Acid amine quan trọng trong điều hòa sinh trưởng thực vật, đóng vai trò trong việc điều hòa sinh trưởng và biệt hóa tế bào, có ảnh hưởng đến quá trình trao đổi chất và cấu trúc thực vật (Basu và cộng sự, 1989). Abdel rahim và cộng sự (1998) đã phát hiện ra trọng lượng tươi và tỷ lệ sinh trưởng của mô sẹo tăng lên dưới tác dụng của acid amine được bổ sung có kiểm soát vào môi trường nuôi cấy.
Mô sẹo có khả năng phát sinh phôi được cấy vào môi trường MS cảm ứng phát sinh mô sẹo, có bổ sung glutamine ở các nồng độ từ 50 đến 200 mg/l. Sau 4 tuần nuôi cấy quan sát thấy có xuất hiện các hạt lấm tấm có cấu trúc giống phôi. Các mô sẹo cũng có sự tăng sinh. Các chỉ tiêu được ghi nhận trong bảng 4.2.
Bảng 4.2. Ảnh hưởng của glutamine lên sự hình thành phôi vô tính cây Cọc rào Nghiệm
thức
Tỷ lệ hình
thành phôi (%) Số lượng phôi trọng lượng tươi của phôi (g)
Gl0 23,33d 11,66c 0,013c
Gl1 53,33c 33,13c 0,038b
Gl2 70,00b 46,40b 0,053b
Gl3 83,33a 67,60a 0,104a
Gl4 63,33bc 48,23b 0,054b
Ở tất cả các nghiệm thức đều có sự hình thành phôi vô tính và mỗi nồng độ thì có sự khác nhau rõ rệt. Các nghiệm thức có bổ sung glutamine đều cho kết quả cao hơn nghiệm thức đối chứng Gl0 không có bổ sung glutamine. Sau 4 tuần nuôi cấy, quan sát thấy có sự xuất hiện của phôi vô tính cây Cọc rào lấm tấm dạng hình cầu. Sau đó bắt đầu có sự xuất hiện của các dạng phôi hình tim, hình thủy lôi và hai lá mầm. Khi tăng nồng độ glutamine thì các chỉ tiêu cũng tăng lên. Cụ thể ở nghiệm thức Gl1 (nồng độ 50mg/l) thì có tỷ lệ phôi hình thành là 53,33%, số lượng phôi hình thành là 33,13 và trọng lượng tươi của phôi là 0,0318 g. Ở nghiệm thức Gl2 (nồng độ 100 mg/l) thì các chỉ tiêu tiếp tục tăng lên và ở nghiệm thức Gl3 (nồng độ 150 mg/l) cho hiệu quả cao nhất với tỷ lệ hình thành phôi là 83,33%, số lượng phôi hình thành là 67,6 và trọng lượng tươi của phôi là 0,1043 g. Nhưng tiếp tục tăng nồng độ glutamine lên 200 mg/l trong nghiệm thức Gl4 thì các chỉ tiêu đã giảm xuống. Cụ thể là tỷ lệ hình thành phôi còn 63,33%, số lượng phôi hình thành là 46,9
40
và trọng lượng tươi của phôi còn 0,0529 g. Điều này cho thấy nồng độ glutamine càng tăng thì tần suất phát sinh phôi càng cao và đạt hiệu quả tối ưu ở nồng độ 150 mg/l. Nhưng khi vượt qua ngưỡng tối ưu, tức là nồng độ glutamine trong môi trường nuôi cấy lên đến 200 mg/l ở nghiệm thức Gl4 thì các chỉ tiêu đã bị giảm xuống. Lúc này sự tăng nồng độ glutamine trong môi trường nuôi cấy không còn kích thích sự phát sinh phôi vô tính nữa, mà trái lại còn ức chế sự phát sinh phôi vô tính.
Việc bổ sung glutamine vào môi trường nuôi cấy cảm ứng sinh phôi đã được nghiên cứu ở nhiều loại thưc vật (Wang và cộng sự, 2002; Kopertekh và Stribnaya, 2003; Abdulla và cộng sự, 2005). Glutamine hỗ trợ sự sinh trưởng của những tế báo có nhu cầu năng lượng cao và cần tổng hợp một lượng lớn protein và acid nucleic.
Nó là một nguồn năng lượng thay thế được sử dụng cho những tế bào có tốc độ phân chia lớn và những tế bào có khả năng sử dụng glucose kém. Các tế bào luôn có nhu cầu cao về nitơ để tổng hợp nên các đại phân tử như nucleotid, acid amine, vitamin. Khi hàm lượng glucose thấp mà nhu cầu năng lượng của tế bào lại cao, thì các tế bào có xu hướng sử dụng acid amine làm nguồn năng lượng bổ sung để trao đổi chất tạo ra năng lượng. Glutamine là một trong những acid amine sẵn có nhất để làm nguồn tạo năng lượng cho tế bào và nó cũng là nguồn năng lượng chính cho nhiều loại tế bào phân chia với tốc độ cao trong nuôi cấy in vitro (Sara và Khaled, 2011). Glutamine cũng đóng một vai trò quan trọng trong việc đồng hóa nitơ như là một bước trung gian trong sự biến đối từ các hợp chất ammonium thành acid amine (Albo El Nil, 1989). Glutamine được sử dụng trong nhiều con đường sinh tổng hợp khác nhau trên nhiều cơ quan khác nhau của thực vật trong những thời kỳ sinh trưởng khác nhau. Trong nuôi cấy mô tế bào thực vật, glutamine cũng được phát hiện là một hợp chất hiệu quả có mặt trong sự sinh trưởng của mô thực vật nuôi cấy in vitro. Ví dụ như glutamine đóng một vai trò quan trọng trong sự tăng nhanh và phát triển mô sẹo phát sinh phôi trên đối tượng cây Cryptomeria japonica (Ogita và cộng sự, 2001). Sự có mặt của glutamine trong mô sẹo P.nigra cũng đóng một phần quan trọng.
41
Hình 4.2. Ảnh hưởng của glutamine lên sự hình thành phôi vô tính cây Cọc rào a. Mẫu ban đầu; b. Mẫu đối chứng; c. Nồng độ 50 mg/l;
d. Nồng độ 100 mg/l; e. Nồng độ 150 mg/l; f. Nồng độ 200 mg/l
42
Trong thí nghiệm này, glutamine được bổ sung vào môi trường nuôi cấy mô sẹo cảm ứng tạo phôi và cho kết quả tối ưu ở nồng độ 150 mg/l. Với tỷ lệ hình thành phôi đạt 83,33%. Trong báo cáo của El Shiaty và cộng sự (2004) trên đối tượng cây Cọ dầu thì nồng độ glutamine tối ưu cho sự phát sinh phôi vô tính là 100 mg/l. Nhưng trên đối tượng cây Psoralea corylifolia Linn. Thì nồng độ glutamine tối ưu lại là 175 mg/l (Ashok và Suresh, 2001). Còn theo nghiên cứu của Mohamed và cộng sự (2004) trên đối tượng cây Đậu Thổ Nhĩ Kỳ thì nồng độ tối ưu của glutamine bổ sung vào môi trường cảm ứng tạo phôi vô tính là 40 mg/l. Điều này cho thấy, ở mỗi loại thực vật khác nhau thì yêu cầu về nồng độ glutamine cũng khác nhau.