Công nghệ sinh học trong nông nghiệp part 3

Công nghệ sinh học là một trong số những công nghệ mũi nhọn đang được toàn thế giới quan tâm nghiên cứu và ứng dụng. Chính phủ nước Cộng hoà xã hội chủ nghĩa Việt Nam đã có Nghị quyết (số 18/CP ngày 11 tháng 3 năm 1994) để chỉ đạo sự phát triển Công nghệ sinh học ở nước ta đến năm 2010. Để đáp ứng một số nhu cầu của bạn đọc là cán bộ quản lý khoa học và công nghệ, cán bộ hoạch định chính sách, cán bộ nghiên cứu- ứng dụng công nghệ sinh học và sinh viên các trường đại học có liên quan, tập sách nhỏ này cố gắng hệ thống hoá các khái niệm, phương pháp và kỹ thuật của công nghệ sinh học trong nông nghiệp đang phổ biến trên thế giới và ở nước ta.

vài tế bào nuôi cấy Như chúng ta đã thấy, các mô phân sinh là ngưốn gốc của tất cả các cớ „quan của thực vật, vậy thì phải chứng mỉnh khả nang phat sinh co quan

trong một môi trường nuôi cấy, Người đầu tiên làm tái

sinh ,được một số cây đậu lupin và cây sen cạn từ các

mô phân sinh hgon kém theo một SỐ mầm lá vào nam

1946 là E.Ball (Mỹ), Phần ngọn này có kích thước khá lớn Sau đơ đến lượt R.Wetmore và G.Morel làm tái sinh cây từ các đỉnh sinh trưởng ở dương sỈ năm 1949 Kỹ thuật này được hoàn chỉnh khi G.Morel va C.Martin (Pháp? muốn kiểm tra gid thuyết cho rằng các mô phân

sinh ở ngọn than khéng bi nhiễm virut Thực ra, từ năm

1934, J.P.White đã lưu ý rằng các đầu rễ cây cà chua : được nuôi cấy, lại đều dan trén một môi trường nuôi cấy tới thường không bị nhiễm virut Nhưng chính các nghiên cứu chính xác của Limasset va ,Cornuet ở Pháp

yề sự phan bố virut ở những cây mẫn cậm đã mở ra con đường cho các nghiên cứu và ứng dụng sau đơ Hai tác giả này đã chứng minh rằng có một gradien (biến thiên giảm dần) về nồng độ virut từ các phần cây non nhất đến già nhất Nồng độ virut của những lá rất non nằm ở bên trong chổi thấp hơn 150 lần so với những lá già đã kết thúc sinh trưởng Ở các đỉnh mô phân sinh thường không phát hiện được virut Các kết quả này

¿khiến Limasset và Cornuet đựa ta giả thuyết về tính miễn dịch của các mô phân sinh ở thân đối với virut

- Sau ba nam cố gắng, năm 1952 G.Morel va C.Martin :- Rhẳng định kính đúng đắn của giả thuyết này khi thu

cây thược, được đầu tiên (thuộc giống "Giác mo") từ Phật fen ,của một, mo phân, sink in vitro M6 phan

sinh này được lấy ra: từ một cây bị nhiễm ba loại virut khác nhau Cây mới nhận được sau khi nuôi cấy in uiro hoàn toàn sạch bệnh với tất cả các tính trạng về sức sống, năng suất và phẩm chất trang trí của tổ tiên xa xưa Bản thân kết quả này cũng đã hấp dẫn rồi Vì các bệnh do virut gây nên làm thiệt hại đáng kể một số kết

quả trồng cấy, từ 10 đến 70% thu hoạch bình thường,

nếu cây không chết

Ngày nay, mặc dầu những kiến thức của chúng ta

:về sinh học :và đặc biệt về virut học đã' có một bước

nhảy' vọt, nhựng chúng'ta vẫn chưa cớ: những phương pháp chống lại: có hiệu quả cát vật ký sinh này Do là

-đo thực vật, không có thông tin dĩ truyền: để ngăn chặn {rong một số trường hợp) sự lan rộng của virut trong tðần' bộ cơ thể bị nhiễm, trong khi động vật bậc cao có thể sân xuất các kháng thể Cho nên cũng không thể

"tiêm -vacxin" cho cây nhằm bảo vệ chúng khỏi nhiễm bệnh ngẫu nhiên

Di nhiên,' người ta cơ một số biện pháp hạn chế sự Mất mát do cây trồng bị nhiễm virut, Chẳng hạn, các thuốc trừ sâu cho phép chống lại các côn trùng là vật

truyền virut, nhưng cũng không thể tiêu diệt hết các

quần thể Tuy vậy, nếu như không thể "tiêm vaCxin" cho cây thÌ người ta có thể phòng bệnh cho chứng bằng cách

` truyền Vào 'một chủng vật ký sinh không độc để ngàn chặn sự sinh sôi nảy nở của chủng độc Nhưng hiện nay

kỹ thuật này mới áp dụng được cho một số loại cây rất Hạn chế (như cà chua chẳng hạn) trong những điều kiện tất: xác định Người ta cũng 'có thể áp dụng kỹ thuật nhiệt #rị liệu cho một số phức hợp vật chủ ~ virut để

29

ngăn chặn virut sinh sản và giết chết cấu tử virut {virion) còn tồn tại Cây cũng khỏi bệnh, nhưng kỹ thuật mày ở đậy chỉ: áp dụng được cho một số, loài hạn chế có

' Phần đớn các virut không truyền qua hạt, do đó

“tượng đối đế giữ gìn một tỉnh trạng vệ sinh thích hợp

ở những cây sinh sản hữu tính, mặc đầu những trường hợp nhiễm bệnh sớm trên các cây non cũng khớ tránh

„và gây thiệt hại, như đối với củ cải, lúa mạch, cà chua

“wv, Ngược lại ở thực vật sinh sản sinh dưỡng (khoai

ˆ #ây; củ mỡ — Dioscorez alafa, sắn, mía, chuối, cây ăn quả,

nhiêu loại cây hoa ), chỉ cẩn sơ suất chọn một cây mẹ

- bị: bệnh là đủ;để cho toàn bộ con cháu cũng bị bệnh

„Chính :vì vậy mà vào năm 1950, nhiêu loại cây trồng có giá trị nông nghiệp hay công nghiệp nhưng không sinh sản được bằng con đường hữu tính, đã bị một hay nhiều loại virut tấn công Việc sản xuất những cây này không ' những không kinh tế theo ý nghĩa nông học, mà còn là những nguồn lây nhiễm cho những giống hoặc những loài

.d Từ chữu bệnh đến nhân giống trong ống nghiệm

Sau khi.chữa khỏi bệnh cho cây thược dược, việc thanh toán virut ở những dong cây cd giá trị nông nghiệp

đã được áp dụng cho rất nhiều loài trên thế giới, kể từ

-nam 1955, dién hình là khoai tây Năm 1954, phẩm chất

vệ sinh của nó tổi tệ đến mức tưởng như phải bỏ Tất :eả những củ khoai tây tiêu thụ hiện nay ở Pháp đều bắt

;nguồn từ những cây sạch bệnh được nuôi: cấy từ mô phân .„ sinh trong 6ng nghiệm thời đơ O Viet Nam, kỹ thuật

nuôi cấy in vitro cing duoc ứng dụng vào việc nhân

giống khoai tây sạch bệnh Nhiều loại cây khác cũng được

*hữa khỏi bệnh" nhờ kỹ thuật này như dâu tây, ngấy dâu, cẩm chướng, đuôi điều, cúc, nhiều loại lan, nho, mía,

chuối, củ mỡ, khoai sọ, táo tây v.v

Ngày nay người ta có thể cho rằng việc nuôi cấy

mô phân sinh có thể áp dụng cho mọi loại cây với điều

- kiện đã xác định được thời điểm tốt nhất để lấy các mô phân sinh ngọn và môi trường nưôi cấy phù hợp Nhưng việc nuôi cấy mô phân sinh cũng không đừng ở đây mà đang làm đảo lộn việc sản 'xưất một số loại cây

Vào năm 1960, người ta nhận thấy rằng có thể cất đoạn những cây con nhận được tử các mồ phân sinh thành những cành giâm nhỏ và cấy lại trên một môi trường mới Sau từ 3 đến 6 tuần, những đoạn giảm này tạo ra những cây con mới có thể cát đoạn lần nữa Khả

năng này cố ưu điểm là giữ được trong ống nghiệm "các

' đồng sạch bệnh, nghia là tạo ra một "ngân hàng" giống hoàn toàn có chất lượng trong một không gian rất hẹp

6 ống nghiệm chiếm chừng 24 em”) Cũng cẩn nhớ lại Tang rhột cây khỏi bệnh nhờ nuôi cấy mô phân sinh không phải đã được miễn dịch chống lại vật ký sinh mà mỡ: vừa thơát khỏi, vì cây không sân xuất ra kháng thể :

nếu đặt lại vào tự nhiên, trong một môi trường lây

nhiễm, cây lại tiếp xúc với bệnh Do đó, điều quan trọng

là làm thế nào giữ nguyên liệu quý thoát khỏi sự lây nhiễm và ít tốn kém để bù lại những thiệt bại nghiêm

“trong của một bệnh dịch có thể nhiềm lại cho toàn bộ báo cá thể `

31

Nhưng người ta không nhận thấy ngay lợi ích của

sự giâm đoạn nhỏ này Trong khi định 'chữa bệnh" cho các cây lan bằng kỹ thuật: nuôi cấy mô phân sinh, .'Q:Morel nhận thấy khả năng sinh sản, đâm chổi một cách

tự nhiên của các mô phân sinh ngọn ‹của một số loại lan Vi lan là những cây sinh sản chậm (sự phân chia

ac cum ch6i chi cho ra 3 hoặc 4 cậy con) nên giá hoa lan cớ phần cao Thế là người ta cố áp dụng kỹ thuật nuôi cấy uí uiro để: nhân chúng lên Điều này đã đạt được và giảiphích tại sao giá lam, trên thị trường tương đối vừa phải.,Mỗi chổi tách #a và cấy, lại trên một môi trường mới lại sinh sản, giống như các cành giảm nhỏ

nơi trên lo đơ, người ta thu được một cấp số nhân làm

„cho những người quen nhân giống bàng các phương pháp truyền, thống phải "thèm muốn": Với hột hệ số nhân phổ

» “biến là 4 “mỗi, thắng, tính theo lý thuyết người ta sản

` xuất được gio" trong 10 tháng, nghĩa là 1048576 “cây tí hon" tiỡfg ›ống nghiệm Những tiến bộ quan trọng đạt được trong nội tiết học (khỏa học nghiên cứu các hocmon) xong những tam 1960 đã gớp phần lớn vào sự phát

''triển sự sinh sản sinh duéng in vitro cia thue vat Cac

“ehiat: 'giberenlin và xitokinin cùng với các auxin là những đông cụ mạnh mẽ ; tùy theo hàm lượng tương ứng của ĩững hoemon đố trong các môi trường nuôi cấy, chúng

cổ thể phát động hoặc là nhiều loại chổi, hoặc rễ, thậm chí cả những nụ hoa phát triển in vitro

_b Giá trị của kỹ thuật

Lợi ích đầu tiên của nhân vô tính in vitro la 6 hiệu suất của công cụ Một số ví dụ : với các kỹ thuật truyền 32

thống, một cây ngấy đâu mẹ cung cấp õ0 cây con mỗi năm, nhưng nếu nuôi cấy in vitro, ngudi ta sé thu dugc

từ đó, ð0.000 cây hoàn toàn sạch bệnh Việc nhân một

giống cây hoa hồng mới hoàn toàn phụ thuộc vào số -jkhiên" (những mát ghép chỉ mang một chổi mà người

ta có thé lấy ra trên mỗi cây mẹ, nghĩa là khoảng 2Ò ~

50 tối đa mỗi năm, nhưng với một "cây ti hon" trong

ống nghiệm, người ta sản xuất được từ 200.000 đến

400000 cây không những có thể cung cấp các "khiên", mà

còn có thể trồng trực tiếp nhờ chính rễ của chúng Sản xuất ứw uửro cây hoa hồng được chuyển sang giai đoạn công nghiệp năm 1982, sau đó đến lượt các cây an qua được "thăm do" ‘trong phòng thí nghiệm như dao, tdo tay, nho vv : ; -

- Những người làm nghề rừng cũng sử dụng kỹ thuật nuôi cấy trong ống nghiệm để nhân các dòng cây anh

đào dại, hổ đào, một số loại sổi tốt, nhất, vì đây là kỹ

thuật độc nhất để gây rừng nhanh Tuy nhiên, nếu sự

chuyển đổi các kết quả nghiên cứu là nhanh đối với các

tây thân cỏ như các cây có hoa trang trí và một số loại .€ây.rau, thÌ sự kiến triển của các công trỉnh ở các cây

'khân: gỗ có thể.,còn kéo dài vì hai lý-do Trước hết, về

mặt sinh học, một cây thân gỗ phức tạp hơn một cây than icd nhiều Người ta đã từng gặp và sẽ còn gặp rất nhiều khó khản để đạt được một sự phát triển hài hòa của những cây thân gỗ trong ống nghiệm do thiếu những kiến thức cơ bản về sinh lý học và hơa sinh học của sự phát triển ở những cây này Đồng thời, cũng đừng quên rằng để trồng và có một-vườn cây ăn quả phải mất từ

10 năm (đào) đến 20 - 2ö năm (táo tây) Trồng một khu

3¬€NSH ¬ _ 88

rừng còn lâu hơn nhiều: Do đơ người ta sẽ chỉ có thể đưa những người sản xưết vào con đường mới-để nhân giống thực vật như:thế này khi đã hoàn toàn hiểu được

whững ưu điểm nông học hoặc lâm học của nguyên liệu

mới so với những cây nhận được bằng các phương pháp truyền thống Những nghiên cứu này mới được tích cực tiến hành từ hơn 10 năm nay trên thế giới, nhưng người

ta cho rằng sẽ cần đến ít nhất 5 nám khảo sát, đo đạc,

phân tích để xác định các thuộc tính chính xác của những cây thân gỗ được nhân ¿: uio

Nhưng lợi ích của kỹ thuật không chỉ giới hạn ở hệ

số nhân, ít nhất cao hơn 1000 lần so với các kỹ thuật

cổ điển như chúng ta đã thay Nhan vd tinh in vitro đảm bảo một tính đồng nhất Đớ là phẩm chất đầu tiên của nguyên liệu thu được nhờ kỹ thuật này khi nó được

áp dụng một cách nghiêm ngặt Có hai yếu tố chịu trách

nhiệm về tính'đồng nhất: Một là, do nhiều trường hợp

cấy lại và lựa chọn nguyên liệu mà việc nhân vô tính ¿n

uiro đòi hỏi khi người ta "làm việc nhằm một mục đích

ứng dụng thực tiến nghiêm túc, tức là có hiệu quả, dẫn

đến nhận được những dòng, xết về: mặt sinh lý, đồng nhất hơn nhiều 'soơ với những cá thể nhận được do sự

phát triển trực tiếp của các chổi tách ra ở những chỗ

khác nhaw của: một nhánh Hai là, khi người ta để

Nguyên liệu rất đồng nhất này trong những điều kiện phat ‘sith ré hai hoa in vitro, ngudi ta sé tao méi cdc

ré ma không tạo thành mô sẹo ; do đó, sẽ cố một mối liên hệ hoàn hảo giữa hệ mạch của rễ và hệ mạch của

thân : những cây nhận được rất giống với những cá thể

bất nguồn từ kỹ thuật gieo các hạt đồng "nhất về mặt

di truyền, nơi theo nghĩa nông học

‘ Dac diém nay phân biệt cành giâm thu được in vitro với cảnh giâm truyền thống : ở trường hợp sau, mô sẹo được tạo nên từ những tế bào không phân hea, nơi tạo mới các rể, tạo ra một cái lọc để cho nước và các chất dinh dưỡng từ rế đi qua, và cái lọc này, theo khảo sát thường xuyên, rất khác nhau theo từng cành giâm, do đớ

có một tính không đồng nhất về biểu hiện của cây

Cuối cùng là lợi ích kinh tế Phần lớn các cây ăn

quả và nhiều loại: cây hoa: vẫn phải ghép, vì: người ta không thể giâm chứng được, cây.con cũng không sao bảo toàn được các tính-trạng do tính khéng déng nhất của chúng Công việc này kéo đài và tốn kém vì trước :hết phải nhân gốc ghép, sau đó tiến hành ghép và cuối cùng

là chờ sự phát triển của mắt ghép hay chổi ghép trước khi đưa sản phẩm ra thị trường Tất cả những công việc này phải mat, it nhất ,hai : năm lao động, giữ gìn đất, Chăm sóc wa bao vệ cây sử

,Pòn với nuôi cấy ¡in uiiro, người ta thu được một

cay hoa _h6éng;-.tY nhiing ré duge tao nén in vitro, ,cung cấp, sản lượng hoa đẩu tiên cổ thể, kinh doanh sau khi rời khỏi ống nghiệm 6 tháng Theo cong bố của một phông thí nghiệm ở Pháp, các cây đào lấy ra khỏi ống nghiệm ngày 10 thang 10 năm 1980, sau khi trồng thành vườn cây, đã: cung cấp lã kg quả mối cây năm 1982, 30

kg năm 1983 và 40 kg nam 1984

Ngoài ra, ` người ta cũng biết rằng trong nhiều lĩnh vực của nghề trồng hoa, việc duy trì và bảo quản các cấy mẹ cẩn rất nhiều điện “tích nhà kính phải sưởi ấm

vào mùừa đông và làm ' mát vào niùa hè, như đối với- hoa

35

_ cẩm chướng, ráy bò, vả, các loại lan Nhung trong nam

1982 người ta đã chứng minh rằng một phòng có điều

hòa nhiệt độ dành cho việc nuôi cấy in vitro ching 9

m, céng sudt 5 kW thay thế được ít nhất 2500 mˆ nhà kính phải sưởi ấm xã làm mát tùy theo mùa Có người còn cho biết 100 m° các giá để trong các phòng có điều

hòa, thay thể được 100 hecta_ trồng ở vườn, ruộng Về

mat tiết kiệm tiến bạc và thời gian, một nhà sản xuất hoa cẩm chướng ở nước ngoài sau khi bất tay vào nuôi

cấy ir uifro, đã so sánh : nếu như từ một trữ lượng các

cây mẹ cần hạn chế, tính đến năm 1976, ông ta phải mất 4 năm để thu được vài chục triệu cây bán ra mối năm, thì hiện nay chỉ cần hai năm Ngoài ra còn đỡ mất hai năm phải sưởi ấm rất nhiều hecta nhà kính với số tiến đáng kể

Cũng cần phải nới thêm rằng, người sản xuất, khi

đã thay bộ quần áo lao động "ngoài đồng" bằng "chiếc áo choàng trắng", không còn phải lo thời tiết xấu dù là thời

kỳ nào trong năm, vì đối vời mỗi ống nghiệm nuôi cấy

người ta có thể có những điều kiện bảo quản trong phòng lạnh, rất ít tốn kém, cho phép đưa cây:ra môi trường

tự nhiên vào lúc thuận lợi nhất ky thuat vi nhân giống

đã trở nên quen thuộc ở Việt Nam Các sẵn phẩm nuôi cấy tô và vi nhân giống như chuối, mía, cây hoa, cây

cảnh, cây thuốc, cây lâm nghiệp (bạch đàn) đã được thị

trường trong nước chấp nhận với giá cả hợp lý

c Lời khuyên, những hạn chế và những ứng dụng mới

Một số chuyên gia cho rằng sức mạnh hay hiệu suất của công cụ nơi trên cũng có những nguy cơ thật sự nếu

ta không đặt một số "hàng rào chẻ chấn" vào đúng chỗ 36

Đặc biệt, phải biết lựa chọn tốt những cây muốn nhân

trong ống nghiệm, vì chất lượng sản phẩm sau đó tùy thuộc vào sự lựa chọn này Cũng phải nuôi cấy đủ số dòng cần thiết, nhất là đối với quy mô rừng Cẩn tiến

hành một sự chợn lọc đa dòng nhằm tránh để loài bị

tiêu điệt trước sự tấn công của một vật ký sinh ưa một

hay một số dòng, Cũng không nên chỉ nhằm “vào những dòng đế nhân, hoặc cho năng suất cao : nguồn gen nghèo nàn- có thể là một tai hoạ vì một nguyên liệu: quá đồng

nhất dễ bị mất đi trước sự tấn công của một vật ký sinh mới khả di Thật vậy, tính không đồng nhất của các

cá thể làm thành một quần thể là cơ sở để loài tồn tại „

Chẳng hạn, ‹khi cố một bệnh địch hoặc một sự thay đổi”

lớn vê các điều kiện môi trường, chính những cá thể chống chịu, vì hơi khác các cá thể khác về mặt di truyền, đâm bảo để loài sống sốt Cũng cẩn giám sát hàng ngày việc nuôi cấy và loại bỏ "không thương tiếc” những cá thể phát triển không bình thường và không mong muốn,

vì những cá thể này cũng có thể nhân nhanh như các cá thể mong muốn Cuối cùng, cẩn tránh "giải trí" với các hoemon dùng trong các môi trường nuôi cấy Những người sản xuất dé thém vào đó hocmon này hay hocmon kia để: tăng “nhanh quá trình Điều này đã từng dẫn tới

va dễ dẫn tới những trường hợp bất ngờ không hay (cây trở về trạng thái non không cho quả, những lệch lạc nghiêm trọng trong việc phát sinh rễ v.v.) ,

Một số người có thể nghỉ rằng tính chất đơn điệu

cũng dễ làm: cho người ta chán, nếu đến một lúc nào đó người ta muốn thay đổi "mốt" Phải chăng kỹ thuật nuôi cấy những dòng cây đồng nhất là như vậy? Nhưng các

87