Lịch sử phát triển Khí canh từ lâu đã được sử dụng như một công cụ nghiên cứu hình thái và sinh lý rễ.. Carter 1942 là người đầu tiên nghiên cứu trồng cây trong không khí và ông đã mô tả
Trang 1PHẦN 1. TỔNG QUAN1.1 Khí canh
1.1.1 Lịch sử phát triển
Khí canh từ lâu đã được sử dụng như một công cụ nghiên cứu hình thái và sinh lý
rễ Carter (1942) là người đầu tiên nghiên cứu trồng cây trong không khí và ông đã mô
tả phương pháp này để kiểm tra sự phát triển của rễ (Mbiyu et al., 2012) Năm 1944,
Klotz L J lần đầu tiên nghiên cứu bệnh rễ trên cây có múi bằng cách phun sương.Năm 1957, Went đã tiến hành trồng những cây có múi, cà phê, táo, cà chua trongđiều kiện phun dinh dưỡng dạng sương và nhận thấy rễ phát triển rất thuận lợi và hoàntoàn sạch bệnh Sau đó ông đã đưa ra thuật ngữ “Khí canh” (aeroponics) để chỉ quátrình sinh trưởng của bộ rễ trong không khí
Đến năm 1970, khi công nghệ nhà kính đã phát triển các công ty đã bắt đầuhướng tới việc ứng dụng công nghệ khí canh để nhân giống cây trồng phục vụ chomục đích thương mại
Từ năm 1973 - 1974, hệ thống khí canh đã được phát triển tại phòng thí nghiệmFoundation Cabot để nghiên cứu nốt sần trên đậu Hà Lan Hầu hết các hệ thống khícanh hiện tại là kết quả của một loạt các nghiên cứu thay đổi và cải tiến (Richard W
Zobel et al., 1976)
Năm 1983, Richard J Stoner ở đại học Colorado của Mỹ lần đầu tiên đưa ra vàứng dụng phương pháp khí canh để nhân giống cây trồng bằng cách phun dinh dưỡngkết hợp với chất kích thích ra rễ Ông áp dụng hình thức phun vào rễ cây với số lầnphun ngắt quãng nhau và phun 20 lần trong một giờ (Richard J Stoner, 1983) Kỹthuật này trở nên phổ biến hơn khi Cơ quan Hàng không và Vũ trụ Mỹ (NASA -National Aeronautics and Space Administration) đặc biệt quan tâm và bắt đầu nghiêncứu khí canh trong môi trường không trọng lực trên các tàu con thoi và trạm khônggian
Năm 1985, Công ty Genesis Technology INC lần đầu tiên sản xuất, đưa ra thịtrường hệ thống khí canh "Genesis Growing System" quy mô lớn, là hệ thống khép
Trang 2kín, tuần hoàn và được kiểm soát bằng vi xử lý để trồng cây phục vụ cho mục đíchthương mại
Đến năm 2006, khí canh hiện đã được sử dụng trên toàn cầu Ngày nay khí canh
đã dần trở nên phổ biến hơn với những ưu điểm tiện lợi và hiệu quả của chúng so vớicác phương pháp canh tác truyền thống khác
1.1.2 Cơ sở khoa học
Theo Hoàng Minh Tấn và cộng sự (2000) thì nước là thành phần cấu tạo nên chấtkeo nguyên sinh, chiếm hàm lượng lớn trong cây từ 80 - 95% Mọi quá trình trao đổichất đều cần có sự tham gia của nước Ngoài ra nước còn ảnh hưởng đến các quá trìnhquang hợp như làm giảm nhiệt độ mặt lá, đóng mở khí khổng, Tùy theo từng giaiđoạn phát triển của cây mà nhu cầu nước của cây nhiều hay ít
Cùng với nước thì các chất khoáng cũng có vai trò quan trọng không kém Câytrồng để sinh trưởng và phát triển cần phải có các nguyên tố cơ bản là: C, H, O, N, P,
K, Ca, Mg, S, Fe, Cu, Mn, Zn, Mo, Bo, Cl Trong 16 nguyên tố trên thì chỉ có 3nguyên tố là C, H, O cây lấy chủ yếu từ khí cacbonic và nước, các nguyên tố còn lạilấy từ đất là chính Do đó cơ sở khoa học của phương pháp khí canh là dựa vào bảnchất của sự sinh trưởng và phát triển của cây trồng chỉ phụ thuộc vào một số yếu tốnhư nước, muối khoáng, ánh sáng, không khí Mà không phụ thuộc vào môi trường
có cần đất hay không Chính vì vậy mà trồng cây có thể không cần tới đất mà chỉ cầncung cấp đủ các yếu tố trên
Nguyên tắc cơ bản của hệ thống khí canh là phun một màn sương giàu dinhdưỡng trực tiếp lên rễ hay củ Việc phun sương thường được thực hiện gián đoạn vàiphút, để đảm bảo cho cây có đủ nước, chất dinh dưỡng và không khí Do đó bí quyếtcủa khí canh là cung cấp đủ và đúng lúc cho cây trồng các chất dinh dưỡng cần thiết.Phương pháp này làm tăng quá trình trao đổi chất của cây gấp mười lần so với trồngtrong đất
Trang 31.1.3 Ưu nhược điểm của công nghệ khí canh
1.1.3.1 Ưu điểm
Môi trường hoàn toàn sạch bệnh, không cần dùng thuốc trừ bệnh, chu trìnhkhép kín từ trồng đến thu hoạch, tiết kiệm được nước và dinh dưỡng, cây sinh trưởngnhanh và cho năng suất cao, điều khiển được môi trường nuôi trồng Giảm chi phí vềnước 98%, giảm chi phí về phân bón 95%, giảm chi phí về thuốc bảo vệ thực vật 99%,tăng năng suất cây trồng lên 45 - 75% (Nguyễn Thị Hương, 2007)
Giảm bớt công lao động do không phải cày xới đất và làm sạch cỏ dại trong quátrình canh tác
Không sử dụng đất nên cây hạn chế được các bệnh do vi sinh vật trong đất gây
ra do đó cây trồng có độ sạch cao và sạch bệnh
Không phải tưới nước, dễ thanh trùng và kiểm soát dịch bệnh
Do không phụ thuộc vào thời tiết nên có thể chủ động thời vụ và kế hoạch sảnxuất
Có thể ứng dụng sản xuất gieo ươm cây giống sạch bệnh trong các nhà kính,nhà lưới hiện đại
Thúc đẩy trình độ sản xuất nông nghiệp phát triển theo hướng nông nghiệpcông nghệ cao.
1.1.3.2 Nhược điểm
Chi phí năng lượng cao, phụ thuộc nhiều vào nguồn điện
Chi phí đầu tư cho các thiết bị hệ thống cao là nguyên nhân cản trở các nướcnghèo triển khai thực hiện công nghệ này
Yêu cầu trình độ kỹ thuật cao về công nghệ sản xuất cũng như việc phải hiểubiết đầy đủ về đặc tính sinh trưởng và phát triển của cây trồng
Dễ lây lan mầm bệnh, khi mầm bệnh đã xuất hiện thì dung dịch dinh dưỡng sẽ
là tác nhân dẫn truyền do đó trong thời gian ngắn chúng sẽ lan truyền và có mặt ở toàn
bộ hệ thống Vậy nên nguồn dung dịch yêu cầu phải đảm bảo sạch và an toàn
Trang 4 Khó thực hiện đối với những cây sinh trưởng dài ngày và có bộ rễ lớn.
và cộng sự, 2010)
1.1.4.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới
Hệ thống khí canh đã được áp dụng tại một số nước: New Zealand, Brazil, BaLan, Israel, một số nước thuộc khu vực Châu Á như: Hàn Quốc, Trung Quốc, NhậtBản đã áp dụng sản xuất giống khoai tây sạch bệnh và cho năng suất cao Hiện nay,công nghệ khí canh đang được thử nghiệm ở một số nước Châu Phi để sản xuất khoai
tây củ nhỏ (Mbiyu et al., 2012) Ngoài ra công nghệ này còn được áp dụng trên một số
loại rau ngắn ngày ở quy mô công nghiệp, không những vậy người ta còn chế tạo ra
mô hình khí canh thu nhỏ có thể áp dụng tại mỗi hộ gia đình để trồng rau nhưng vẫncho năng suất và chất lượng cao
1.1.4.2 Một số hướng nghiên cứu và ứng dụng công nghệ khí canh tại Việt Nam.
Nhân giống và sản xuất củ giống khoai tây:
Nguyễn Quang Thạch và cộng sự (2010) là những người đầu tiên nghiên cứu ứngdụng công nghệ khí canh để sản xuất giống khoai tây năng suất đạt 835 - 1016 củ/m2(khoảng 50 củ/cây trên giống Diamant), sản xuất củ giống khoai tây minituber chonăng suất cao (>50 củ/cây) và sạch bệnh đã được Trung tâm Khảo Kiểm nghiệmgiống, sản phẩm cây trồng và phân bón Quốc gia kiểm tra đánh giá và công nhận
Nhân giống và sản xuất rau:
Theo nghiên cứu của Phạm Ngọc Sơn (2006) việc ứng dụng công nghệ khí canh
để gieo ươm cây cải xanh và xà lách cho thấy nhiều ưu thế hơn: cây sinh trưởng và
Trang 5phát triển tốt hơn so với cây gieo ươm truyền thống trên giá thể thường và dễ dàngthích ứng với các điều kiện ngoài sản xuất Ngoài ra Viện Sinh học Nông nghiệp, Đạihọc Nông nghiệp Hà Nội đã sử dụng công nghệ khí canh trồng các loại rau ở quy môcông nghiệp với thời gian sinh trưởng ngắn hơn Không chỉ dừng lại ở những loại raungắn ngày mà những loại rau ăn quả như cà chua, ớt, dưa leo cũng được áp dụng đểnhân giống với hệ số nhân giống cao, góp phần giảm giá thành cây giống và tăng hiệuquả kinh tế.
Nhân giống và sản xuất sinh khối rễ cây dược liệu:
Nghiên cứu trong nước hiện nay trên đối tượng dược liệu còn khá ít NguyễnXuân Hương (2013) đã tiến hành nghiên cứu nhân giống vô tính cây húng chanh Ấn
Độ (Coleus forskohlii) bằng cách giâm ngọn trong hệ thống khí canh cho hệ số nhân
giống cao, cây con sinh trưởng tốt và đồng đều Từ kết quả cho thấy có thể áp dụngphương pháp nhân giống này trên cây dược liệu thân thảo
Năm 2014, Lại Đức Lưu và cộng sự đã thực hiện nghiên cứu “Sản xuất sinh khối
rễ cây hoàng liên gai làm nguồn dược liệu cho sản xuất berberin bằng công nghệ khí canh” cho thấy cây sinh trưởng nhanh và lượng sinh khối rễ thu được cao gấp 3,43 lần
so với cây trồng địa canh Thực tế cây hoàng liên gai là cây thân gỗ trong tự nhiên sinhtrưởng rất chậm, điều này chứng minh rằng công nghệ khí canh có nhiều ưu thế vượttrội hơn so với các phương pháp khác
Đối với cây dược liệu hiện nay chỉ dừng lại ở mức độ nghiên cứu thử nghiệmchưa thực sự được ứng dụng để sản xuất ở quy mô lớn như ở rau, cà chua, ớt, khoaitây Với nhu cầu dược liệu ngày càng cao kết hợp với công nghệ trồng trọt mới mangnhiều tính ưu việt là cơ sở quan trọng trong việc phát triển sản xuất sinh khối cây dượcliệu quý bằng công nghệ khí canh trên quy mô lớn
Trang 6Bộ: Malvales
Loài: Abelmoschus sagittifolius
Tên khoa học: Abelmoschus sagittifolius (Kurz) Merr.
Tên tiếng Việt: Sâm bố chính, thổ hào, nhân sâm Phú Yên,…
1.2.3 Đặc điểm sinh thái
Mọc rải rác trong rừng thưa, ven rừng, nơi ẩm, ở độ cao tới 900m, ra hoa từtháng 3 - 7 Cây ưa sáng hay chịu bóng nhẹ, khi trưởng thành có thể mọc xen với nhiềuloài cây cỏ thấp, ưa đất cát pha hay thịt nhẹ, đất phù sa hay bồi tụ nhẹ
1.2.4 Phân bố
Sâm bố chính có ở Trung Quốc, Campuchia, Thái Lan Ở Việt Nam phân bố ởNinh Bình, Nghệ An, Hà Tĩnh, Quảng Trị, Khánh Hòa, Kon Tum, Gia Lai, Lâm Đồng,Ninh Thuận, Bình Phước, Đồng Nai
Hình 1.1 Hình thái cây sâm bố chính
(Nguồn: )
Trang 71.2.5 Thành phần hoá học
Theo Trần Công Luận và cộng sự (2001), rễ cây sâm bố chính trồng ở Bạc Liêuchứa phytosterol, coumarin, acid béo, acid hữu cơ, đường khử và hợp chất uronic.Hàm lượng lipid là 3,96% Lipid gồm acid myrisric, acid palmitic, acid stearic, acidoleic, acid linoleic, acid linolenic Hàm lượng protein là 1,26% Các acid amin gồm 11chất, trong đó có histidin, arginin, threonin, alanin, prolin, tyrosin, valin, phenylalanin
và leucin Hàm lượng tinh bột là 15,14% và chất nhầy (D-glucose và L-rhamnose) là18,92% Ngoài ra, còn có 13 nguyên tố: Na, Ca, Mg, Al, So Fe, V, Mn, Ti, Mo, Cu, Zr
và P
Theo Đào Thị Vui và cộng sự (2007), từ phân đoạn cloroform của dịch chiết rễ
củ sâm bố chính, nhóm nghiên cứu đã phân lập được 5 chất và bằng các phương phápphân tích trên phổ có so sánh đối chiếu với các tài liệu tham khảo đã xác định được 5chất đó là ventricosin A (4(15), 7(11)-eudesmadien-8-on), 4(15)-eudesmen-11-ol,tagitinin A, β-sitosterol (stigmast-5-en-3β-ol) và β-sitosterol-3-O-glucopyranosid.Theo Nguyễn Thị Thu Hương và cộng sự (2006), những nghiên cứu về hóa thựcvật trên sâm bố chính ở Lộc Ninh cho thấy có sự hiện diện của các saponin triterpenđược xem là nhóm hợp chất có tác dụng quyết định những dược lý điển hình của cáccây thuốc họ nhân sâm
1.2.6 Tác dụng dược lý
Công năng, chủ trị: Bổ khí, ích huyết, sinh tân dịch, trị ho, trừ đờm, cơ thể suy
nhược, hư lao, kém ăn, kém ngủ, thần kinh suy nhược, hoa mắt, chóng mặt, đau dạdày, tiêu chảy, ho, viêm họng, viêm phế quản (Bộ Y tế, 2009)
1.3 Cây đinh lăng
Trang 8Chi: Polyscias
Loài: Polyscias fruticosa
Tên khoa học: Polyscias fruticosa (L.) Harms
Tên tiếng Việt: đinh lăng lá nhỏ, gỏi cá…
1.3.2 Đặc điểm hình thái
Đinh lăng thuộc loại cây gỗ nhỏ, cao 0,8 - 2,0 m, thân nhẵn, không có gai Lá képlông chim 3 lần, dài 20 - 40 cm Lá chét có cuống nhỏ dài 3 - 10 mm, phiến lá chét córăng cưa không đều, lá có mùi thơm Cụm hoa hình thùy ngắn, dài 7 - 18 cm gồmnhiều tán mang nhiều hoa nhỏ Tràng 5, nhị 5 với chỉ nhị gầy, bầu hạ 2 ngăn có màutrắng nhạt Quả dẹt, dài 3 - 4 mm, dày 1 mm (Đỗ Tất Lợi, 2004) Cây ra hoa từ tháng 4đến tháng 7
1.3.3 Đặc điểm sinh thái
Đinh lăng là loại cây chịu hạn, không ưa đọng nước, phát triển tốt ở vùng đất phacát, tơi xốp, có độ ẩm trung bình Bên ngoài đinh lăng trồng bằng cách giâm cành và
có thể trồng được cả bốn mùa nhưng tốt nhất là giữa xuân
Hình 1.2 Hình thái cây đinh lăng
(Nguồn: )
Trang 91.3.4 Phân bố
Cây đinh lăng có nguồn gốc từ vùng đảo Polynésie (Thái Bình Dương), hiện nay
được trồng phổ biến ở Malaysia, Indonesia, Campuchia, Lào, Chi Polyscias này có
gần 100 loài trên thế giới phân bố rải rác ở vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới, nhiều nhất
là vùng đảo Thái Bình Dương Ở Việt Nam, hiện có hơn 10 loài đinh lăng, loài được
sử dụng để làm thuốc phổ biến nhất là Polyscias fruticosa.
1.3.5 Thành phần hóa học
Trong rễ đinh lăng có glycoside, alkaloid, vitamin (B1, B2, B6, C), các phytostrol
và 20 loại acid amin, trong đó có các acid amin không thay thế (lysin, methionin,triptophan, cystein) Có 5 hợp chất polyacetilen trong lá đinh lăng được phân lập trong
đó có panaxynol, panaxydol và heptadecaien-diyn-diol là những chất có trong nhânsâm (Trần Công Luận, 1991)
1.3.6 Tác dụng dược lý
Đây là loài có tác dụng dược lý giống nhân sâm
Lá chữa cảm sốt, mụn nhọt sưng tấy, dị ứng mẩn ngứa Thân và cành chữa thấpkhớp đau lưng Rễ dùng làm thuốc bổ tăng lực, chữa cơ thể suy nhược, gầy yếu mệtmỏi, tiêu hóa kém, phụ nữ sau sinh ít sữa, chữa ho ra máu, đau tử cung, kiết lỵ, thuốclợi tiểu, chống độc Dịch chiết rễ có tác dụng tăng lực, làm thuốc bổ giúp tăng cân, làmtăng hiệu quả điều trị của cloroquin trong bệnh sốt rét thực nghiệm trên động vật, tăng
co bóp tử cung và tăng tiết niệu Ngoài ra còn có tác dụng an thần Nước sắc đinh lăng
có tác dụng đối kháng với trùng roi, amip cấp
Trang 10PHẦN 2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP2.1 Vật liệu
Cây sâm bố chính 1 tháng tuổi sau khi gieo từ hạt trên môi trường đất trong điềukiện tự nhiên
Cây đinh lăng giâm cành khoảng 2 tháng với chiều dài thân từ 13 - 14 cm
2.1.1 Các bước tiến hành lắp đặt mô hình khí canh.
Bước 1: Chuẩn bị dụng cụ, thiết bị
Bảng 2.1: Bảng dụng cụ và thiết bị của mô hình khí canh.
B Thiết bị
Trang 11PT - 02
16 Timer điện tử điều chỉnh
Hiệu CN01 - xuất
xứ Trung Quốc
Bước 2: Chuẩn bị dung dịch khí canh
Dung dịch khí canh sử dụng là môi trường dinh dưỡng MS (Murashige andSkoog 1962) không chứa các vitamin Chuẩn bị 50 lit dung dịch dinh dưỡng MS
Bước 3: Lắp đặt mô hình
Dùng ly nhựa và rọ nhựa thủy canh làm giá đỡ cố định cho cây đinh lăng và câysâm bố chính Khoét lỗ trên nắp các thùng xốp sao cho vừa với các ly nhựa và rọ nhựathủy canh Khoảng cách các lỗ bằng nhau và phân bố đều trên nắp thùng
Cố định các béc phun sương vào hai cạnh bên trong thùng xốp Mỗi thùng xốp sẽ
bố trí hai béc phun sao cho hướng phun không tác động trực tiếp lên rễ nhưng rễ vẫntiếp xúc được với dinh dưỡng Sau đó cố định và bố trí các thùng xốp trên giá đỡ hợp
lý sao cho các cây được chiếu sáng đầy đủ
Phía dưới đáy thùng khoét lỗ để đặt ống nhựa PVC dẫn dung dịch hồi lưu vềthùng chứa Dùng keo silicone để trám kín những vị trí tiếp nối giữa thùng xốp và ốngnhựa tránh trường hợp dung dịch chảy ra ngoài
Dung dịch trước khi chảy về thùng chứa dịch hồi lưu sẽ được loại bỏ cặn bẩnbằng túi lọc để hạn chế trường hợp béc phun bị tắc Túi lọc được gắn trên ống nhựadẫn dung dịch hồi lưu về thùng chứa
Lắp đặt timer điều chỉnh thời gian hoạt động của máy phun sương cứ 10 phútmáy sẽ phun sương trong vòng 15 giây
Trang 125 4
Trang 13 Nguyên lý hoạt động
Timer (1) được cài đặt với chế độ 10 phút phun 15 giây, cứ 10 phút máy bơm (2)
sẽ hoạt động Dưới áp suất của máy bơm dung dịch dinh dưỡng được hút từ thùngchứa (3) và phun dưới dạng sương trong 15 giây thông qua các béc đặt trong thùngxốp (4) Sau đó dung dịch hồi lưu về thùng chứa (3) thông qua các ống dẫn (5)
Bước 4: Kiểm tra sự hoạt động của mô hình thông qua việc khảo sát tỷ lệ sống
của cây cương hoa thảo (Peperomia pellucida) sau 30 ngày trồng trong khí canh.
Vật liệu: 30 cây cương hoa thảo cao khoảng 5 - 6 cm
Sau 30 ngày khảo sát thì cho thấy tỷ lệ sống của cây cương hoa thảo là 100%Hình thái của cây: lá xanh, thân cứng và rễ phát triển bình thường Sau khoảng từ 12 -
14 ngày bắt đầu xuất hiện các rễ mới, cây phát triển bình thường, không có hiện tượng
bị úng nước Qua kết quả khảo sát trên cho thấy mô hình khí canh hoạt động bìnhthường, dung dịch dinh dưỡng MS không chứa vitamin được phun dưới dạng sươngvới chế độ phun l5 giây nghỉ 10 phút phù hợp để thực hiện các thí nghiệm tiếp theo
Hình 2.2 Cương hoa thảo trước và sau khí canh 30 ngày
A Trước khí canh; B Sau khí canh
B