Đặt vấn đề Sắn (Manihot esculenta Crantz) hiện được trồng trên hơn 100 nước có khí hậu nhiệt đới và cận nhiệt đới thuộc ba châu: châu Á, châu Phi và châu Mỹ La Tinh. Tổ chức Nông lương thế giới (FAO) xếp sắn là cây lương thực quan trọng ở các nước đang phát triển sau lúa gạo, ngô và lúa mì. Tinh bột sắn là một thành phần quan trọng trong chế độ ăn của hơn một tỷ người trên thế giới [17]. Ở Việt Nam, cây sắn được xác định là loài cây nhiên liệu sinh học thích hợp duy nhất trong thời gian tới.
Ngoài ra, sắn đã trở thành một trong 10 mặt hàng xuất khẩu quan trọng của Việt Nam với kim ngạch năm 2012 đạt tới 1,2 tỷ USD (FAO, 2013) [18]. Tuy nhiên, năng xuất và sản lượng sắn của nước ta còn ở mức thấp, chất lượng tinh bột trong sắn cũng không cao do canh tác không đúng kỹ thuật, khả năng kháng virus và sâu bệnh thấp, diện tích trồng không quy mô, tập chung. Do vậy, chúng ta cần tạo ra giống sắn mới cho năng xuất và chất lượng cao đáp ứng đủ nhu cầu thực tế [21]. Ngày nay trong công tác chọn tạo giống sắn, kỹ thuật nuôi cấy mô tế bào được áp dụng để nhân nhanh, tạo giống sạch bệnh và kỹ thuật di truyền, chuyển gen tạo giống mới mang các đặc tính mong muốn một cách nhanh chóng và hiệu quả được nghiên cứu [20].
Tạo mô sẹo phôi hóa là khâu quan trọng để tạo vật liệu phục vụ chuyển gen vào sắn. Mô sẹo phôi hóa đã được sử dụng nhiều trong các nghiên cứu như tạo giống sạch bệnh, nghiên cứu chuyển gen và bảo quản nguồn gen. Tạo mô sẹo phôi hóa có ý nghĩa quan trọng cho nghiên cứu khả năng tiếp nhận gen của các giống sắn, làm cơ sở tiến tới chuyển gen (tổng hợp tinh bột, gen kháng virus,.) nâng cao năng xuất, hàm lượng tinh bột phục vụ sản xuất nhiên liệu sinh học [29]. Việc sử dụng một số các chất kích thích sinh trưởng đã nâng cao hiệu quả rõ rệt vì nó kích thích sự phân chia tế bào của mô phân sinh thượng tầng để hình thành mô sẹo (callus) [11].
Các chất thuộc nhóm auxin đều có hiệu quả trong việc cảm ứng để duy trì mô hoặc để cảm ứng mô sẹo có khả năng sinh phôi. Tuy nhiên các chất khác nhau (2,4-D, NAA, picloram…) và được sử dụng ở những nồng độ khác nhau thì hiệu quả tạo mô sẹo không giống nhau trên các giống sắn. Chúng có thể kích thích cũng có thể ức chế quá trình tạo mô sẹo [16]. Trong một nghiên cứu tạo mô sẹo của E.
Sofiari và cộng sự, 2,4D cho kết quả cao hơn so với NAA trên giống TMS90853[16]. Ông cho rằng nên sử dụng 2,4D để tạo mô sẹo trong quá trình nuôi n cấy. Trong khi đó Jiu Liu và cộng sự lại sử dụng piclroram cho quá trình tạo mô sẹo và mô sẹo phôi hóa và cho kết quả khá tốt trên giông TMS 60444 [24]. Các giống sắn ở Việt Nam rất đa dạng và có nhiều giống tốt nhưng quá trình nghiên cứu về sắn liên quan tới tạo mô sẹo hay chuyển gen còn rất nhiều khó khăn, hạn chế [1].
Do vậy vấn đề đặt ra hiện nay là cần tìm ra loại auxin cho hiệu quả tạo mô sẹo, mô sẹo phôi hóa cao nhất phục vụ chuyển gen trên các giống sắn Việt Nam. Xuất phát từ thực tiễn trên tiến hành thực hiện đề tài: “Khảo sát ảnh hưởng của một số chất thuộc nhóm auxin đến khả năng tạo mô sẹo phôi hóa phục vụ chuyển gen của một số giống sắn (Manihot esculenta Crantz)”. Mục đích và mục tiêu nghiên cứu 1. Mục đích - Khảo sát ảnh hưởng của NAA, 2,4D và picloram đến khả năng tạo mô sẹo của giống sắn KM98 – 7 và giống TMS60444.
Yêu cầu - Xác định ảnh hưởng của NAA, 2,4D và picloram đến sự hình thành mô sẹo ở giống sắn KM98 – 7 và TMS60444 - Xác định ảnh hưởng của NAA, 2,4D và picloram đến sự hình thành mô sẹo phôi hóa ở giống sắn KM98 – 7 và TMS60444 1. Ý nghĩa của đề tài 1. Ý nghĩa khoa học - Thành công của nghiên cứu tạo tiền đề cho việc chuyển các gen phù hợp cần thiết với mục đích khác nhau vào cây sắn Việt Nam. Ý nghĩa thực tiễn - Xây dựng được quy trình tạo mô sẹo phôi hoá phục vụ chuyển gen hiệu quả Tạo tiền đề và nguyên liệu cho các quá trình chuyển gen sắn ở Việt Nam.
n Phần 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2. Tổng quan chung về cây sắn 2. Nguồn gốc và phân loại Sắn thuộc họ Euphobiaceae, phân họ Crtonoideae, tông Manihoteae, chi Manihot, loài M. Esculenta, tên khoa học là Manihot Esculenta Crantz.
Sắn còn được gọi với tên tiếng anh là cassava [25]. Ở Việt Nam, sắn hay còn được gọi là cây khoai mì, cây củ mì… Chi Manihot bao gồm những cây có hoa, hạt kín, có hai lá mầm, họ thầu dầu. Năm 1776 Crantz công bố một sự mô tả loài với tên Manihot esculenta. Ông dùng lại tên loài M.
esculenta và không còn phân biệt giữa sắn đắng và sắn ngọt. Chi Manihot thuộc họ thầu dầu, có tới hơn 300 chi và 8000 loài hầu hết là cây nhiệt đới. Chi Manihot thuộc nhóm Manihotae. Tất cả các loài trong chi đều có số lượng nhiễm sắc thể 2n= 36.
Rogers và Appan đã xây dựng một bảng phân loại cho 98 loài, phân thành 17 nhóm [29]. Sự nhận dạng các loài và các nhóm dựa vào sự phân tích nhiều mặt của nhiều đặc điểm hình thái ở các bộ phận trên mặt đất. Nhờ vào bảng phân loại trên người ta đã lập được một bảng nhận dạng các loài trong chi [7]. Sắn có nguồn gốc ở vùng nhiệt đới của châu Mỹ La tinh và được trồng cách đây khoảng 5000 năm.
Cây sắn đựơc du nhập vào Việt Nam khoảng giữa thế kỷ 18 [19]. Sắn được canh tác phổ biến tại hầu hết các tỉnh của Việt Nam. Trong đó, diện tích sắn trồng nhiều nhất ở vùng Đông Nam Bộ, vùng Tây Nguyên, vùng núi và trung du phía bắc, vùng ven biển nam Trung Bộ và vùng ven biển bắc Trung Bộ [3]. Đặc điểm thực vật học Cây sắn cao 2–3 m, lá khía thành nhiều thùy, rễ ngang phát triển thành củ và tích luỹ tinh bột.
Thời gian sinh trưởng của sắn từ 6 đến 12 tháng, có nơi tới 18 tháng, tùy giống. Vụ trồng, địa bàn trồng và mục đích sử dụng, nhiệt độ sinh trưởng 20-30oC [2]. Hoa sắn thuộc loại hoa chùm, đơn tính, có cuống dài mọc ra từ chỗ phân cành, ngọn thân. Quả sắn có kích thước từ 1-1,5 cm, một quả thường có 3 hạt.
hạt sắn nặng từ 95-136 mg, màu nâu đen. Nhiệt độ thích hợp cho hạt sắn nảy mầm là từ 25- 30oC [19]. Sắn dễ trồng, hợp nhiều loại đất, vốn đầu tư thấp, hợp khả năng kinh tế với nhiều hộ gia đình nông dân nghèo, thiếu lao động tận dụng đất để lấy ngắn nuôi dài. Sắn đạt năng suất cao và lợi nhuận khá nếu biết dùng giống tốt và trồng đúng quy trình canh tác sắn bền vững [3].
n Bên cạnh đó, sắn cũng có một số nhược điểm như trồng sắn làm kiệt đất, củ sắn nghèo đạm và vitamin, có độc tố HCN trong sắn củ tươi, chế biến sắn gây ô nhiễm môi trường [3]. Đặc điểm một số giống sắn nghiên cứu Giống KM98 – 7 Giống KM98 – 7 được cung cấp bởi trung tâm Nghiên cứu và Phát triển Cây Có Củ - Viện Cây lương thực và Cây thực phẩm, Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam. Giống này là con lai chọn lọc của tổ hợp lai SM 1717 có mẹ là CM321-188, (polycross) có nguồn gốc từ CIAT/Colombia. Giống đã được Bộ Nông nghiệp và phát triển nông thôn cho phép đặc cách công nhận giống ngày 02 tháng 10 năm 2008, số 216/QĐ-TT-CLT.
Giống KM98-7 sinh trưởng ở Miền Bắc của Việt Nam từ 7 – 10 tháng, thân nâu đỏ, cuống lá nhỏ, chia thùy sâu. Cuống lá và phiến lá màu xanh, ruột củ trắng, vỏ củ màu nâu. Năng xuất đạt 25 – 45 tấn/ha. Giống được nhiều nông dân miền Bắc chấp nhận và nhân nhanh trong sản xuất.
Tính đến năm 2008 đã có trên 500 ha được phát triển trong sản xuất. Giống TMS 60444 TMS 60444 là giống sắn mô hình được nhập từ CIAT. Các nghiên cứu trên thế giới đã cho thấy đây là giống sắn có khả năng tạo mô sẹo phôi hóa chất lượng nhất và đã được chuyển gen thành công. Vì vậy, chúng tôi sử dụng giống sắn này làm giống mô hình để đánh giá chất lượng mô sẹo của các giống Việt Nam được nghiên cứu.
TMS 60444 được thừa nhận vào ngày 01-06-1988. Chiều cao đạt được của giống khi thu hoạch khoảng 215 cm. Lá trung tâm có dạng hình ngọn giáo. Cuống lá màu xanh xen kẽ với một ít màu đỏ.Lá trưởng thành có màu xanh đậm và xẻ thành 5 thùy lá.
Rễ củ có màu trắng. Thành phần dinh dưỡng và giá trị sử dụng Sắn là cây lương thực quan trọng trong cơ cấu nông nghiệp sau lúa, ngô và đậu tương [3]. Một số thành phần dinh dưỡng trong củ sắn: - Hydrat cacbon: chiếm 88-91% trọng lượng khô của củ sắn, trong đó: + Tinh bột: 84-87% + Đường tổng số: 4% (Saccaarose 71%, glucose 13%, fructose 9%, mantose 5%) - Ngoài ra sắn còn chứa một số chất khác với hàm lượng thấp: protein, chất béo, một số chất khoáng (P, K, Mg,.) và một số Vitamin (B1, B2,.) n Sắn là cây trồng có nhiều công dụng trong chế biến công nghiệp, thức ăn gia súc và lương thực thực phẩm như bột ngọt, rượu cồn, mì ăn liền, gluco, xiro, bánh kẹo, mạch nha, kỹ nghệ chất dính (hồ vải, dán gỗ), bún, miến, mì ống, mì sợi, bột khoai, bánh tráng, hạt trân châu (tapioca), phụ gia thực phẩm, phụ gia dược phẩm [7]. Hiện tại, sản phẩm sắn ngày càng thông dụng trong buôn bán, trao đổi thương mại quốc tế.
Tình hình sản xuất và tiêu thụ 2. Trên thế giới Hiện nay, sắn được trồng trên hơn 100 quốc gia trên toàn thế giới với các quy mô canh tác rất khác nhau. Sản lượng sắn toàn thế giới trong nhiều năm trở lại đây duy trì tương đối ổn định ở mức sản lượng trên 200 triệu tấn [18]. Diản tích, năng suảt và sản lảảng sản cảa thả giải tả năm 2000-2011 Năm Diện tích (triệu ha) Năng suất (tấn/ha) Sản lượng (triệu tấn) 2000 17,00 103,8 176,53 2001 17,04 106,9 182,23 2002 17,22 170,1 184,58 2003 17,72 107,8 191,12 2004 18,31 110 201,41 2005 18,42 111,7 205,89 2006 18,56 120,6 223,85 2007 18,42 122,8 226,3 2008 18,39 126,2 232,14 2009 18,76 125 234,55 2010 18,46 124,3 229,54 2011 19,64 128,4 252,2 (FAO, 2013) [18] Diện tích, năng suất và sản lượng sắn trên thế giới có chiều hướng gia tăng từ năm 2000 đến nay.