Giống khoai tây công nghệ bằng nuôi cấy mô

Trên thế giới, cây khoai tây được coi là cây lương thực có tầm quan trọng đứng hàng thứ tư sau lúa mì, lúa nước và ngô (Steveson, Loria, Frane và Weingartner, 2001). Cây khoai tây vốn là một cây ưa lạnh có nguồn gốc ở vùng cao nhiệt đới (từ 1000 m trở lên). Trải qua quá trình chọn lọc và thuần hoá, nó có thể được trồng ở các vùng khí hậu khác nhau bao gồm các vùng ôn đới, á nhiệt đới và nhiệt đới với các điều kiện sinh thái nông nghiệp khác nhau từ vùng đồng bằng đến vùng núi cao. Sau đây mời các bạn cùng VBio tìm hiểu về cách sản xuất giống khoai tây công nghệ bằng nuôi cấy mô .

1.CÔNG NGHỆ NHÂN NHANH, SẢN XUẤT TIỀN GỐC VÀ GIỐNG ĐỰC

Trồng khoai tây trong ống nghiệm ở điều kiện vô trùng và hoàn toàn nhân tạo được gọi là nuôi cấy khoai tây in vitro. Trồng khoai tây ở ngoài đồng ruộng gọi là trồng khoai tây in vivo. Có loại trồng trọt trung gian giữa hai loại trên, đó là trồng trọt khoai tây trong nhà kính hoặc nhà lưới. Trồng trọt như vậy gọi là trồng trọt bán in vitro (semi in vitro) hoặc bán in vivo (semi in vivo).

Phương pháp cổ điển nhân giống khoai tây là sản xuất khoai tây giống ở ngoài đồng. Phương pháp này thường được gọi là chọn dòng. Phương pháp chọn dòng thường tốn công sức và thời gian, tốc độ nhân giống chậm.

Các công nghệ nhân giống khoai tây in vitro và bán in vitro đảm bảo nhân giống sạch bệnh với tốc độ nhanh. Hiện nay, hầu hết các chương trình nhân giống khoai tây trên thế giới dựa vào công nghệ nhân giống này. Nó có thể tạo ra được giống xác nhận từ 3 – 5 năm sau vụ trồng đầu tiên trên đồng ruộng.

Các phương pháp nhân giống in vitro và bán in vitro có thể được áp dụng xen kẽ vào các thời kỳ khác nhau của chương trình nhân giống chủ yếu là để tạo ra các vật liệu giống sạch bệnh ban đầu, là nguồn giống hạt nhân hoặc giống gốc.

Cây khoai tây nuôi cấy mô trong ống nghiệm

Phương pháp in vitro:

Các bộ phận của cây được nhân và tái tạo thành các cây hoàn chỉnh hoạc củ trong các điều kiện nhân tạo, vô trùng. Có ba loại vật liệu thường được dùng trong nhân nhanh giống khoai tây in vitro:

– Các đoạn cắt.

– Các đoạn ngọn cắt.

– Các củ siêu nhỏ (microtubers).

– Thông thường, các vật liệu in vitro được gọi là giống tiền gốc.

Các phương pháp bán in vitro:

Các vật liệu bán in vitro được trồng trong điều kiện nửa tự nhiên, nửa nhân tạo, bao gồm (thường là ở trong nhà kính hoặc nhà lưới):

– Sản xuất các đoạn cắt mầm.

– Sản các các đoạn cắt thân.

– Sản xuất đoạn cắt chồi lá kép.

– Sản xuất các đoạn cắt một đốt.

– Sản xuất các củ nhỏ (minitubers).

Các củ nhỏ này có thể được sản xuất trên giá thể đông đặc (các khay nhựa hoặc bồn xi măng có chứa hỗn hợp, mùn và đất sạch đã được khử trung với tỷ lệ thích hợp) hoặc trên giá thể lỏng, thường được gọi là thuỷ canh (hydroponic culture).

Nhân giống tiền gốc và giống gốc:

Trên thế giới, trong một hệ thống nhân giống chuẩn, càng giảm được số vụ trồng ở ngoài đồng càng nhiều càng tốt. Bởi vì, nhân giống ở ngoài đồng hiệu quả thấp (do giá chi phí cao), liên tục có sự rủi ro do các bệnh hại chủ yếu như các loại virus, vi khuẩn, nấm và các loại sâu hại.

Trong sản xuất giống khoai tây, điều mong muốn nhất là: giống phải có độ sạch bệnh cao, ít sử dụng hoá chất độc hại cho môi trường và giống thương mại phải được sản xuất ra từ giống gốc tạo ra bằng điều kiện nhân tạo.

Trong trường hợp, nguồn củ gióng của một số giống phổ biến bị thoái hoá, và cần phải được tái tạo từ một số ít vật liệu giống sạch bệnh, việc nhân nhanh giống sạch bệnh sẽ đảm bảo an toàn cho thị phần của giống.

Hơn nữa, trong trường hợp giống đang tồn tại được cải tiến bằng công nghệ chuyển gen, muốn nhanh chóng có đủ lượng giống thương mại, cần phải tổ chức nhân nhanh giống.

Cuối cùng, để sử dụng nguồn vật liệu di truyền nước ngoài hoặc đưa nhanh giống mới vào sản xuất, cũng cần phải áp dụng công nghệ nhân nhanh giống.

SẢN XUẤT GIỐNG KHOAI TÂY SẠCH BỆNH Ở MỘT SỐ NƯỚC TIÊN TIẾN

Trước khi thảo luận về giống khoai tây sạch bệnh ở Việt Nam, có thể liên hệ tới những phương pháp chung nhất về sản xuất giống khoai tây ở một số nước trồng khoai tây.

Ở Ban Lan và Hungari, các nhà chọn tạo giống ở các Viện nghiên cứu quốc gia chịu trách nhiệm về sản xuất giống tiền gốc (prebasic seed). Ở Hungari 100% các vật liệu khởi đầu là từ nhân giống in vitro. Ở Ba Lan gần 100% các vật liệu khởi đầu là từ nhân giống in vitro.

Ở tất cả các nước khác thuộc Châu Âu, việc sản xuất giống tiền gốc đều được tư nhân hoá. Ở Scotland, các củ nhỏ đã được xác định là sạch bệnh được cung cấp do người sản xuất giống tiền gốc có đăng ký. Giống có thể được trồng trên đồng ruộng hoặc sản xuất ra các củ nhỏ mới ở trong nhà lưới.

Ở Denmarks, các vật liệu in vitro do các phòng thí nghiệm được giao nhiệm vụ sản xuất, các vật liệu này do những người sản xuất được chọn lọc tiến hành trồng trọt.

Ở Pháp, Liên đoàn những người trồng khoai tây chịu trách nhiệm sản xuất các vật liệu in vitro.

Ở Đức, các nhà chọn tạo giống chịu trách nhiệm về sản xuất giống tiền gốc với mức độ 95% từ in vitro.

Ở Hà Lan, việc sử dụng các vật liệu in vitro đang tăng lên một cách vững chắc, nhưng phần lớn (60%) các giống gốc được sản xuất bằng phương pháp truyền thống. Trên thực tế, dùng phương pháp truyền thống chọn tạo một cây mẹ khoẻ mạnh (sạch bệnh), tiếp theo là cách ly và nhân giống qua một số năm vẫn cho các kết quả tốt. Hơn nữa, nhân giống in vitro đã cho thấy không phải là không có rủi ro về tính đúng giống và độ thuần của giống. Các đột biến và những sai sót về tính đúng giống đã gây ra những thất bại nghiêm trọng và những trở ngại cho việc lập kế hoạch nhân giống.

Mỗi một nước có hệ thống thế hệ (đời) nhân giống riêng của mình bao gồm một số thế hệ nhân giống tiền gốc, tiếp theo là nhân giống gốc và giống xác nhận. Số thế hệ nhân giống tối đa thay đổi tuỳ theo nước, từ 11 ở Denmark đến 7 ở Đức và Hungari, 9 ở Pháp, Hà Lan và Ba Lan, 10 ở Liên Hiệp Anh (UK). Trên thực tế, mỗi một hệ thống đều giảm bớt đi từ 2 – 3 đời. Lý do chính là vì, cứ mỗi đời tỷ lệ bệnh virus lại tăng lên, cho nên mỗi hệ thống đều làm giảm số lượng đời nhân giống.

Ở Hà Lan, những người sản xuất giống có khả năng tự sản xuất tất cả các đời (generations).

Gần đây, phương pháp “thuỷ canh” (hydroponics) ngày càng được chú ý nhiều hơn. Kỹ thuật thuỷ canh bao gồm sản xuất củ ở trong nhà lưới bằng trồng cây trong dung dịch, tương tự như những dung dịch được dùng trong các phương tiện sản xuất ở nhà lưới đối với cà chua với kỹ thuật thu hoạch nhiều lần. Với kỹ thuật mới này, khi được thiết lập, một số lớn các củ sạch bệnh trên một củ có thể sản xuất với giá có thể chấp nhận được.

Ở Hàn Quốc, công nghệ sản xuất giống khoai tây sạch bệnh đã phát triển ở trình độ cao. Giống khoai tây sạch bệnh chủ yếu được sản xuất từ in vitro (in vitro microtubers) và công nghệ thuỷ canh (hydroponics). Tuy vậy, cho tới năm 2001, diện tích sản xuất khoai tây bằng nguồn giống khoai tây sạch bệnh chiếm khoảng 50% tổng diện tích sản xuất khoai tây ở Hàn Quốc.

Khoai tây trồng theo phương pháp khí canh

Tình hình sản xuất giống khoai tây sạch bệnh ở Việt Nam

Như đã trình bày ở trên, cho đến nay, Việt nam chưa có hệ thống sản xuất, xác nhận giống và cung ứng giống khoai tây hoàn chỉnh. Tuy nhiên, nhiều cơ quan nhà nước như Viện KHKT Nông nghiệp Việt Nam, Viện Cây lương thực và CTP, Trường ĐHNN I, Công ty Giống cây trồng Trung ương I, Trung tâm Khảo kiểm nghiệm giống Cây trồng Trung ương đã và đang nỗ lực sản xuất ra ngày càng nhiều giống khoai tây sạch bệnh. Một số tổ chức xã hội và các đơn vị thuộc thành phần kinh tế tư nhân cũng đã và đang có nhiều đóng góp cho sản xuất giống khoai tây sạch bệnh. Một số giống khoai tây mới như KT3 và VC 38-6, với tiềm năng năng suất cao, khả năng chống chịu bệnh tốt, tốc độ thoái hoá chậm đang được phát triển mạnh.

Công nghệ bảo quản khoai tây giống bằng kho lạnh đã và đang góp phần to lớn vào việc xây dựng hệ thống sản xuất, bảo quản, xác nhận và cung ứng khoai tây giống sạch bệnh ở Việt Nam.

Về xác nhận giống, gần đây, Trung tâm Khảo kiểm nghiệm Giống Cây trồng Trung ương đã soạn thảo và đề nghị Bộ NN & PTNT ban hành văn bản qui phạm về hệ thống tiêu chuẩn giống khoai tây của Việt Nam để làm cơ sở cho việc sản xuất, kiểm định và xác nhận chất lượng giống khoai tây.

Nhiều cơ quan khoa học đã có các cơ sở vật chất như các phòng nuôi cấy in vitro, các phòng kiểm tra bệnh, hệ thống nhà lưới. Tuy nhiên, so với yêu cầu, các cơ sở vật chất nói trên vẫn còn thiếu rất nhiều.

Viện KHKT Nông nghiệp Việt Nam, Viện cây lương thực và CTP, Trường ĐHNN I Hà Nội, Công ty Giống cây trồng TW I hiện đang là những cơ quan chủ yếu trong hệ thống sản xuất giống khoai tây sạch bệnh. Về nguồn lực, các cơ quan nhà nước, tổ chức xã hội và tư nhân đã có năng lực ở mức độ nhất định để đẩy mạnh sản xuất, xác nhận và cung ứng giống sạch bệnh.

Về địa điểm nhân giống Việt Nam, các kết quả trong nghiên cứu sản xuất giống khoai tây sạch bệnh trong hơn 10 năm qua đã cho thấy, sản xuất giống khoai tây sạch bệnh bằng nuôi cấy in vitro và bán in vitro ở các vùng có độ cao khoảng 1500 m so với mặt nước biển (Đà Lạt, Sapa) là có rất nhiều thuận lợi. Về nguyên lý, do nhiệt độ không khí mát mẻ quanh năm, trung bình khoảng 15 – 25 độ C, rất thích hợp cho cây khoai tây, tiết kiệm được chi phí điện năng dùng cho các phòng thí nghiệm nuôi cấy mô và nhà lưới. Ở các vùng cao này, sản xuất giống khoai tây bằng phương pháp in vitro, bán in vitro và thuỷ canh (hydroponics) là rất thuận lợi và có thể làm được liên tục nhiều vụ trong một năm.

Các kết quả nghiên cứu trong những năm qua đã cho thấy rõ, các củ nhỏ (mini tubers) sạch bệnh được sản xuất từ in vitro, bán in vitro và thuỷ canh (hydroponics culture) có thể được trồng trên đồng ruộng cách ly ở độ cao từ 1000 m trở lên thích hợp nhất. Ở các vùng cao phía Bắc, đặc biệt để tránh mối đục củ và bệnh héo xanh, ruộng nhân giống cách ly ở các độ cao nói trên phải là ruộng lúa nước một vụ, với thời vụ thích hợp nhất cho việc nhân giống khoai tây là vụ Xuân – Hè (trồng từ tháng 2 đến tháng 3, thu hoạch từ tháng 5 đến tháng 6). Như vậy, củ giống thu hoạch ở vùng cao trong vụ Xuân Hè có tuổi sinh lý trẻ hơn củ giống cùng loại trồng ở vụ Đông (thu hoạch tháng 1) và vụ Xuân (thu hoạch tháng 3) ở ĐB Sồng Hồng từ tháng 3 – 4.

Thuận lợi cơ bản nữa là, tại đồng ruộng cách ly ở các vùng cao có độ cao từ 1000m trở lên, mật độ rệp hại (đặc biệt là rệp đào, Myzus persicea), tác nhân chủ yếu truyền bệnh virus, là rất thấp so với ở đồng bằng. Do đó, củ giống cùng loại sản xuất ở vùng cao thường có độ sạch bệnh cao hơn ở đồng bằng. Như vậy, tốc độ thoái hoá giống khoai tây ở vùng cao thấp hơn nhiều so với ở đồng bằng.

Củ giống sản xuất ở vùng cao có độ tuổi sinh lý trẻ hơn và độ sạch bệnh cao hơn đảm bảo có thể nhân giống ở vùng cao được nhiều thế hệ và năng suất cao hơn hẳn đối với giống cùng loại và cùng thế hệ sản xuất ở đồng bằng.

Nhằm nhân nhanh giống khoai tây sạch bệnh và tạo củ chất lượng cao, Viện nghiên cứu sinh học Ứng dụng đã tiến hành nuôi cấy mô và nhân giống khoai tây bằng công nghệ mới từ năm 2018. Giống khoai tây nguyên chủng nhập ngoại được các kỹ sư tách đỉnh sinh trưởng (tên khoa học gọi là Merstem) trên thiết bị kính hiển vi. Mỗi đỉnh sinh trưởng nhỏ khoảng 1 micromet, được tách và nuôi cấy trong ống nghiệm. Mỗi một củ giống có thể tách được rất nhiều đỉnh sinh trưởng, tương đương với số lượng cây giống được nhân lên. Sau một thời gian ngắn, đỉnh sinh trưởng này phát triển thành một cây khoai tây với nguồn gốc nguyên chủng. Cây khoai nhân giống phát triển đến kích cỡ hợp lý có thể đưa ra ương trồng và bước tiếp theo là chuyển giao cho nông dân trồng trên đất.

Viện nghiên cứu Sinh học Ứng dụng đã đi tiên phong trong việc sản xuất giống khoai tây sạch nên việc chuyển giao công nghệ cho các tỉnh là giải pháp hiệu quả và thiết thực nhất. Ngoài ra Viện cũng đã cải tiến phương tiện vận chuyển cây giống: giao cây giống gốc cho các địa phương, sản xuất củ mini trong nhà màn cách ly để nhân ra một lượng lớn cây đồng đều trong thời gian ngắn. Đồng thời xây dựng hệ thống sản xuất khoai tây liên hoàn từ phòng thí nghiệm đến cơ sở sản xuất đã được chấp nhận ở quy mô tỉnh để có thể nhân giống đồng loạt số lượng lớn cây giống trong thời gian ngắn. Không chỉ dừng ở cây khoai tây, Viện sẽ mở rộng và hoàn thiện sản xuất giống cho nhiều đối tượng khác.

Viện Nghiên cứu Sinh học Ứng dụng

Địa chỉ: Số 39, Ngõ 189/61, Hoàng Hoa Thám, Ngọc Hà, Quận Ba Đình, TP Hà Nội
ĐT: (+84) 2422 118 008 – (+84)962 567 869
Website: https://vbio.vn/
Email: vbiovn1@gmail.com