, b,… trong cùng một hàng thể hiện sự khác biệt có ý nghĩa

với P < 0,05 trong phép thử Duncan; NĐ: Nồng độ

Trong thí nghiệm này, chỉ tiêu hàm lượng chlorophyll của lá cũng được chúng tôi ghi nhận (Biểu đồ 3.6)

Biểu đồ 3.6 Tích lũy chlorophyll của lá cây cúc trong HTVTC HT bổ sung

nồng độ nano bạc khác nhau sau 2 tuần nuôi cấy

3.3.2 Ảnh hưởng của nồng độ nano bạc đến khả năng kháng vi sinh vật trong môi trường nuôi cấy VTC HT

Kết quả đã định danh được 8 loài vi khuẩn và 3 loài nấm mốc cũng như định lượng được hàm lượng của chúng trong môi trường dinh dưỡng còn lại của hệ thống VTC dựa trên 4 phương pháp thử BMDB, ISO 16266, NHS-F15 và ISO 21527-1 (Bảng 3.7)