I. Tổng Quan Nghiên Cứu Nhân Giống Bạch Đàn Uro In Vitro
Kỹ thuật nuôi cấy mô và tế bào thực vật, hay còn gọi là nuôi cấy in vitro, đã có những bước tiến đáng kể, mở ra hướng mới trong nghiên cứu thực vật và cải thiện giống cây trồng. Ưu điểm nổi bật là khả năng nhân nhanh, đồng nhất di truyền số lượng lớn cây con trong thời gian ngắn. Bạch đàn (Eucalyptus) đã được nhập nội và trồng rộng rãi ở Việt Nam, đáp ứng nhu cầu nguyên liệu giấy, gỗ trụ mỏ, gỗ xây dựng. Nguồn cây giống chủ yếu là cây vô tính, sản xuất bằng phương pháp giâm hom và nhân giống in vitro. Công nghệ này cung cấp khoảng 10 triệu cây giống bạch đàn mỗi năm cho các chương trình trồng rừng. Rừng trồng từ các dòng vô tính bạch đàn ưu trội đã tạo ra bước đột phá về năng suất và chất lượng. Tuy nhiên, nhược điểm lớn nhất là nguy cơ tổn thất nặng nề hơn khi xảy ra dịch sâu bệnh do sức đề kháng kém hơn cây bản địa. Việc nhân giống in vitro làm giảm đáng kể biến dị di truyền và sự đa dạng di truyền, gây khó khăn cho quá trình chọn lọc tiếp theo và tăng khả năng lây lan dịch bệnh.
1.1. Khái niệm và Ưu điểm của Nhân Giống In Vitro
Nuôi cấy in vitro là phạm trù khái niệm chỉ tất cả các loại nuôi cấy mô và tế bào ở điều kiện vô trùng. Phương pháp này cho phép nhân nhanh một số lượng lớn cá thể đồng nhất di truyền trong thời gian ngắn, cây con được trẻ hóa gần như cây từ hạt. Theo [15], đây là một ưu điểm nổi bật so với các phương pháp nhân giống truyền thống.
1.2. Tầm Quan Trọng của Bạch Đàn tại Việt Nam
Bạch đàn là đối tượng ưu tiên số 1 trong “Danh mục các loài cây ưu tiên cho trồng rừng trong toàn quốc” [25]. Nguồn cây giống bạch đàn ở nước ta chủ yếu là cây vô tính, sản xuất bằng phương pháp giâm hom và nhân giống in vitro. Công nghệ này đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp cây giống cho các chương trình trồng rừng.
II. Thách Thức và Giải Pháp Nhân Giống Bạch Đàn Uro PN46 PN47
Nhược điểm lớn nhất khi gây trồng cây nhập nội là nguy cơ tổn thất nặng nề hơn cây bản địa khi xảy ra dịch sâu bệnh. Trồng rừng từ cây được nhân giống bằng phương pháp in vitro làm giảm đáng kể biến dị di truyền và sự đa dạng di truyền. Để hạn chế sự lây lan của dịch bệnh, một trong những biện pháp kỹ thuật là trồng nhiều loài, nhiều dòng khác nhau trên những diện tích lớn. Ở nước ta hiện nay có khoảng 12 dòng bạch đàn đã được Bộ NN&PTNT công nhận và cho phép trồng rừng sản xuất, trong khi đó mới có 3-4 dòng được nhân giống bằng phương pháp in vitro. Vì vậy, những dòng đã được Bộ NN&PTNT công nhận cần được nghiên cứu nhân giống bằng phương pháp in vitro để cung cấp cho trồng rừng khảo nghiệm và trồng rừng sản xuất. Năm 2003 Bộ NN&PTNT đã công nhận hai dòng bạch đàn urô PN46 và PN47 là giống tiến bộ kỹ thuật và khuyến khích trồng rừng trên những vùng có điều kiện sinh thái tương tự vùng Trung tâm Bắc Bộ.
2.1. Nguy Cơ Dịch Bệnh và Giảm Biến Dị Di Truyền
Điểm yếu nhất của trồng rừng từ cây được nhân giống bằng phương pháp in vitro là làm giảm đáng kể biến dị di truyền và sự đa dạng di truyền [16]. Điều này làm tăng khả năng lây lan và tàn phá nhanh chóng của sâu bệnh hại. Do đó, cần có các biện pháp kỹ thuật để hạn chế nguy cơ này.
2.2. Nhu Cầu Nhân Giống In Vitro Các Dòng Bạch Đàn Được Công Nhận
Hiện nay, mới chỉ có một số ít dòng bạch đàn được nhân giống bằng phương pháp in vitro, trong khi có nhiều dòng đã được Bộ NN&PTNT công nhận. Việc nghiên cứu nhân giống in vitro các dòng này, đặc biệt là PN46 và PN47, là cần thiết để cung cấp cây giống cho trồng rừng khảo nghiệm và sản xuất.
III. Phương Pháp Nghiên Cứu Nhân Giống In Vitro PN46 và PN47
Đề tài nghiên cứu tập trung vào nhân giống hai dòng bạch đàn urô (Eucalyptus urophylla S. Blake) PN46 và PN47 bằng phương pháp nuôi cấy in vitro. Quá trình nhân giống in vitro gồm nhiều giai đoạn kế tiếp nhau, từ chuẩn bị môi trường nuôi cấy đến huấn luyện cây và cấy cây con ra bầu. Giai đoạn chuẩn bị là quan trọng, quyết định sự thành công của thí nghiệm. Môi trường dinh dưỡng có vai trò vô cùng quan trọng vì mô nuôi cấy có sinh trưởng, phát triển được hay không phụ thuộc vào thành phần, nồng độ các chất trong môi trường và khả năng hấp thụ chất dinh dưỡng của mô nuôi cấy. Nhu cầu dinh dưỡng của mô nuôi cấy rất khác nhau tùy thuộc vào loài, giống, thậm chí các mô lấy từ các cơ quan khác nhau trên cùng một cá thể cũng có các nhu cầu dinh dưỡng khác nhau.
3.1. Các Giai Đoạn Chính trong Quy Trình Nhân Giống In Vitro
Quá trình nhân giống in vitro bao gồm nhiều giai đoạn, từ chuẩn bị môi trường, khử trùng mẫu, cấy mẫu, nhân chồi, tạo rễ, huấn luyện cây và cấy cây ra bầu. Mỗi giai đoạn đều có vai trò quan trọng và ảnh hưởng đến kết quả cuối cùng.
3.2. Vai Trò của Môi Trường Dinh Dưỡng trong Nuôi Cấy Mô
Môi trường dinh dưỡng là yếu tố then chốt quyết định sự sinh trưởng và phát triển của mô nuôi cấy. Thành phần và nồng độ các chất dinh dưỡng trong môi trường phải phù hợp với nhu cầu của từng loài, giống cây và từng giai đoạn phát triển.
IV. Môi Trường và Chất Điều Hòa Sinh Trưởng Cho Bạch Đàn
Môi trường luôn gồm 4 thành phần cơ bản: nguồn cacbon (thường là glucose và sucrose), nguồn muối khoáng (đa lượng và vi lượng), vitamin (nhóm B) và chất điều hòa sinh trưởng (auxin, cytokinin, gibberelin). Auxin được sử dụng để điều chỉnh sự phát sinh rễ, cytokinin để điều chỉnh sự phát sinh chồi. Tỉ lệ cân đối giữa auxin/cytokinin tạo cây hoàn chỉnh. Trong nhân giống in vitro, người ta thường sử dụng auxin là IAA, NAA và IBA, cytokinin là BAP, BA và kinetin. Mẫu sau khi lấy được rửa bằng nước sạch, sau đó khử trùng bằng chất diệt khuẩn trong buồng cấy vô trùng. Mẫu cấy thường lấy từ các bộ phận đang phát triển mạnh như mô phân sinh đỉnh của chồi hoặc rễ hoặc các bộ phận còn non vì các bộ phận này có khả năng tái sinh, sinh trưởng và phát triển mạnh.
4.1. Thành Phần Cơ Bản của Môi Trường Nuôi Cấy In Vitro
Môi trường nuôi cấy cần đảm bảo cung cấp đầy đủ các chất dinh dưỡng cần thiết cho sự sinh trưởng và phát triển của mô, bao gồm nguồn cacbon, muối khoáng, vitamin và chất điều hòa sinh trưởng.
4.2. Vai Trò của Auxin và Cytokinin trong Phát Sinh Hình Thái
Auxin và cytokinin là hai nhóm chất điều hòa sinh trưởng quan trọng, có vai trò điều chỉnh sự phát sinh rễ và chồi. Tỉ lệ cân đối giữa hai nhóm chất này quyết định sự hình thành cây hoàn chỉnh.
V. Ứng Dụng Thực Tiễn và Triển Vọng Nhân Giống Bạch Đàn
Nhân giống in vitro đối với cây rừng đã thu được những thành công đáng kể, góp phần tăng năng suất rừng trồng trên thế giới. Công nghệ nhân giống in vitro cây Tếch, các dòng bạch đàn chọn lọc ở Thái Lan, Trung Quốc, các loài Bạch đàn lai ở Brazin, Cônggô và Ôxtrâylia,…vv. Ahmad thuộc Viện nghiên cứu lâm nghiệp Malaysia (Forest Research Institute) đã nuôi cấy in vitro cây Keo tai tượng (Acacia mangium) bằng môi trường MS có bổ sung 3% sucrose, 0.5 mg/l BAP cho giai đoạn nhân chồi. Những chồi có chiều cao >0.5 cm được cấy vào môi trường tạo rễ và chất điều hòa sinh trưởng tốt nhất cho tạo rễ là IBA ở nồng độ 1000ppm với tỷ lệ ra rễ là 40% [28]. Môi trường nhân nhanh chồi là MS (1962) + 10 µM BAP + 0.5 µM IBA, môi trường sử dụng cho tạo rễ là White (1963) + 2 µM IBA + 1 µM NAA.
5.1. Thành Công trong Nhân Giống In Vitro Cây Rừng trên Thế Giới
Nhiều loài cây rừng đã được nhân giống thành công bằng phương pháp in vitro, góp phần tăng năng suất và chất lượng rừng trồng. Các ví dụ điển hình bao gồm cây Tếch, bạch đàn chọn lọc, keo tai tượng và nhiều loài cây khác.
5.2. Nghiên Cứu Nhân Giống Keo Tai Tượng Acacia mangium In Vitro
Nghiên cứu của Ahmad tại Viện nghiên cứu lâm nghiệp Malaysia đã thành công trong việc nhân giống keo tai tượng bằng môi trường MS bổ sung BAP và IBA. Kết quả cho thấy IBA ở nồng độ 1000ppm là chất điều hòa sinh trưởng tốt nhất cho tạo rễ.
VI. Kết Luận và Hướng Phát Triển Nhân Giống Bạch Đàn Uro
Mặc dù còn nhiều khó khăn cần giải quyết, song trong những năm gần đây, việc áp dụng các biện pháp nhân giống in vitro vào nghiên cứu và thực tiễn sản xuất trong lâm nghiệp đã thu được kết quả đáng khích lệ. Một số cơ sở đã tiến hành nhân giống in vitro ở quy mô công nghiệp như Viện nghiên cứu cây nguyên liệu giấy – Phù Ninh – Phú Thọ, Lâm trường thực nghiệm Yên Lập – Quảng Ninh, Công ty Giống cây Lâm nghiệp Trung ương, …vv. Đồng thời, một số tỉnh và địa phương đã thành lập phòng nuôi cấy in vitro để phục vụ cho công tác giống cây trồng và đã có những thành công bước đầu. Môi trường dùng trong nhân giống in vitro cho các loài cây thân gỗ rất đa dạng. Môi trường khoáng MS (Murashige & Skoog, 1962) [26] là môi trường cơ bản, giàu dinh dưỡng thích hợp cho các loài thực vật nói chung.
6.1. Triển Vọng và Ứng Dụng Rộng Rãi của Nhân Giống In Vitro
Việc áp dụng phương pháp nhân giống in vitro trong lâm nghiệp đã mang lại những kết quả khả quan và có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong sản xuất cây giống chất lượng cao.
6.2. Môi Trường MS Nền Tảng cho Nuôi Cấy Mô Thực Vật
Môi trường khoáng MS là môi trường cơ bản, giàu dinh dưỡng và được sử dụng rộng rãi trong nuôi cấy mô thực vật, bao gồm cả nuôi cấy tế bào, phôi vô tính, hạt phấn và bao phấn.
