Kỹ thuật nhân giống khoai tây

Chuyên đề: KHOAI TÂY
Mục lục
I
Đặc điểm chung và giá trị kinh tế của khoai tây
Các phương pháp nhân giống:
II
Phương pháp nhân giống truyền thống.
Phương pháp nhân giống hiện đại.
Thành tựu và hướng phát triển:
III
Khoai tây sạch bệnh – sạch vi rút.
Tạo khoai tây siêu bi.
Tạo “hạt” khoai tây nhân tạo.
Khoai tây tạo củ trong không khí.
Khoai tây biến đổi gen.
Nuôi cấy protolast tạo giống khoai tây
1. Thành tựu:
2. Hướng phát triển.
I. Đặc điểm chung và giá trị kinh tế của khoai tây:
Đặc điểm chung:
Khoai tây (danh pháp khoa học: Solanum tuberosum), thuộc họ Cà (Solanaceae).
- Khoai tây là loài cây nông nghiệp ngắn ngày, trồng lấy củ chứa tinh bột.
- Là loại cây trồng phổ biến thứ 4 về mặt sản lượng tươi - xếp sau lúa, lúa mì và ngô.
- Được phân bố rộng rãi trên thế giới.
Đặc tính:
- Khoai tây chủ yếu được nhân giống vô tính.
- Thích nghi với điều kiện ngày ngắn, mát mẻ, có đủ độ ẩm để dễ dàng tạo củ.
Giá trị kinh tế:
- Khoai tây có tầm quan trọng trong đảm bảo an ninh lương thực, giảm đói nghèo. Tuy nhiên ở Việt Nam thì nó chưa được coi trọng và chỉ xem như cây thực phẩm.
II. Các phương pháp nhân giống:
1. Phương pháp nhân giống truyền thống:
Nhân giống hữu tính
Nhân giống vô tính
Phương pháp nhân giống truyền thống gồm
có 2 loại:
Nhân giống hữu tính
Phương pháp nhân giống hữu tính là phương pháp nhân giống bằng hạt.
Tuy nhiên phương pháp này ít được áp dụng vì:
Tỷ lệ nảy mầm thấp, không đồng đều
-Không duy trì được các đặc tính di truyền, dễ thoái hóa.
-Thời gian thu hoạch chậm.
Nhân giống vô tính
Nhân giống vô tính tự nhiên
Nhân giống vô tính nhân tạo
Trong tự nhiên, thực vật có khả năng tạo những cơ thể mới từ một bộ phận của thân bò (dâu tây, rau má), thân rễ (cỏ gấu), thân củ (khoai tây), lá cây (thuốc bỏng), rễ củ (khoai lang).
Nhân giống vô tính tự nhiên
Là sự sinh sản, trong đó con người chủ động nhân lên hoặc tạo ra cơ thể mới từ một bộ phận cắt rời của cơ thể bố hoặc mẹ.
Các dạng sinh sản vô tính nhân tạo gồm: giâm (cành, lá, rễ), chiết (cành), ghép (cành, chồi).
Nhân giống vô tính nhân tạo
Sau đây là một số hình thức nhân giống vô tính nhân tạo:
Chiết: là hình thức tạo rễ trên một đoạn của cành khi còn gắn với cây, sau đó cắt rời cành có rễ để được một cây nguyên vẹn.
Ghép: là một kĩ thuật lấy một cành ghép đem phối với một gốc ghép. Sau một thời gian chỗ ghép sẽ liền lại và gốc ghép sẽ nuôi cành ghép lớn lên thành một cá thể mới mang đặc tính chung của hai cá thể gốc ghép và cành ghép.
Giâm: là việc cắt một đoạn thân hoặc cành của cây mẹ rồi cắm hoặc vùi xuống cát hoặc đất pha cát để nó mọc rễ đâm chồi thành một cây mới.
Các phương pháp này thường tốn công sức và thời gian, tốc độ nhân giống chậm, không đồng đều.
Hiện nay, hầu hết các chương trình nhân giống khoai tây hiện đại trên thế giới dựa vào công nghệ nhân giống khoai tây in vitro: nhân các cá thể ưu tú đã được chọn lọc để nhanh chóng tạo nên một quần thể thuần có năng suất hoặc phẩm chất cao, sạch bệnh với tốc độ nhân giống nhanh.
2. Phương pháp nhân giống hiện đại:
Các bước tiến hành nhân giống:
Chuẩn bị mẫu:
+ Chọn các giống khoai tây tốt là những giống chất lượng cao, sạch bệnh. Những củ giống này được thúc cho nẩy mầm trước khi đưa vào nuôi cấy mô.
+ Dùng dao sắc cắt sát mặt củ để lấy ra những mầm khỏe mạnh, mập mạp có kích thước từ 1-1,5cm để làm vật liệu nuôi cấy mô và nhân giống.
+ Ta đặt các mầm này vào các bình thủy tinh nhỏ mỗi bình từ 10-15 mầm, sau đó tiến hành xử lý mầm.
b. Nuôi cấy:
Các mầm củ được nuôi cấy trong bình thủy tinh tam giác có chứa môi trường đặc, đủ cung cấp dinh dưỡng cho cây khoai tây phát triển. Mỗi bình chỉ cấy 2-3 mầm củ .
- Sau khoảng 20-25 ngày từ mầm củ sẽ mọc lên các cây khoai tây dài khoảng 5-7cm có khoảng 4-5 lá là đủ tiêu chuẩn để đem cấy chuyển hoặc đem sang buồng tối để tạo củ bi giống siêu nhỏ.
c. Cấy chuyển:
Mỗi cây khoai tây con được cắt thành 3-4 đoạn với kích thước khoảng 1cm, có ít nhất 1 lá để tiếp tục cấy chuyển vào các bình thủy tinh khác có chứa môi trường đặc nhằm tạo ra các cây con khác có độ đồng đều về tính di truyền cao.
Mỗi bình có thể cấy được 5-7 cây, sau đó chuyển vào phòng nuôi cấy: có nhiệt độ từ 20 – 25 độ.
d. Nhân nhanh:
Từ các cây giống được tạo ra trong phòng nuôi ta có thể đem nhân giống bằng 2 cách:
+ Đem trồng ra các giá thể để tạo cây giống đồng đều phục vụ sản xuất.
+ Đem vào buồng tối để tạo củ bi trong ống nghiệm làm vật liệu nhân nhanh tiếp sau này.
The planting of cuttings into plastic roll.
The plants propagated in plastic rolls at the potato producer.
The rooted plants in plastic roll
The potato plant planted to the fields
The plants in the field 3 weeks after planting
The first tuber generation seed potato field
The seed tubers of the first generation
Thuận lợi
Đảm bảo số lượng giống để trồng nhiều vụ trong một năm.
Tiết kiệm được chi phí sản xuất và diện tích canh tác.
Cho chất lượng giống tốt, sạch bệnh.
Khó Khăn
Người nông dân không phải ai cũng có điều kiện nuôi cấy trong ống nghiệm.
Việc nhân giống khoai tây quanh năm chỉ thực hiện ở những nơi có khí hậu mát như Lâm Đồng….
Những thuận lợi và khó khăn của phương pháp nhân giống này:
a. Khoai tây sạch bệnh, sạch virut
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.
III. Thành tựu và hướng phát triển:
1. Thành tựu:
Trong trường hợp, nguồn củ giống 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.
Các bước tiến hành nuôi cấy đỉnh sinh trưởng:
Bước 1: Chuẩn bị mẫu
- Lấy củ khoai tây đã có mầm trồng vào chậu đất mùn hoặc cát để được vô trùng và đặt trong điều kiện nhiệt độ, ánh sáng bình thường.
- Khi mầm cao 10-15cm, cắt lấy phần ngọn dài 3 - 4cm.
- Rửa ngọn bằng nước xà phòng loãng.
- Dùng vòi nước chảy để rửa nước xà phòng, sau đó được rửa lại bằng nước cất rồi đặt vào buồng cấy để thực hiện các thao tác tiếp theo.
Bước 2: Khử trùng mẫu trong buồng cấy vô trùng.
- Tráng lại mẫu bằng cồn 70 độ, sau đó rửa sạch bằng nước cất vô trùng 2 - 3 lần.
- Khử trùng bằng HgCl2 0,1% trong 5-7 phút.
- Rửa mẫu 2 - 3 lần bằng nước cất. Sau đó đặt mẫu lên giấy lọc đã vô trùng cho thấm bớt nước rồi đặt trong bình trụ đã được vô trùng.
- Dùng dụng cụ (dao cấy, kéo, panh nhỏ, kim nhọn) đã được vô trùng để tách đỉnh sinh trưởng dưới kính hiển vi soi nổi có độ phóng đại x 25.
- Dùng dao cấy hoặc kim nhỏ gạt bỏ các lá ngoài để lộ đỉnh sinh trưởng.
- Dùng dao cấy tách lấy đỉnh sinh trưởng với độ dài 0,2 - 0,5mm rồi cấy trên môi trường thạch nghiêng.
Bước 3: Tách đỉnh sinh trưởng:
- Về môi trường nuôi cấy thành phần như sau:
Trong phương pháp nuôi cấy đỉnh sinh trưởng người ta còn kết hợp xử lý nhiệt độ cao hoặc xử lý hoá chất.
Mỗi năm nước ta sản xuất hơn 10 triệu củ khoai tây giống nhưng năng suất khoai tây thấp, chất lượng củ giống còn kém và tỉ lệ củ mang mầm bệnh khá cao.
Giải pháp: khoai tây siêu bi.
Hệ thống trồng trong ống nghiệm( tạo ra khoai tây có bản chất di truyền, sinh lý như nhau).
Kích thích bằng bức xạ gamma (50-300 rad).
Hạt “siêu bi”.
b. Tạo khoai tây siêu bi:
Cũng ứng dụng kỹ thuật nuôi cấy đỉnh sinh trưởng
Đk môi trường:
- Phù hợp để biệt hóa tạo củ và ức chế sự tăng sinh về kích cỡ.
- Trong giai đoạn đầu cần điều kiện mô nuôi cấy phát sinh thật nhiều chồi để tăng hệ số nhân vì vậy cần tăng hàm lượng cytokinin.
- Giai đoạn tách chồi và cấy vào môi trường để tạo rễ hàm lượng auxin được tăng lên và có thể chia làm ba giai đoạn nhỏ:
+ Giai đoạn đầu đòi hỏi một lượng auxin rất cao.
+Giai đoạn hai cần lượng auxin thấp
+Giai đoạn ba đòi hỏi lượng auxin rất thấp.
- Sau khi kích thích tạo rễ, cung cấp cho môi trường chất CCC (Clo Colin Clorit) nhằm tạo ra khoai tây siêu bi.
Ưu
điểm
Nhược điểm
Ứng
dụng
Những củ “siêu bi” này được đưa ra sản xuất thủy canh trên cát tạo củ bi giống sạch bệnh hoặc cũng có thể trồng trực tiếp ngoài đồng.
c. Tạo “hạt” khoai tây nhân tạo:
Ứng dụng của công nghệ nuôi cấy phôi vô tính (phôi soma) là tạo phôi vô tính, như là để tạo “hạt” nhân tạo.
Sự ra đời của hạt nhân tạo đem lại ý nghĩa rất to lớn.
Hạt khoai tây nhân tạo
Các bước cơ bản tạo “hạt” nhân tạo:
Tạo mô sẹo phôi hóa.
Nuôi và nhân tế bào trong dịch lỏng.
Lọc lấy các cụm tế bào phôi hóa nhỏ đồng nhất.
Đưa tế bào tiền phôi vào nuôi cấy trong môi trường thích hợp.
Làm khô và bọc màng nhân.
Tiến hành bảo quản.
Ưu điểm của phương pháp này:
Nhân giống nhanh và dễ dàng đối với những đối tượng:
+ Loài khó sinh sản hữu tính.
+ Không thể nuôi cấy phôi hữu tính được.
Nhân giống nhanh những kiểu di truyền mong muốn (giống chọn lọc,cây chuyển gen).
Nhân giống kiểu di truyền giống cha hoặc mẹ.
d. Khoai tây tạo củ trong không khí:
Theo phương pháp này, cây trồng được cố định trên một giá đỡ để bộ rễ phát triển trong môi trường không khí (khí canh) chứ không trực tiếp trồng vào đất (địa canh) hoặc nhúng vào môi trường dung dịch (thủy canh).
Nhờ bộ rễ lộ ra ngoài nên hoàn toàn chủ động điều khiển quá trình hình thành tia củ, nếu tia nhiều thì số lượng củ sẽ nhiều.
Cây được phun nước dưới dạng sương để kích thích rễ phát triển. Phân bón và chất dinh dưỡng được hòa tan trong nước và cũng tưới theo kiểu phun sương cho rễ cây hấp thụ. Toàn bộ quy trình chăm sóc cây đều thực hiện bởi hệ thống thiết bị máy móc hiện đại (máy bơm, bể chứa dinh dưỡng, các đường ống dẫn dinh dưỡng…) và được lập trình chi tiết trong máy tính.
Từ 5 đến 15 phút hệ thống tưới sẽ tự động phun mấy mươi giây; thời gian phun và số lần phun trong ngày được điều chỉnh hợp lý tùy theo độ tuổi, tình trạng sinh lý của cây và nhiệt độ môi trường bên ngoài. Nếu cây không hấp thụ hết dung dịch phun, có thể thu hồi, lọc, bổ sung để sử dụng cho lần sau.
Ưu điểm của phương pháp:
Trồng khoai tây bằng khí canh có thể giảm trên 90% chi phí về nước, phân bón, thuốc bảo vệ thực vật.
Cho số lượng cây giống nhiều trong thời gian ngắn.
Tiết kiệm diện tích
Công nghệ khí canh không sử dụng đất nên môi trường có độ sạch cao, cây ít bị nhiễm bệnh và cho ra sản phẩm củ giống sạch đúng chuẩn, có độ kháng bệnh cao.
e. Khoai tây chuyển gen:
(1). Khoai tây chuyển gen có chứa vacxin viêm gan B:
Khoai tây chuyển gen có chứa một loại gen lấy từ virut viêm gan B. Nhờ đó loại khoai tây này có khả năng kháng virut viêm gan B bằng cách tạo ra kháng nguyên virut.
Các nhà nghiên cứu hy vọng rằng khi ăn loại khoai tây này, chất kháng nguyên sẽ gây ra một phản ứng miễn dịch nhẹ trong cơ thể người.
Từ đó, cơ thể người sẽ tạo ra chất miễn dịch cá thể đối với căn bệnh lây nhiễm viêm gan B.
(2). Khoai tây chuyển gen chứa nhiều protein và amino axit:
Các nhà khoa học thuộc Viện nghiên cứu hệ gen thực vật quốc gia Ấn Độ vừa nuôi cấy thành công một chủng khoai tây biến đổi gen có chứa hàm lượng protein và amino axit trong chủng khoai tây này cao hơn so với khoai tây thông thường.
Một loại khoai tây chứa Amylopectin (thành phần của tinh bột) biến đổi gene vừa được Viện nghiên cứu Fraunhofer, Đức nhân giống thành công với hy vọng sẽ tiết kiệm chi phí cho những ngành sản xuất có sử dụng nguyên liệu này.
(3). Khoai tây chứa nhiều Amylopectin
Protoplasts là các tế bào trong đó có thành tế bào được loại bỏ và màng tế bào chất là lớp ngoài cùng nhất trong tế bào
Protoplasts có thể được tạo ra bằng nhiều cách: từ dịch huyền phù tế bào, tế bào mô sẹo hoặc từ mô tươi nguyên trạng như lá qua tác động của các enzym: Pectinase phân hủy pectin, cellulas phân hủy hemicellulose
f. Nuôi cấy protoplasts tạo giống khoai tây:
Phương pháp chiết tách protoplast:
- Sức trương của tế bào sống là luôn cân bằng với áp lực cơ học của thành tế bào. Khi tách vỏ tế bào bị vỡ khi không còn lực nén của vỏ.
Để khắc phục hiện tượng này cần phải sử dụng một dung dịch để co nguyên sinh khi tách vỏ tế bào các dung dịch thường dùng là dung dịch đường manitol, sorbitol.
- Enzyme sử dụng để phá vỡ màng tế bào: Cellulase và Macerozyme chiết xuất từ nấm Trichdearina virde và Aspergillus niger Pectinas.
- Nồng độ dung dịch enzyme sử dụng tùy thuộc đối tượng.Các hỗn hợp enzyme thường sử dụng ở PH 5.5 đến 5.8 trong 3 đến 8 giờ.
Thông thường cơ quan thực vật dùng để tách protoplast là lá.
Lá được cắt nhỏ trong dung dịch gây co nguyên sinh ủ trong dung dịch hỗn hợp emzyme.
Sau khi ủ các protoplast được tách qua hệ thống phiễu lọc (<50um).
- Sau khi rửa sạch các enzyme bằng cách ly tâm trong các dung dịch rửa khác nhau, ta thu được protoplast (từ 1 gram lá khoai tây có thể thu từ 6 đến 12 triệu protoplast).
Các protoplast, thậm chí khác loài, có thể kết hợp với nhau tạo tế bào lai và qúa trình này gọi là sự dung hợp protoplast.
Sự dung hợp protoplast:
+ Dung hợp bằng hóa chất:
Thường sử dụng polyethylenglycol (PEG 5-25%) là chất có tác dụng dính kết tế bào trần dể dung hợp chúng.
+ Dung hợp bằng điện:
Đưa dung dịch hỗn hợp protoplast (2 bản cực được thiết kế trong các hộp dung hợp).
Các protoplast sẽ lần lượt sắp xếp thành chuỗi nằm giữa 2 bản cực.
Khi có 1 xung điện cao (750-1000V) trong 1 thời gian rất ngắn (1-200 mili giây) vùng tiếp xúc giữa 2 màng tế bào sẽ bị vỡ.
2 protoplast hòa nhập vào nhau-quá trình dung hợp sẽ xảy ra.
Có 2 phương pháp dung hợp protoplast:
Qui trình tái sinh cây hoàn chỉnh từ protoplast:
Sau một thời gian nuôi cấy một đến hai tuần các protoplast tái tạo vỏ và phân chia tạo nên các microcallus.
Chuyển các microcallus lên môi trường cứng, chúng sẽ tạo thành các mô sẹo.
Từ đó chuyển sang môi trường tái sinh chồi và cây hoàn chỉnh.
Melchers với thành tựu dung hợp thành công tế bào trần khoai tây với tế bào trần cà chua đã đánh dấu 1 mốc rất quan trọng trong lĩnh vực này.
Ngày nay việc sử dụng kĩ thuật dung hợp tế bào trần đã được ứng dụng rộng rãi vào các hệ thống tạo giống.
2.Hướng phát triển:
Muốn tăng năng suất khoai tây cần cải thiện giống, như phục tráng những giống đã thoái hóa, nhập những giống khoai tây mới có năng suất cao, chống chịu sâu bệnh giỏi và tìm cách nhân nhanh các giống đó để cung cấp rộng rãi cho sản xuất.
Đồng thời phải xây dựng một hệ thống giống quốc gia cho phép duy trì được các giống tốt không bị thoái hóa nhanh chóng và cung cấp cho người trồng khoai tây củ giống có chất lượng cao.
Thanks for listening!
Phạm Thị Trúc Đào
La Bảo Khanh
Bùi Mỹ Ngân
Nguyễn Lê Thanh Ngọc
Bùi Võ Tuyết Nhi
Nguyễn Huỳnh Như
Trần Tiến Sỹ
Nguyễn Thị Thắm
Lê Thị Phương Thảo
Trương Thị Cẩm Tú
Nguyễn Hồ Kim Vui
Bùi Thị Kim Xuân
Sinh Viên Thực Hiện:
GVHD: Ths. Võ Thị Xuyến
Tài liệu tham khảo
www.eria.ee
en.wikipedia.org
chonongnghiep.com
www.vinhphucnet.vn
www.cuctrongtrot.gov.vn
khoahoc.com.vn
Giáo trình “CNSH thực vật” – Trần Văn Minh, Ph.D.
Thư viện trực tuyến Violet