Bước đầu tạo cây tiêu (Piper nigrum) invitro kháng nấm Phytophthora sp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC  ĐINH VŨ THẮNG BƢỚC ĐẦU TẠO CÂY TIÊU (Piper nigrum) IN VITRO KHÁNG NẤM Phytophthora sp. LUẬN VĂN KỸ SƢ CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ SINH HỌC Thành phố Hồ Chí Minh 2006 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC  BƢỚC ĐẦU TẠO CÂY TIÊU (Piper nigrum) IN VITRO KHÁNG NẤM Phytophthora sp. Giáo viên hƣớng dẫn: Sinh viên thực hiện: ThS. NGUYỄN THỊ KIM LINH ĐINH VŨ THẮNG TS. LÊ ĐÌNH ĐÔN NIÊN KHÓA: 2002-2006 Thành phố Hồ Chí Minh 2006 MINISTRY OF EDUCATION AND TRAINING NONG LAM UNIVERSITY,HCHC DEPARTMENT OF BIOTECHNOLOGY  INITIAL RESEACH CREATE PEPPER (Piper nigrum) IN VITRO RESISTANTTO Phytophthora sp. GRADUATION THESIS MAJOR: BIOTECHNOLOGY Professor Student MSc. NGUYEN THI KIM LINH DINH VU THANG Dr. LE ĐINH ĐON TERM: 2002 - 2006 HCMC, 09/2006 i LỜI CẢM ƠN Xin chân thành cảm ơn: - Ban Giám Hiệu trƣờng Đại học Nông Lâm TP. Hồ Chí Minh đã tạo mọi điều kiện cho tôi trong suốt thời gian học tập. - Các thầy cô trong Bộ môn Công Nghệ Sinh Học cùng các thầy cô đã trực tiếp giảng dạy trong suốt bốn năm qua. - Thầy Lê Đình Đôn và cô Nguyễn Thị Kim Linh đã tận tình hƣớng dẫn và động viên trong thời gian thực hiện đề tài tốt nghiệp. - Các anh chị phụ trách phòng 118 và 105 Khu Phƣợng Vỹ thuộc Bộ Môn Bảo Vệ Thực Vật - Đại học Nông Lâm TP. HCM. - Thầy Trần Ngọc Hùng cùng các chị thuộc Trung tâm Công Nghệ Sinh Học Đại học Nông Lâm TP. HCM. - Tập thể lớp CNSH28, hai bạn Nhã Trầm và Thanh Huyền lớp CNSH29 đã hỗ trợ, giúp đỡ và động viên tôi trong suốt thời gian học tập và làm đề tài. Thành kính ghi ơn ba mẹ cùng những ngƣời thân trong gia đình luôn tạo điều kiện và động viên con trong suốt quá trình học tập tại trƣờng. TP. Hồ Chí Minh tháng 08 năm 2006 Đinh Vũ Thắng ii TÓM TẮT ĐINH VŨ THẮNG, Đại học Nông Lâm TP. Hồ Chí Minh, tháng 8 năm 2006. “BƢỚC ĐẦU TẠO CÂY TIÊU (Piper nigrum) IN VITRO KHÁNG NẤM Phytophthora sp.” Giáo viên hƣớng dẫn: TS. LÊ ĐÌNH ĐÔN ThS. NGUYỄN THỊ KIM LINH Đề tài “Bƣớc đầu tạo cây tiêu (Piper nigrum) in vitro kháng nấm Phytophthora sp.” đƣợc tiến hành giai đọan đầu là giai đoạn tạo ra cây tiêu trong phòng thí nghiệm tại Bộ môn Công Nghệ Sinh Học và Bộ môn Bảo Vệ Thực Vật – Trƣờng Đại Học Nông Lâm TP. Hồ Chí Minh từ tháng 2 đến tháng 6 năm 2006. Thí nghiệm 1: Khảo sát ảnh hƣởng của dịch chiết nấm Phytophthora đến khả năng hình thành chồi từ mô sẹo tiêu  Tạo mô sẹo từ mẫu lá cây tiêu in vitro Thí nghiệm đƣợc thực hiện trên môi trƣờng MS có bổ sung 1mg/L 2,4D và 3mg/L BA.  Nuôi cấy tạo dịch nấm Phytophthora  Thí nghiệm chủng dịch nấm Phytophthora trong môi trƣờng nuôi cấy mô sẹo cây tiêu Thực hiện chủng dịch nấm Phytophthora vào môi trƣờng nuôi cấy mô sẹo tiêu với nhiều nồng độ dịch nấm khác nhau. (bảng bố trí thí nghiệm). Thí nghiệm 2: Nhuộm mẩu mô sẹo Nhuộm mẫu bằng phẩm nhuộm hai màu là dung dịch gồm hai thứ phẩm nhuộm: - Phẩm đỏ Carmin sẽ nhuộm màu hồng lạt hay tím lạt nếu màng tế bào bằng chất cellulose pectic. - Phẩm xanh lục vert d’iod sẽ nhuộm màu xanh lục nếu màng tế bào bằng chất gỗ (ligin) hay bần (suberin). iii Bố trí thí nghiệm chủng dịch nấm Phytophthora trong môi trƣờng nuôi cấy mô sẹo cây tiêu Phƣơng pháp vô trùng Nghiệm thức Nồng độ dịch nấm (%) Số chai Số mẫu/chai Tổng số mẫu DC 0 15 2 30 Hấp khử trùng CC 5 15 2 30 CB 10 15 2 30 CA 20 15 2 30 Lọc vô trùng KC 5 15 2 30 KB 10 15 2 30 KA 20 15 2 30 Ghi chú: DC: đối chứng có nồng độ dịch nấm là 0%, CC: nồng độ dịch nấm 5% có hấp khử trùng, CB: nồng độ dịch nấm 10% có hấp khử trùng, CA: nồng độ dịch nấm 20% có hấp khử trùng, KC: nồng độ dịch nấm 5% lọc vô trùng, KB: nồng độ dịch nấm 10% lọc vô trùng, KA: nồng độ dịch nấm 20% lọc vô trùng. iv MỤC LỤC Trang LỜI CẢM ƠN .............................................................................................................. i TÓM TẮT ................................................................................................................... ii MỤC LỤC ................................................................................................................. iv DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ....................................................................... vii DANH SÁCH CÁC BẢNG .................................................................................... viii DANH SÁCH CÁC HÌNH ..................................................................................................... ix PHẦN 1. GIỚI THIỆU ............................................................................................... 1 1.1 Đặt vấn đề ............................................................................................................. 1 1.2 Mục đích ............................................................................................................... 2 1.3 Yêu cầu ................................................................................................................. 2 1.4 Giới hạn đề tài ....................................................................................................... 2 PHẦN 2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU ........................................................................... 3 2.1 Nguồn gốc và lịch sử phát triển cây tiêu .............................................................. 3 2.2 Tình hình sản xuất và tiêu thụ hạt tiêu trên thế giới và Việt Nam ....................... 3 2.2.1 Thế giới ........................................................................................................ 3 2.2.2 Việt Nam ...................................................................................................... 4 2.2.2.1 Tình hình sản xuất ............................................................................... 4 2.2.2.2 Tình hình tiêu thụ ................................................................................ 7 2.3 Tình hình bệnh trên cây tiêu ................................................................................. 8 2.3.1 Bệnh chết nhanh dây tiêu do nấm Phytophothra gây ra .............................. 8 2.3.2 Điều kiện phát sinh bệnh, phát triển bệnh .................................................... 9 2.4 Giới thiệu về giống Phytophthora ........................................................................ 9 2.5 Lịch sử phát triển của nuôi cấy mô tế bào thực vật ............................................ 10 2.6 Sự hình thành và phát triển của mô sẹo .............................................................. 15 2.6.1 Sự hình thành mô sẹo ................................................................................. 15 2.6.2 Sự hình thành chồi từ mô sẹo ..................................................................... 17 2.7 Các nhóm chất kích thích ảnh hƣởng lên quá trình tạo mô sẹo ......................... 17 v 2.7.1 Auxin .......................................................................................................... 17 2.7.1.1 Tính chất sinh lý của Auxin ............................................................. 18 2.7.1.2 Auxin trong cây trồng ........................................................................ 18 2.7.1.3 Các chất auxin tổng hợp .................................................................... 19 2.7.2 Cytokinine .................................................................................................. 19 2.7.2.1 Tính chất sinh lý của Cytokinine ....................................................... 20 2.7.2.2 Cytokinine trong cây trồng ................................................................ 20 2.8 Một số nghiên cứu tạo cây kháng bệnh bằng phƣơng pháp nuôi cấy in vitro .......................................................... 20 PHẦN 3. VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP ............................................................ 22 3.1 Thời gian và địa điểm nghiên cứu ...................................................................... 22 3.2 Thiết bị và dụng cụ phòng thí nghiệm ................................................................ 22 3.2.1 Phòng chuẩn bị môi trƣờng ....................................................................... 22 3.2.2 Phòng cấy cây ............................................................................................ 22 3.2.3 Phòng cấy nấm ........................................................................................... 22 3.2.4 Phòng nuôi cây ........................................................................................... 23 3.2.5 Môi trƣờng cơ bản dùng trong thí nghiệm ................................................. 23 3.3. Vật liệu nuôi cấy ................................................................................................ 23 3.4. Phƣơng pháp thí nghiệm .................................................................................... 24 3.4.1 Thí nghiệm : Ảnh hƣởng của dịch chiết nấm Phytophthora đến khả năng hình thành chồi từ mô sẹo tiêu ................. 24 3.4.1.1 Tạo mô sẹo từ mẫu lá cây tiêu in vitro .............................................. 24 3.4.1.2 Nuôi cấy tạo dịch nấm Phytophthora ................................................ 24 3.4.2.3 Thí nghiệm chủng dịch nấm Phytophthora trong môi trƣờng nuôi cấy mô sẹo cây tiêu ............................................. 25 3.4.4 Nhuộm mẫu mô sẹo và xem kết quả dƣới kính hiển vi ................................... 27 3.5 Phân tích thống kê .............................................................................................. 27 PHẦN 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .................................................................. 28 4.1 Thí nghiệm : Ảnh hƣởng của dịch chiết nấm Phytophthora đến khả nằng hình thành chồi từ mô sẹo tiêu .............................. 28 4.1.1 Tạo mô sẹo từ mẫu lá cây tiêu in vitro ....................................................... 28 vi 4.1.2 Thí nghiệm chủng dịch nấm Phytophthora trong môi trƣờng nuôi cấy mô sẹo cây tiêu ......................................................... 28 4.3 Nhuộm mẫu mô sẹo tiêu sau 10 tuần nuôi cấy ................................................... 34 PHẦN 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................. 37 5.1 Kết luận ............................................................................................................... 37 5.2 Kiến nghị ............................................................................................................ 37 TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................ 38 MỤC LỤC 1 ............................................................................................................. 39 MỤC LỤC 2 ............................................................................................................. 40 vii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT HSTTMS: Hệ số tăng trƣởng mô sẹo BA: Benzyladenine 2,4-D: 2,4 – Dichlorophenoxyacetic Acid MS: Murashige & Skoog ctv: Cộng tác viên viii DANH SÁCH CÁC BẢNG Tên bảng Trang Bảng 2.1 Sản lƣợng tiêu của những quốc gia sản xuất tiêu từ 1991-1996 ....................... 5 Bảng 2.2 Tình hình sản xuất hồ tiêu các tỉnh trọng điểm (1997 - 1999) .................... 6 Bảng 2.3 Tình hình sản xuất - xuất khẩu hạt tiêu của Việt Nam và thƣơng mại quốc tế .................................................................. 7 Bảng 2.4 Thị trƣờng và số lƣợng hạt tiêu xuất khẩu từ 1996 – 6 tháng đầu năm 2000 (Tại cảng Sài Gòn - Thành phố Hồ Chí Minh) ................ 7 Bảng 3.1 Bố trí thí nghiệm chủng dịch nấm Phytophthora trong môi trƣờng nuôi cấy mô sẹo cây tiêu ................................. 26 Bảng 4.1 Kết quả tái sinh chồi và hệ số tăng trƣởng mô sẹo sau 90 ngày cấy .................................................... 29 ix DANH SÁCH CÁC HÌNH Trang Hình 4.1 Sự hình thành mô sẹo từ lá cây tiêu trên môi trƣờng MS có bổ sung 1mg/L 2,4D và 3mg/L BA .................................................................................. 28 Hình 4.2: Chồi tiêu hình thành từ mô sẹo trên môi trƣờng MS có bổ sung 1mg/L 2,4-D và 3mg/L BA sau 90 ngày nuôi cấy .............................................. 31 Hình 4.3 Chồi tiêu hình thành từ mô sẹo trên môi trƣờng MS có bổ sung 1mg/L 2,4-D, 3mg/L BA và 5% dịch nấm, hấp khử trùng sau 90 ngày nuôi cấy .......... 31 Hình 4.4 Chồi tiêu hình thành từ mô sẹo trên môi trƣờng MS có bổ sung 1mg/L 2,4-D, 3mg/L BA và 10% dịch nấm, hấp khử trùng sau 90 ngày nuôi cấy ........ 32 Hình 4.5 Chồi tiêu hình thành từ mô sẹo trên môi trƣờng MS có bổ sung 1mg/L 2,4-D, 3mg/L BA và 20% dịch nấm, hấp khử trùng sau 90 ngày nuôi cấy ....... 32 Hình 4.6 Chồi tiêu hình thành từ mô sẹo trên môi trƣờng MS có bổ sung 1mg/L 2,4-D, 3mg/L BA và 5% dịch nấm, lọc vô trùng sau 90 ngày nuôi cấy ............. 33 Hình 4.7 Chồi tiêu hình thành từ mô sẹo trên môi trƣờng MS có bổ sung 1mg/L 2,4-D, 3mg/L BA và 10% dịch nấm, lọc vô trùng sau 90 ngày nuôi cấy ........... 33 Hình 4.8 Chồi tiêu hình thành từ mô sẹo trên môi trƣờng MS có bổ sung 1mg/L 2,4-D, 3mg/L BA và 20% dịch nấm, lọc vô trùng sau 90 ngày nuôi cấy ........... 34 Hình 4.9 Mặt cắt mặt dƣới mô sẹo cây tiêu nuôi cấy trên môi trƣờng MS có bổ sung 1mg/L2,4D, 3mg/L BA sau 10 tuần (độ phóng đại 4x10) .................... 35 Hình 4.10 Mặt cắt mặt dƣới mô sẹo cây tiêu nuôi cấy trên môi trƣờng MS có bổ sung 1mg/L2,4D, 3mg/L BA và 10% dịch nấm sau 10 tuần (độ phóng đại 4x10) ............................................................................................ 35 1 PHẦN 1. GIỚI THIỆU 1.1 Đặt vấn đề Cây hồ tiêu (Piper nigum L. ) là loại cây công nghiệp có giá trị kinh tế cao, nó mang lại nguồn thu nhập chính cho nhiều hộ gia đình ở nƣớc ta. Hạt tiêu là một loại gia vị đƣợc ƣa chuộng trên khắp thế giới. Hạt tiêu có vị cay, có mùi thơm là gia vị không thể thiếu của nhiều món ăn. Ngoài ra tiêu còn đƣợc dùng trong công nghiệp chế biến hƣơng liệu, nƣớc hoa và trong y dƣợc. Việt Nam là một nƣớc có điều kiện khí hậu rất thuận lợi cho việc trồng và phát triển cây hồ tiêu. Trong những năm gần đây diện tích trồng tiêu của nƣớc ta đã gia tăng rất nhanh nhất là vùng miền Đông Nam Bộ và Tây Nguyên. Cùng với việc gia tăng về diện tích là việc gia tăng về sản lƣợng xuất khẩu. Do đó, áp lực dịch bệnh ngày càng gia tăng trong các vƣờn tiêu. Trong đó bệnh chết nhanh dây tiêu do nấm Phytophthora gây ra thực sự là một tai họa cho nhà vƣờn ở các vùng tiêu nguyên liệu lớn ở nƣớc ta. Bệnh xuất hiện và lây lan rất nhanh, thƣờng làm tiêu chết hạng loạt, thiệt hại năng suất trầm trọng, vì vậy việc hạn chế thiệt hại do loại bệnh này gây ra là một yêu cầu cấp thiết hiện nay. Hiện nay trên thế giới chƣa có một dòng tiêu thƣơng mại nào có khả năng kháng với nấm Phytophthora. Tuy nhiên, một vài dòng tiêu có khả năng chống chịu với loại nấm này đã đƣợc tìm thấy ở Ấn Độ, Malaysia và Indonesia. Ở Việt Nam đã có nhiều nghiên cứu về các biện pháp phòng trừ loại nấm này nhƣng chƣa có biện pháp nào thực sự có hiệu quả và lâu dài. Ngƣời dân chủ yếu sử dụng thuốc hóa học làm biện pháp chính để hạn chế bệnh nhƣng không có hiệu quả. Sử dụng thuốc hóa học rất tốn kém và dẫn đến các tác hại đối với môi trƣờng. Các nghiên cứu về biện pháp sử dụng nấm đối kháng vẫn chƣa thực sự có hiệu quả. Vì vậy cần phải có những dòng tiêu có khả năng chống chịu với nấm Phytophthora để làm giảm thiệt hại do loại nấm này gây ra. Trƣớc những yêu cầu cấp thiết đó chúng tôi quyết định thực hiện đề tài “Tạo cây tiêu (Piper nigrum) in vitro kháng nấm Phytophthora sp.” để tạo ra những dòng tiêu có khả năng chống chịu với nấm Phytophthora nhằm làm giảm thiệt hại của loài nấm này gây ra. 2 1.2 Mục đích - Tạo cây tiêu có khả năng chống chịu nấm Phytophthora. 1.3 Yêu cầu - Thực hiện chủng dịch nấm Phytophthora vô trùng với nhiều nồng độ khác nhau trên mô sẹo tiêu. - Bƣớc đầu tạo ra nhiều cá thể sau đó thực hiện việc chọn lọc các cá thể có tính kháng cao. - Thực hiện nhuộm mẫu mô sẹo tiêu, xem hình thái để bƣớc đầu đánh giá ảnh hƣởng của dịch nấm đối với sự phát triển của mô sẹo. 1.4 Giới hạn đề tài Do giới hạn về thời gian nên đề tài chỉ dừng lại ở giai đoạn tạo ra cây tiêu in vitro trong phòng thí nghiệm. 3 PHẦN 2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 Nguồn gốc và lịch sử phát triển cây tiêu Cây tiêu (Piper nigrum) thuộc họ Piperaceae. Có nguồn gốc từ tây nam Ấn Độ nằm ở vùng Ghats và Assam, mọc hoang trong rừng, đƣợc ngƣời Ấn Độ phát hiện, sử dụng đầu tiên và cho rằng việc phát hiện này là rất quý giá. Đến đầu thế kỷ thứ XIII cây tiêu mới đƣợc trồng rộng rãi và sử dụng trong bữa ăn hàng ngày. Lúc này, cây tiêu đã đƣợc trồng cả ở Indonesia và Malaysia. Đến thế kỷ thứ XVIII cây tiêu đƣợc trồng ở Srilanka và Campuchia. Vào đầu thế kỷ thứ XX thì cây tiêu đƣợc trồng tiếp ở các nƣớc nhiệt đới nhƣ Châu Phi nhƣ: Madagasca, Nigieria, Congo và ở châu Mỹ nhƣ: Brazil, Mexico… Ở nƣớc ta cây tiêu đƣợc trồng rất lâu từ trƣớc khi ngƣời Pháp đến xâm chiếm. Khi những ngƣời Trung Hoa di dân vào Campuchia ở dọc vùng biển vịnh Thái Lan nhƣ: Konpong Trach, Kep, Campot và lúc đó tiêu đƣợc trồng ở nƣớc ta chủ yếu ở đảo Phú Quốc, Hòn Chông, Hà Tiên, một số ít ở Bà Rịa và Thủ Dầu Một. 2.2 Tình hình sản xuất và tiêu thụ hạt tiêu trên thế giới và Việt Nam 2.2.1 Thế giới Theo thống kê của FAO thì hiện nay trên thế giới có khoảng 70 nƣớc trồng tiêu. 1954 toàn thế giới có khoảng 64.000 tấn hột tiêu. 1978 là 160.000 tấn hột tiêu. 1983 là 180.000 tấn hột tiêu. Sau 1982 sản lƣợng tiêu trên thế giới giảm dần do sâu bệnh và thời tiết. Đồng thời một phần cũng do sự ô nhiễm môi trƣờng gây ảnh hƣởng tới sự thụ phấn của hoa tiêu. Đến năm 1989-1990 diện tích trồng tiêu trên toàn thế giới đã tăng vọt và sản lƣợng đạt khoảng 185.000 tấn tiêu hột. Các nƣớc sản xuất tiêu nhiều nhất trên thế giới lúc này là Ấn Độ, Indonesia, Malaysia, Brazil, Madagasca và Srilanka. Hiện nay, những nƣớc trồng tiêu nhiều nhất là Ấn Độ, Indonesia và Việt Nam. Trên thế giới mức tiêu thụ hạt tiêu hàng năm đạt khoảng 4-5%. Các sản phẩm đƣợc trao đổi dƣới dạng: tiêu đen, tiêu trắng, tiêu xanh và dầu nhựa tiêu. Hiện nay, nƣớc Mỹ đang đứng đầu về nhập khẩu tiêu với khoảng 1/3 lƣợng tiêu của thế giới. Sau 4 đó là các nƣớc Nga, Đức, Pháp, Ý và thị trƣờng của Anh. Ngoài ra thị trƣờng các nƣớc Trung Đông và Bắc Phi cũng đang tiêu thụ ngày càng nhiều. (Bảng 2.1) 2.2.2 Việt Nam 2.2.2.1 Tình hình sản xuất Trƣớc năm 1975, Miền Bắc đƣợc trồng chủ yếu ở Nghệ An, Quảng Bình và Miền Nam đƣợc trồng ở Phú Quốc, Long Khánh, Lộc Ninh. Năm 1995 diện tích từng bƣớc gia tăng song biến động không ổn định bởi thiên tai, bệnh tật. Từ 1990- 1995 do giá tiêu bị giảm mạnh và không có thị trƣờng tiêu thụ nên các vƣờn tiêu bị phá đi rất nhiều. Từ năm 1996 các nƣớc nhƣ Indonesia, Brazil,… bị ảnh hƣởng của thiên tai, khu vực Đông Nam Á bị khủng hoảng tài chính, nên giá tiêu đã gia tăng lên 4.000 USD/tấn vào năm 2000, và đó là cơ hội thuận lợi cho hồ tiêu Việt Nam vƣơn lên chiếm lĩnh thị trƣờng hạt tiêu thế giới. Năm 1997-1999 diện tích tiêu tăng từ 9.777 lên 15.461 ha. Diện tích tiêu tăng nhanh nhất ở vùng Đông Nam Bộ từ 5.893 ha tăng lên 9.115 ha (chiếm 60,27% diện tích tiêu của cả nƣớc). (Bảng 2.2) Năng suất tăng chậm và có sự sai khác rất lớn giữa các vùng và tỉnh có trồng tiêu. Năng suất bình quân năm 1997 là 2,08 tấn/ha đến năm 1999 cũng chỉ đạt 2,12 tấn/ha nhƣng cao nhất là ở vùng Đông Nam Bộ đạt 2,55 tấn/ha, trong khi năng suất thấp nhất là ở vùng Bắc Trung Bộ chỉ đạt 0,75 tấn/ha (bằng 29,4% so với năng suất tiêu của vùng Đông Nam Bộ). Đặc biệt tỉnh Bình Phƣớc với diện tích thu hoạch 2.405 ha, năng suất đạt 3,8 tấn/ha (gấp 6,9 lần năng suất tiêu của tỉnh Quảng Bình). Năng suất bình quân năm 1997 đạt 18.970 tấn. Sản lƣợng tiêu tính trên diện tích cho thu hoạch theo thống kê năm 1997 là 13.007 tấn và năm 1999 tăng lên 18.970 tấn song thực tế xuất khẩu năm 1999 đạt 34.000 tấn. Tổng lƣợng tiêu 3 năm 1997-1999 là 47.860 tấn trong khi lƣợng tiêu xuất khẩu lại là 74.500 tấn. (Bảng 2.3) 5 Bảng 2.1 Sản lƣợng tiêu của những quốc gia sản xuất tiêu từ 1991-1996 (đơn vị: tấn) Quốc gia 1991 1992 1993 1994 1995 1996 Trung bình Asia & Pacific 182,016 183,721 144,976 158,028 169,189 153,988 165,320 India 55,000 60,000 55,000 50,000 55,000 60,000 55,833 Indonesia 61,000 62,000 23,500 42,500 59,000 39,200 47,867 Malaysia 29,000 26,000 17,600 16,000 13,000 12,000 18,933 Vietnam 8,900 7,830 18,500 20,000 20,000 20,000 15,872 China P.R. 13,108 12,321 10,461 12,409 5,000 8,000 10,217 Thailand 10,443 10,500 9,000 10,104 10,949 9,773 10,128 Sri Lanka 2,850 3,255 9,000 5,000 3,725 3,000 4,472 Cambodia 1,700 1,800 1,900 2,000 2,500 2,000 1,983 Brunei Darus 15 15 15 15 15 15 15 South Pacific 158 159 164 168 168 168 197 Fiji 140 145 145 150 150 150 176 Samoa 5 5 6 6 6 6 7 Micronisea 13 9 13 12 12 12 14 Latin America 51,774 30,615 26,427 25,303 21,940 21,690 29,625 Brazil 50,000 27,500 25,000 23,000 20,000 19,500 27,500 Mexico 894 2,395 734 1,363 1,000 1,250 1,273 Guatemala 360 370 380 380 380 380 375 Honduras 420 160 213 400 400 400 332 Saint Lucia 100 190 100 160 160 160 145 Africa 5,427 4,543 4,665 4,565 4,565 4,565 5,833 Madagasca 2,160 2,000 2,300 2,300 2,500 2,500 2,327 Malawi 1,000 900 700 700 700 700 900 Zimbabue 700 800 900 700 700 700 750 Benin 894 150 150 150 150 150 299 Kenya 200 300 400 300 300 300 300 Cote di Voire 100 100 100 100 100 100 100 Cameroon 63 63 65 65 65 65 64 Ethiopia 100 200 50 Zambia 30 30 50 50 50 50 43 Tổng 239,038 219,038 176,232 188,064 195,862 180,411 199,975 Nguồn: Proc. Peper Tech. Meet, 1997. 6 Bảng 2.2 Tình hình sản xuất hồ tiêu các tỉnh trọng điểm (1997 - 1999) Đơn vị tính: DT (ha); NS (tấn/ha); SL (tấn) Nguồn: Tổng cục thống kê Việt Nam, năm 2000. Số thứ tự Hạng Mục Năm 1997 Năm 1998 Năm 1999 Diện tích Tổng số DT thu hoạch Năng suất Sản lƣợng DT tổng số DT thu hoạch Năng suất Sản lƣợng DT tổng số DT thu hoạch Năng suất Sản lƣợng Cả nƣớc 9777 6243 2.08 13007 12783 7609 2.09 15883 15641 8939 2.12 18970 A Miền Bắc 1405 1153 0.69 795 1754 1261 0.74 932 1900 1337 0.75 1002 I Bắc TBộ 1405 1153 0.69 795 1754 1261 0.74 932 1900 1337 0.75 1002 1 Nghệ An 279 226 0.70 158 279 230 0.70 161 284 230 0.75 172 2 Quảng Bình 181 149 0.64 95 199 153 0.48 73 209 156 0.55 86 3 Quảng Trị 842 702 0.70 491 1153 798 0.82 652 1284 870 0.80 696 B Miền Nam 8372 5090 2.40 12212 11029 6348 2.36 14951 13741 7602 2.36 17968 I DH Trung bộ 329 306 1.14 348 424 312 1.10 344 476 322 1.15 369 1 Quảng Nam 37 33 0.48 16 42 35 0.46 16 47 37 0.49 18 2 Bình Định 60 47 0.68 32 79 47 0.55 26 107 56 0.55 31 3 Phú Yên 97 97 1.92 186 166 105 1.91 201 186 115 1.95 224 4 Khánh Hòa 11 10 1.40 14 9 8 0.88 7 12 9 0.89 8 II Tây Nguyên 1712 999 1.63 1626 2492 1585 1.66 2638 3551 1833 2.00 3666 1 Gia Lai 303 128 0.70 89 695 238 0.75 179 1274 333 2.45 816 2 Đắc Lắc 1409 871 1.76 1537 1797 1347 1.83 2459 2277 1500 1.90 2850 III Đông Nam bộ 5893 3415 2.76 9412 7726 4080 2.75 11230 9115 5061 2.55 12925 1 Lâm Đồng 52 31 2.06 64 129 49 1.96 96 190 47 1.64 77 2 Bình Phƣớc 3437 704 10.06 7080 911 2100 3.78 7943 4816 2405 3.80 9139 3 Tây Ninh 245 185 1.25 231 298 240 1.63 391 495 263 1.82 478 4 Bình Dƣơng 244 138 2.21 305 249 143 2.30 329 262 145 2.30 334 5 Đồng Nai 52 520 0.92 480 611 428 1.07 457 630 430 1.07 461 6 Bình Thuận 270 150 1.93 289 656 291 1.65 480 850 496 1.71 846 7 BR-Vũng Tàu 996 565 1.38 780 1743 705 1.91 1349 1743 1150 1.22 1404 IV Đồng Bằng SCL 433 364 2.26 823 511 380 2.00 760 642 520 1.80 936 1 Kiên Giang 433 364 2.26 823 511 380 2.00 760 642 520 1.80 936 7 Bảng 2.3 Tình hình sản xuất - xuất khẩu hạt tiêu của Việt Nam và thƣơng mại quốc tế Đơn vị tính: Tấn Năm Sản lƣợng hạt tiêu sản xuất Khối lƣợng xuất khẩu Thƣơng mại quốc tế 1996 1997 1998 1999 Tổng cộng 10.500 13.007 15.883 18.970 58.360 25.300 24.700 23.000 34.800 107.800 195.700 243.700 225.000 Nguồn: Bộ thương mại, năm 2000. 2.2.2.2 Tình hình tiêu thụ Nƣớc ta chủ yếu sản xuất mặt hàng tiêu đen, thị trƣờng tiêu thụ trong nƣớc hàng năm chỉ đạt khoảng 3.500-4.000 tấn/năm, còn phần lớn sản lƣợng tiêu dành cho xuất khẩu. Theo Bộ Thƣơng Mại, hạt tiêu Việt Nam đã xuất khẩu cho 30 nƣớc trên thế giới. Cả nƣớc xuất khẩu từ 1996-1999 là 107.800 tấn (bình quân một năm 26.950 tấn), tốc độ tăng 12% /năm. Riêng số liệu xuất khẩu mà cơ quan kiểm dịch tại cảng TP.Hồ Chí Minh cho biết từ 1996 đến 20/6/2000 là 110.656 tấn. Đặc biệt 6 tháng đầu năm 2000 đã xuất khẩu 28.801 tấn. Thị trƣờng tiêu xuất khẩu chủ yếu của Việt Nam (1996-6/2000) là các nƣớc: Mỹ, các nƣớc EU, Singapore. Bảng 2.4 Thị trƣờng và số lƣợng hạt tiêu xuất khẩu từ 1996 – 6 tháng đầu năm 2000 (Tại cảng Sài Gòn - Thành phố Hồ Chí Minh) Năm Số lƣợng (tấn) Thị trƣờng nhập 1996 1997 1998 1999 6 tháng đầu năm 2000 Tổng cộng 24.776,80 20.815,51 7.669,78 28.593,42 28.801,16 110.656,67 Mỹ, Ấn Độ, Singapore, EU, Hà Lan, Pháp, Ai Cập, Hồng Kông, Malaysia, Sudan, UAE, Bulgaria, Pakistan, Kuwait, Israel, Hy lạp, Đức, Hungari, Nga, Tây Ban Nha Nguồn: Kiểm dịch - Cục BVTV, năm 2000. 8 2.3 Tình hình bệnh trên cây tiêu 2.3.1 Bệnh chết nhanh dây tiêu do nấm Phytophothra gây ra Thành phần bệnh hại trên tiêu rất đa dạng và phong phú, chúng làm cho cây suy yếu, héo vàng rồi làm chết cây hay làm cho cây không phát triển nổi, nhƣng cũng có bệnh làm cho cây tiêu chết rất nhanh trong vòng 3-4 ngày, chết hàng loạt, phổ biến ở tất cả các vùng tiêu nguyên liệu trên thế giới nhƣ Malaysia, Indonesia, Ấn Độ, Brazil, Srilanka, Thái Lan và Việt Nam. Trong các bệnh hại trên tiêu nhƣ: thán thƣ (Colletotrichum gloeosprioides), đen lá (Lansiondiplodia theobromce), đốm lá (Rosellina sp.), khô vằn (Rhizoctonia solani), bệnh chết nhanh dây tiêu (Phytophthora parasitica), bệnh chậm lớn cây lùn, bệnh tiêu điên và bệnh do tuyến trùng gây ra. Trong đó bệnh chết nhanh dây tiêu thật sự là một tai họa cho nhà vƣờn, bệnh xuất hiện và lây lan rất nhanh, thƣờng làm tiêu chết hàng loạt gây mất trắng hay làm giảm năng suất trầm trọng. Bệnh thƣờng do nấm Phytophthora sp. sống trong đất gây ra, đôi khi con kết hợp với các nấm khác nhƣ Fusarium sp., Pythium sp., Rhizoctonia sp. cùng tấn công làm cây tiêu chết nhanh chóng. Bệnh thƣờng xảy ra trong mùa mƣa khi có khí hậu nóng và ẩm (Trần Văn Hòa, 2001). Theo kết quả nghiên cứu của bộ môn Bảo Vệ, Viện Kỹ Thuật Khoa Học Nông Lâm Nghiệp Tây Nguyên năm 1999 thì bệnh này xuất hiện với tỷ lệ thấp (0.11% ở Gia Lai), chƣa đƣợc coi là bệnh nguy hiểm cho cây tiêu ở vùng Tây Nguyên nhƣng đến năm 2000-2001 bệnh đã gây thành dịch ở một số vùng EaHLeo, Easup, CƣM’gar thuộc tỉnh Đắc Lắc. Ở tỉnh Gia Lai, vùng bị thiệt hại nặng là Mang Yang (Tạp chí thông tin khoa học kỹ thuật Nông Lâm Nghiệp, số 1/2001). Từ khi cây tiêu rũ lá vàng và rụng hàng loạt chỉ trong 5-7 ngày. Bệnh lây lan rất nhanh, qua đất, qua nƣớc tƣới, cả vƣờn tiêu bị hại chỉ trong vòng vài tuần hay vài tháng. Khi thấy triệu chứng héo dây thì bộ rễ đã bị nấm tấn công trƣớc 1,5-2 tháng, do đó bệnh rất khó phòng trị (Trần Văn Hòa, 2001). Trong vƣờn có khoảng 5-7% cây chết thì phần lớn cây khác đã bị nấm tấn công. Thực tại các vƣờn tiêu chuyên canh ở Bình Phƣớc, Bà Rịa – Vũng Tàu, Đồng Nai hiện đang bị bệnh này tàn phá dữ dội, có vƣờn hầu nhƣ chết hoàn toàn gây mất trắng năng suất. Bệnh này hại hầu hết các bộ phận của cây tiêu: Thân, rễ, lá, cổ rễ, trái. Bộ phận rễ và phần thân ngầm bị nấm tấn công thối đen, vỏ bong ra khỏi rễ, phần dây trên mặt đất bị 9 héo, lá chuyển sang màu vàng và rụng hàng loạt trong 7-14 ngày, để lại cành trơ trụi và khô đi, sau đó toàn cây bị héo đen và chết. Vào mùa mƣa bệnh xuất hiện ở lá dƣới những vòng nâu đen, tập trung ở đầu lá, các đốm lớn dần, có màu nâu sậm và rất dễ rụng. Khi bệnh tấn công vào dây, thân, lá bị bệnh và rụng, cùng lúc đó lóng cũng bị rụng. Đến nay chƣa có biện pháp hữu hiệu để trị nấm Phytophthora khi đã bị xâm nhập vào cây tiêu. Khi bệnh đã rồi thì không còn chữa trị đƣợc nữa, cho nên hiện nay phòng bệnh là biện pháp chủ yếu để làm giảm tối thiểu thiệt hại do nấm Phytophthora gây ra. 2.3.2 Điều kiện phát sinh bệnh, phát triển bệnh Bệnh héo nhanh do nấm Phytophthora sp. tấn công trên cây tiêu thƣờng xảy ra trong mùa mƣa, khi có khí hậu nóng và ẩm. Bệnh xảy ra trên những vƣờn thoát nƣớc kém, đất bị úng nƣớc hoàn toàn là điều kiện cho nấm phát triển. Nấm Phytophthora sống trong đất dƣới hình thức các sợi nấm (mycelium) hoặc các bào tử có vách dày gọi là noãn bào tử (oospores), các noãn bào tử tồn tại hàng năm trong đất. Khi đất ẩm, các noãn bào tử nảy mầm cho ra các sợi nấm (mycelia), các sợi nấm sinh ra các bào tử nang (sporangia), các bào tử nang chứa các cá thể gây bệnh gọi là động bào tử (zoospores). Các động bào tử chỉ phóng thích ra ngoài bào tử nang để đi gây bệnh khi đất bị úng nƣớc hoàn toàn. Khi ra ngoài các động bào tử dùng roi (flagella) bơi tới các rễ cây để gây bệnh hay bơi theo dòng nƣớc mƣa để tới các nơi khác trong vƣờn, làm bệnh lây lan rất nhanh. Vƣờn bị ngập úng nƣớc càng lâu thì áp lực bệnh càng lớn. Ngoài ra tuyến trùng cũng tạo điều kiện thuận lợi cho nấm phát triển, tuyến trùng xâm nhập vào rễ tạo vết thƣơng hở cho nấm xâm nhập vào gây bệnh (Trần Văn Hòa, 2001). 2.4 Giới thiệu về giống Phytophthora Phytophthora (Gr. Phyton: Thực vật; phthora: phá hoại), đƣợc đặt bởi Bary (1876). Nấm Phytophthora là loại khá phổ biến của lớp Oomycetes thuộc họ Pythiacea, bộ Pernoporales, sợi nấm không màu, không vách ngăn, đơn bào, kích thƣớc không đều, túi bào tử có hình trứng và hình quả chanh, trên đầu có nuốm hoặc không có nuốm, không màu, trong suốt. Bào tử hình cầu hoặc hình thận có hai lông roi, di chuyển rất nhanh trong nƣớc, nhiệt độ thích hợp để nấm sinh trƣởng và phát triển từ 25-30oC, pH 6-7. 10 Các loài Phytophthora tấn công một phạm vi thực vật rộng lớn và là tác nhân gây một số dịch bệnh nghiêm trọng trên thế giới – điểm hình nhƣ bệnh mốc sƣơng mai (hay tàn lụi muộn) trên khoai tây đã gây ra nạn đói ở Châu Âu những năm 1840, nguyên nhân do nấm P. infestans (Bourke, 1964). Bệnh Phytophthora đã đƣợc nghiên cứu sâu tại Châu Âu. Tuy nhiên đây lại là bệnh khá phổ biến ở vùng nhiệt đới ẩm và gây nhiều bệnh nguy hiểm làm mất mùa ở nhiều loại cây ăn quả quan trọng ở những vùng này; nhƣ bệnh thối rễ, thối ở cổ rễ, loét thân, tàn lụi lá và thối trái. Nấm P. palmivora đã gây rất nhiều bệnh trên nhiều loại cây trồng khác nhau: đen vỏ cacao; thân và trái đu đủ; thối rễ và tàn lụi trên cam quýt; thối chồi trên cọ; sọc đen trên cao su; thối rễ loét thân sầu riêng; chết nhanh trên tiêu. Trên cây tiêu dòng nấm Phytophthora gây hại đƣợc xác định là nấm Phytophthora sp. gây hại chủ yếu trong mùa mƣa, nhất là vào cuối mùa mƣa khi có khí hậu ấm và ẩm. Nấm Phytophthora sp. có thể tấn công riêng lẻ nhƣng đa số có sự kết hợp với các nấm khác nhƣ Fusarium, Pythium và Rhizoctonia. Có thể nói Phytophthora là một nhóm lớn có mặt khắp mọi nơi trên thế giới và có hơn 1000 cây ký chủ, một vài loài của Phytophthora đã trở thành dịch hại (Gregory, 1983). Trong khi P. cinnamomi đƣợc tìm thấy ở vùng nhiệt đới thì P. palmivora, P. paracitica (P. nicotianae) và P. citrophthora là đặc trƣng ở vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới; P. infestans, P. syringae và P. fragariae xuất hiện phổ biến ở vùng ôn đới. 2.5 Lịch sử phát triển của nuôi cấy mô tế bào thực vật Năm 1983, hai nhà sinh vật học Đức Schleiden và Schwan đã đề xƣớng thuyết tế bào và nêu rõ: mọi cơ thể sinh vật phức tạp đều gồm nhiều đơn vị nhỏ các tế bào hợp thành. Các tế bào đã phân hóa đều mang các thông tin di truyền có trong tế bào đầu tiên, đó là trứng sau khi thụ tinh, và là những đơn vị độc lập, từ đó có thể xây dựng lại toàn bộ cơ thể. Năm 1902, Haberlandt là ngƣời đầu tiên đƣa các giả thuyết của Schleiden và Schwan vào thực nghiệm. Ông viết trong một tác phẩm nhƣ sau: “Để kết luận, tôi tin tƣởng rằng tôi không đƣa ra một tiên đoán quá táo bạo nếu cho rằng bằng nuôi cấy, ngƣời ta có khả năng tạo các phôi nhân tạo từ các tế bào soma”. Haberlandt đã gặp thất bại trong nuôi cấy từ lá một số cây một lá mầm nhƣ: Erythronium, Ornithogalum, 11 Tradescantia. Ngày nay, chúng ta biết rất rõ thất bại của Haberlandt vì các cây một lá mầm rất khó nuôi cấy, hơn nữa, ông đã dùng những tế bào đã mất khả năng tái sinh. Năm 1922, Kotte, học trò của Haberlandt, và Robins, ngƣời Mỹ, lập lại thí nghiệm của Haberlandt với đỉnh sinh trƣởng tách từ đầu rễ một cây hòa thảo. Trong môi trƣờng lỏng gồm có muối khoáng và glucose, đầu rễ sinh trƣởng khá mạnh, tạo nên một hệ rễ nhỏ có cả rễ phụ. Tuy nhiên, sự sinh trƣởng nhƣ vậy chỉ tồn tại một thời gian, sau đó chậm dần và ngừng lại, mặc dù các tác giả đã chuyển sang môi trƣờng mới. Năm 1934, bắt đầu giai đoạn thứ hai của nuôi cấy mô tế bào thực vật, khi White nuôi cấy thành công trong một thời gian dài rễ cây cà chua (Lycopersicum esculentum) với một môi trƣờng lỏng chứa muối khoáng, glucose và nƣớc chiết nấm men. Sau đó ít lâu, White chứng minh là có thể thay thế nƣớc chiết nấm men bằng hỗn hợp ba loại vitamin nhóm B: thiamine (B1), pyridoxine (B6) và nicotinic acid. Từ đó, việc nuôi cấy đầu rễ trong thời gian vô hạn đã đƣợc tiến hành ở nhiều cây khác nhau. Cũng trong thời gian này Gautheret ở Pháp đã tiến hành các nghiên cứu nuôi cấy mô tƣợng tầng một số cây gỗ. Sau khi Went và Thimann phát hiện chất điều hóa sinh trƣởng (hormon) đầu tiên, acid- -indolacetic (IAA), và kết tinh đƣợc chất này, Gautheret xác nhân tác dụng kích thích sinh trƣởng mô sẹo của IAA và nhóm 3 vitamin do White đề nghị. Cùng với Nobercourt, năm 1939, Gautheret đã thành công trong việc duy trì sự sinh trƣởng trong thời gian vô hạn của mô sẹo cà rốt (Daucus carota) trên một môi trƣờng rắn bằng thạch, bằng cách cấy chuyền 6 tuần một lần. Năm 1941, Overbeck chứng minh tác dụng kích thích sinh trƣởng của nƣớc dừa trong nuôi cấy phôi họ cà (Datura). Sau đó, năm 1948, Steward xác nhận tác dụng nƣớc dừa trên mô sẹo cà rốt. Trong thời gian này, nhiều chất sinh trƣởng nhân tạo thuộc nhóm auxin đƣợc nghiên cứu và tổng hợp thành công. Chất -napthyl acetic acid (NAA) và chất 2,4-dichloro phenoxy acetic acid (2,4D) đƣợc bắt đầu sử dụng để trừ lá cỏ rộng trong nông nghiệp. Nhiều tác giả đã nhận thấy rằng cùng với nƣớc dừa, 2,4D và NAA đã giúp tạo mô sẹo, gây phân chia tế bao thành công ở nhiều đối tƣợng thực trƣớc đây rất khó nuôi cấy. Năm 1954, Skoog đã tình cờ thấy, nếu thêm một ít chế phẩm đã để lâu của acid desoxyribonucleic (DNA) lấy từ tinh dịch cá bẹ vào môi trƣờng nuôi cấy các mảnh mô 12 thân cây thì tác dụng kích thích sinh trƣởng trở nên rõ rệt. Phòng thí nghiệm Skoog cố gắng tìm bản chất hiện tƣợng kích thích sinh trƣởng của DNA. DNA mới ly trích từ tinh dịch cá bẹ không có tác dụng nhƣng nếu đem hấp trong hơi acid thì mẫu DNA cũng có hoạt tính nhƣ mẫu DNA cũ. Skoog cho rằng chất có hoạt tính là một sản phẩm phân giải của DNA. Năm 1955, chất này đƣợc xác lập là 6-furfurylaminopurine và đƣợc Skoog đặt tên là Kinetin do tác dụng kích thích sự phân bào. Sau này ngƣời ta chứng minh rằng sự phân bào của thực vật trong tự nhiên cũng do chất hóa học tƣơng tự nhƣ kinetin điều khiển và gộp các chất này vào nhóm cytokinin. Chất cytokinin đầu tiên đƣợc tách từ thực vật bậc cao là zeatin lấy từ mầm ngô. Việc phát hiện vai trò của IAA, NAA, 2,4D và kinetin cùng với phát hiện vai trò của các vitamin và nƣớc dừa là những bƣớc tiến rất quan trọng trong giai đoạn phát triển thứ hai cùa nuôi cấy mô thực vật, đó là tiền đề kỹ thuật cho việc xây dựng các môi trƣờng xác định về mặt hóa học và cho việc làm các thí nghiệm ổn định dẫn đến các giai đoạn tiếp theo của ngành khoa học này. Năm 1957, Skoog và Miller công bố các kết quả nghiên cứu về ảnh hƣởng của tỷ lệ kinetin/auxin trong môi trƣờng nuôi cấy đối với việc hình thành các cơ quan của mô sẹo thuốc lá. Khi giảm thấp tỷ lệ kinetin/auxin, mô sẹo có khuynh hƣớng phát triển rễ, ngƣợc lại nếu tỷ lệ kinetin/auxin tăng thì dẫn đến hiện tƣợng tạo chồi ở mô sẹo. Hiện tƣợng này đƣợc xác nhận trên nhiều cây khác nhau và đóng góp rất lớn vào điều khiển sinh trƣởng, phát triển, phát sinh cơ quan của mô tế bào trong nuôi cấy. Thành công của Skoog và Miller dẫn đến nhiều phát hiện quan trọng khác, mở đầu cho giai đoạn thứ ba của lịch sử nuôi cấy mô thực vật. Trong thời gian từ 1954 đến 1959, kỹ thuật tách và nuôi cấy tế bào đơn, các tế bào sống độc lập không dính với các tế bào khác đã đƣợc phát triển. Muir, Hildebrandt và Riker đã tách các tế bào mô sẹo thành một dịch huyền phù các tế bào đơn bằng cách đƣa lắc trên máy lắc. Nickell (1956) nuôi liên tục đƣợc một huyền phù tế bào đơn cây đậu (Phaseolus vulgaris). Melches và Beckman (1959) đã nuôi liên tục tế bào đơn trong các bình dung tích khá lớn bằng cách sục khí liên tục và thỉnh thoảng thu hoạch tế bào, thêm dung dịch dinh dƣỡng mới. Kỹ thuật nuôi cấy tế bào đơn đã phát triển cao độ với các thiết bị tinh vi phức tạp do Street và những ngƣời cộng tác đề nghị. Năm 1960 Bergman công bố có thể dùng phƣơng pháp lọc đơn giản để thu đƣợc một huyền 13 phù không có tế bào dính cụm ma gồm hầu hết là tế bào đơn. Các tế bào đơn có thể gieo trên môi trƣờng, trong các hộp lồng, tiếp tục sống, phân chia và tái tạo mô sẹo. Cùng với kỹ thuật gieo tế bào của Bergman, nhiều tác giả đã thành công trong việc tạo dựng đƣợc một cây hoàn chỉnh từ một tễ bào, chứng minh một cách tốt đẹp tính toàn thế của tế bào thực vật. Khả năng nuôi cấy tế bào thực vật trong các bình lên men dùng trong công nghiệp vi sinh và khả năng tái tạo cây hoàn chỉnh từ tế bào đã mở ra những triển vọng mới trong việc tạo dòng tế bào đột biến, các dòng tế bào siêu sản xuất (over production) một sản phẩm thứ cấp nào đó và khả năng tăng tần suất đột biến trong di truyền đột biến ở thực vật bậc cao. Ngƣời ta bắt đầu chú ý đến kỹ thuật nuôi cấy túi phấn sau khi Guha và Maheswari (1966) công bố tạo thành công cây đơn bội từ nuôi cấy túi phấn cây cà độc dƣợc (Datura inoxia). Một năm sau, nhóm Bourgin và Nitsch tạo thành công cây đơn bội từ túi phấn thuốc lá. Đến nay, việc tạo cây đơn bội thông qua nuôi cấy túi phấn và hạt phấn dã thành công ở rất nhiều cây và đã đóng góp vô cùng lớn vào việc tăng thêm các kiến thức di truyền thực vật và thực tiễn tuyển chọn giống. Năm 1960, Cooking ở trƣờng đại học Nottingham công bố có thể dùng cellulase để phân hủy vỏ cellulose của vỏ tế bào thực vật, kết quả thu đƣợc các tế bào tròn, không có vỏ bọc gọi là protoplast. Ngƣời ta thật sự chú ý đến triển vọng của protoplast vào đầu những năm 1970, khi các tác giả Nagata và Takebe (Nhật) thành công trong việc làm cho các protoplast tách từ mô thuốc lá tái tạo vỏ cellulose, phân chia và tạo thành một quần lạc tế bào trong môi trƣờng lỏng. Đông thời Takebe, Labib và Melchers đã sử dụng kỹ thuật gieo tế bào của Bergman vào protoplast và tạo cây hoàn chỉnh từ protoplast. Do các protoplast có khả năng dung hợp đƣợc với nhau trong các điều kiện nhất định và hấp thu các phân tử lớn hoặc thậm chí các cơ quan tử từ bên ngoài, các nhà nuôi cấy mô thực vật đặt hi vòng vào kỹ thuật protoplast để chọn giống có hiệu quả hơn. Hy vọng này đến nay đƣợc thực tế hoàn toàn xác nhận sau khi nhiều nhóm nghiên cứu trên thế giới đã tuyên bố lai thành công giữa loài nhờ kỹ thuật protoplast, một việc không thể thực hiện đƣợc bằng lai hữu tính cổ điển. Về mặt lý luận di truyền học, protoplast là công cụ không thay thế đƣợc để nghiên cứu hiện tƣợng NST hòa hợp của các tế bào khác loài sau khi dung hợp, vai trò của DNA trong các cơ quan tử và quan hệ của chúng với DNA trong nhân bào. 14 Vấn đề biến tính của tế bào thực vật đƣợc Ledoux và cộng tác viên đề xƣớng vào năm 1965. Ông cho rằng tế bào, thậm chi hạt gống thực vật, có khả năng hấp thụ DNA ngoại lai vào trong tế bào. DNA ngoại lai có thể gắn với DNA nội bào và có hoạt động biểu hiện tính di truyền, gây nên sự biến tính ở thực vật nhƣ đã chứng minh ở vi sinh vật Các thí nghiệm của Ledoux đƣợc tranh cãi rất nhiều, đến nay hầu hết các nhà khoa học có liên quan đều xác nhận khả năng xâm nhập của DNA ngoại lai, nhất là vào protoplast thực vật, khả năng tồn tại và biểu hiện các thông tin di truyền của chúng. Vấn đề quan trọng là làm thế nào để bảo vệ DNA ngoại lai chống lại hệ phân hủy acid nucleic có trong tế bào chủ. Từ năm 1980 đến 1922 hàng loạt các thành công mới trong lĩnh vực gene thực vật và đƣợc công bố. Nhờ các plasmid, phân tử DNA vòng thƣờng có trong tế bào vi khuẩn, đƣợc lắp ghép, cấu trúc lại sao cho trong plasmid có gắn thêm một gene xác định đã thực hiện thành công, hàng loạt công trình chuyển gene ngoại lai vào nhiều họ thực vật. Chỉ trong một thời gian rất ngắn các thành công này đƣợc các công ty cây trồng siêu quốc gia khai thác triệt để. Các phƣơng pháp để đƣa gene ngoại lai vào tế bào thực vật cũng trở nên đa dạng. Ngoài phƣơng pháp chuyển gene bằng vi khuẩn Agrobacterium, các phƣơng pháp chuyển gene trực tiếp nhƣ kỹ thuật sử dụng điện (electroporation), kỹ thuật vi tiêm (microinjection), sử dụng siêu âm (ultrasonic gene transfer), sử dụng súng bắn gene (gene gun) đang đƣợc các phòng thí nghiệm trên thế giới phát triển mạnh và đạt kết quả rất chắc chắn. Khả năng ứng dụng nuôi cấy mô thực vật dễ thấy nhất là trong lĩnh vực nhân giống cây trồng và phục tráng cây trồng. Ngay từ năm 1960, Morel đã nhận thấy đỉnh sinh trƣởng của các loài địa lan (Cymbidium) khi đem nuôi cấy sẽ hình thành các protocorm. Khi chia cắt các protocorm và nuôi cấy tiếp lại thì đƣợc các protocorm mới. Khi để trong các điều kiện nhất định thì protocorm có thể phát triển thành cây lan con. Hơn nữa các tế bào ở đỉnh sinh trƣởng thực vật chứa rất ít hoặc hoàn toàn không chứa virus, do đó với phƣơng pháp nuôi cấy đỉnh sinh trƣởng, Morel có thể phục tráng, tạo các dòng vô tính không bị nhiễm bệnh virus. Kỹ thuật này đặc biệt có giá trị với cây khoai tây, dâu tây, cây ăn quả và nhiều cây nhân giống vô tính khác. Việc ứng dụng nuôi cấy mô thực vật trong nhân giống đƣợc Nozeran nhân lên một mức mới khi ông nhận thấy sự trẻ hóa của chồi nách cây nho và cầy khoai tây 15 đem nuôi cấy nhiều lần trong ống nghiệm. Việc ứng dụng nuôi cấy mô ở quy mô lớn không còn hạn chế ở cây cảnh mà đƣợc thực hiện ở quy mô thƣơng mại đối với hàng loạt cây trồng có giá trị kinh tế cao nhƣ chuối, cà phê, cọ dầu, sắn, khoai tây, cây ăn quả có múi và đã có những đống góp to lớn cho nông nghiệp thế giới. Chúng ta đang bƣớc vào giai đoạn phát triển thứ 4 của nuôi cấy mô thực vật. Đó là gia đoạn nuôi cấy mô thực vật đƣợc ứng dụng mạnh mẽ vào thực tiễn chọn giống, nhân giống, vào việc sản xuất các chất thứ cấp có hoạt tính sinh học và vào nghiên cứu lý luận di truyền thực vật bậc cao. Các hiểu biết cơ bản về đời sống của mô và tế bào đơn độc trong môi trƣờng nhân tạo, nhu cầu chất khoáng, vitamin, chất sinh trƣởng, nguồn cacbon của chúng, các kỹ thuật cơ bản để tách, nuôi cấy, điều khiển sự phân hóa từ các bộ phận khác nhau của cây trồng là những tiền đề đƣợc chuẩn bị trong giai đoạn trƣớc. Nuôi cấy mô thực vật hiện nay đƣợc đƣa vào trong các chƣơng trình chọn giống, nhân giống hiện đại. Mặc dù còn rất nhiều vấn đề phải đi sâu nghiên cứu đẻ giải quyết trong những năm tới, nuôi cấy mô thực vật ở Việt Nam đã thoát ra khỏi giai đoạn phôi thai của nó và đang chuẩn bị những đóng góp tích cực vào lý luận sinh học cây trồng và vào thực tiễn nông nghiệp. 2.6 Sự hình thành và phát triển của mô sẹo 2.6.1 Sự hình thành mô sẹo Mô sẹo là một khối tế bào phát sinh vô tổ chức, có hình dạng không nhất định, do không có lớp nhu mô. Mô sẹo đƣợc hình thành từ mặt cắt của thân hay rễ, bao gồm tế bào nhu mô và thành phần tế bào rây (Esau, 1977). Mô sẹo hình thành ở hầu hết các bộ phận của cây (thân, lá, rễ), khi nơi đó có vết cắt (Street, 1969). Điều quan trọng đƣợc nhận thấy ở đặc tính của mô sẹo là.: mô sẹo phát triển không theo quy luật nhƣng có khả năng biệt hóa thành rễ, chồi và phôi để có thể phát triển thành cây hoàn chỉnh. Đặc điểm sinh trƣởng của mô sẹo có quan hệ với cơ quan hình thành mô sẹo, thành phần môi trƣờng nuôi cấy, và điều kiện nuôi cấy. Sự hình thành mô sẹo chia ra 3 giai đoạn: phát sinh mô sẹo, phân chia tế bào và biệt hóa. (1) Trong phase phát sinh mô sẹo, sự trao đổi chất kích thích tế bào chuẩn bị phân chia, giai đoạn này dài hay ngắn phụ thuộc vào tình trạng sinh lý của mô đƣợc đƣa vào nuôi cấy và điều kiện nuôi cấy. (2) Tế bào đi vào giai đoạn phân chia tăng sinh khối. 16 (3) Tế bào đi vào quá trình biệt hóa, xuất hiện sự biệt hóa tế bào và sự xuất hiện các con đƣờng trao đổi chất dẫn đến sự sản xuất các chất thứ cấp có hoạt tính sinh học (Aitchison và ctv, 1977). Mô sẹo thƣờng có màu vàng, trắng, xanh hay màu sắc tố anthocyanin. Sự biệt hóa tế bào hình thành chất liệu tạo nhu mô các loại, các tế bào rây, hơn nữa hình thành vùng mô phân sinh, trung tâm sự tạo nên chồi và rễ. Nhiều nhà khoa học cho rằng, mô sẹo đƣợc tạo ra từ những mô hay cơ quan có chứa diệp lục có khả năng quang tự dƣỡng (Street, 1969). Hildebrandt và ctv (1963) cho rằng, mô sẹo có chứa diệp lục phụ thuộc vào lƣợng đƣờng bổ sung trong môi trƣờng và cƣờng độ ánh sáng. Có nhiều yếu tố ảnh hƣởng đến khả năng quang tự dƣỡng của những tế bào có chứa diệp lục (tế bào có màu xanh) nhƣ: cƣờng độ ánh sáng mạnh, ánh sáng màu xanh cần thiết cho sự biệt hóa diệp lục và sự hình thành các enzyme, đƣờng thấp, auxin thấp, CO2 cao và tăng hàm lƣợng phosphate (Barz và Husemanm, 1982), và những tế bào quang tự dƣỡng này có khả năng cố định 14CO2 bằng chu trình Calvin mặc dù có sự xuất hiện của các acid hữu cơ 4 cacbon (Yamada, Sato và Watanabe, 1982). Một vấn đề quan tâm trong nuôi cấy mô sẹo là sự biến tính tế bào. Sự biến tính này xảy ra do: độ già của mẫu, sự thay đổi tế bào chất của nhân, tế bào đa bội có số lƣợng DNA cao, thời gian duy trì nuôi cấy, thành phần môi trƣờng nhất là hormon (Earle và Demarly, 1982). (trích dẫn bởi Trần Văn Minh, 2003) Để tạo mô sẹo trong môi trƣờng nuôi cấy có bổ sung chất sinh trƣởng, đôi khi có dịch chiết (Kordan, 1959). Phụ thuộc vào loại mô nuôi cấy mà chất sinh trƣởng thêm vào có khác nhau (Yeoman và Macleod, 1977). Chất hormon thƣờng tổ hợp thành 4 nhóm: (1) Auxin (2) Cytokinin (3) Auxin + Cytokinin (4) Dịch chiết Sau khi mô sẹo hình thành, mô sẹo đƣợc cấy chuyền. Môi trƣờng cấy chuyền cũng giống nhƣ môi trƣờng tạo mô sẹo nhƣng chất sinh trƣởng đƣợc giảm nồng độ. Kích thƣớc tách mô sẹo nhỏ vừa phải để tế bào phát triển mạnh nhất, thƣờng cụm mô sẹo có kích thƣớc 5-10mm và có trọng lƣợng là 20-100mg, thời gian giữa hai lần cấy 17 chuyền là 20-30 ngày phụ thuộc vào từng loại mô sẹo. Trong quá trình phát triển mô sẹo thƣờng xuất hiện hai loại tế bào: (1) Loại tế bào xốp, có không bào to, nhân nhỏ và tế bào chất loãng. (2) Loại tế bào chặt, có không bào nhỏ, nhân to và tế bào chất đậm đặc. Mô sẹo cấy chuyền càng nhiều lần thì khả năng tái sinh càng giảm. 2.6.2 Sự hình thành chồi từ mô sẹo Sự hình thành chồi từ mô sẹo đƣợc kích thích bởi: - Các chất sinh trƣởng đƣa vào môi trƣờng. - Chất đƣợc sản sinh ra trong nuôi cấy mô sẹo. - Các chất có chứa sẵn trong mẫu nuôi cấy. Khả năng hình thành chồi từ mô sẹo phụ thuộc vào số lần cấy chuyền mà các chất có trong mẫu không có khả năng tổng hợp trong thời gian dài và sự hình thành tế bào xốp. Sự hình thành chồi đƣợc điều khiển bằng hóa chất (Skoog, 1944). Theo Trần Thanh Vân & Trinh (1978) sự hình thành chồi đƣợc điều khiển bằng: - Tỷ lệ cytokinin / auxin từ 10-100. - Cacbohydrate nhƣ sucrose và các chất hữu cở nhƣ casein hydrolysate. - Điều kiện nuôi cấy. - Dịch chiết Tạo rễ cần auxin, khoáng, nhiệt độ, ánh sáng. Adenine sulfate có tác dụng cản trở auxin. GA3 cản trở sinh tổng hợp và tích lũy tinh bột, cần thiết trong hình thành chồi. Sự hình thành chồi nhiều khi lại xảy ra trên môi trƣờng không sinh trƣởng (Walker, Wendeln và Jaworski, 1979), hay có cytokinin và không có auxin (Gresshoff, 1978). Để tạo ra rễ thƣờng dùng phlorolgucinol + IBA có hiệu quả hơn chỉ dùng auxin. (trích dẫn bởi Trần Văn Minh, 2003) 2.7 Các nhóm chất kích thích ảnh hƣởng lên quá trình tạo mô sẹo 2.7.1 Auxin Auxin đƣợc khám phá ra do các thí nghiệm thực hiện trên các phản ứng về đƣờng cong của loài Coléoptiles họ Graminées. Do có tác dụng trong hoạt động kéo dài tế bào nên có tên nhƣ vậy. Đây là một chất có nhân indole, có công thức nguyên là C10H9O2N, có tên là acid indole β acetique hoặc acid β indolylacétique. 18 2.7.1.1 Tính chất sinh lý của Auxin Auxin can thiệp vào nhiều hiện tƣợng sinh lý, hoạt động của nó phụ thuộc vào nồng độ và các sự hỗ tƣơng qua lại của chúng với các chất điều hòa khác. Các tác động của Auxin đƣợc thể hiện nhƣ sau: - Kéo dài tế bào: làm gia tăng tính đàn hồi của thành tế bào và cho sự xâm nhập của nƣớc vào bên trong tế bào; lúc đó sự đề kháng của thành tế bào giảm đi và tế bào tự kéo dài ra. - Sự thay đổi về tính thẩm thấu của màng tế bào, sự thay đổi này thể hiện bằng một sự phóng thích ion H+, ion này gây ra một hoạt tính acid có tác dụng làm giảm tính đề kháng của thành tế