Đặt vấn đề Cây sắn (Manihot esculenta Crantz) là cây lương thực có củ có thể sông lâu năm thuộc họ Thầu dầu Euphorbiaceae, chi Manihot. Sắn có nguồn gốc ở vùng nhiệt đới của châu Mĩ Latin và du nhập vào Việt Nam khoảng giữa thế kỉ XVIII [5]. Qua một thời gian dài thích nghi và phát triển, cây sắn đã khẳng định được vị thế của mình, trở thành hàng hóa có vai trò lớn trong việc xóa đói giảm nghèo và là cây lương thực quan trọng đứng thứ ba sau lúa và ngô ở nước ta. Không chỉ dừng lại ở việc cung cấp lương thực, sắn còn là nguồn nguyên liệu cho nhiều ngành công nghiệp khác: sản xuất tinh bột, công nghiệp thức ăn chăn nuôi,., đặc biệt là công nghiệp sản xuất nhiên liệu sinh học – nguồn năng lượng sạch thay thế cho nguồn năng lượng hóa thạch đang ngày một can kiệt [5].
Năm 2011, toàn thế giới có 100 nước trồng sắn với tổng diện tích đạt 19,64 triệu ha, năng suất bình quân là 12,83 tấn/ha và tổng sản lượng đạt 252,2 triệu tấn [29]. Việt Nam hiện nay là một trong những nước điển hình của châu Á trong việc ứng dụng công nghệ chọn tạo và nhân giống sắn. Diện tích, năng suất và sản lượng sắn ở nước ta đã không ngừng tăng lên trong thời gian qua, đặc biệt là trong hơn một thập niên đầu của thế kỷ XXI. Năm 2011, diện tích sắn cả nước đạt khoảng 550.000 ha, năng suất bình quân 17,69 tấn/ha, tổng sản lượng đạt 9,87 triệu tấn [22].
Đặc biệt, ngành trồng sắn hiện nay xuất hiện một số sâu bệnh hại phổ biến như sâu xanh (Chloridae obsoleta F.), bệnh thối thân, củ do nấm Phytophthora spp,. Ngoài ra còn một số bệnh do virus như bệnh khảm sắn (Potexvirus), bệnh đốm xanh (Comoviridae) [7]. Hơn nữa, giao thương vận tải toàn cầu ngày càng trở nên dễ dàng, một số sâu bệnh hại sắn trước đây chưa từng xuất hiện ở Việt Nam nay đã có mặt như rệp sáp bột hồng (Phenacoccus manihoti), bệnh chổi rồng do phytoplasma đe dọa nghiêm trọng và gây thiệt hại nặng về kinh tế cho người trồng sắn [5].Vì vậy, việc tạo ra các giống sắn sạch bệnh và đem lại năng suất cao là việc rất cần thiết. Với các phương pháp nhân giống sắn theo truyền thống cho hệ số nhân thấp, mức độ đồng nhất về mặt di truyền không cao và là nguyên nhân cơ bản trong quá trình lan truyền dịch bệnh, hàm lượng tinh bột và protein thấp, đặc biệt là gặp khó khăn về vật liệu khi tiến hành ở quy mô lớn như nông trường, trang trại [5].
Do đó, việc áp dụng công nghệ sinh học trong tuyển chọn và nhân nhanh một số giống sắn giúp tạo ra một khối lượng lớn các cây con giống đồng nhất về di truyền, sạch sâu 2 bệnh là một trong những yêu cầu cấp thiết với ngành trồng sắn và là nền tảng cho nhiều nghiên cứu ứng dụng thực tiễn quan trọng trong lĩnh vực công nghệ sinh học, đặc biệt là tạo nguồn vật liệu sạch để phục vụ cho chuyển gen. Xuất phát từ yêu cầu thực tiễn đó, tôi tiến hành thực hiện đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố đến khả năng tái sinh in vitro ở một số giống sắn để tạo nguồn vật liệu phục vụ cho chuyển gen”. Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố đến khả năng tái sinh in vitro của một số giống sắn để tạo nguồn vật liệu phục vụ cho chuyển gen. Yêu cầu của đề tài - Xác định được ảnh hưởng của một số chất khử trùng đến khả năng tạo nguồn vật liệu sạch cho nuôi cấy.
- Xác định được ảnh hưởng của nồng độ đường Sucrose đến tái sinh chồi sắn. - Xác định được ảnh hưởng của nồng độ CuSO4.5H2O đến tái sinh chồi sắn. - Xác định được ảnh hưởng của nồng độ BA đến khả năng tái sinh chồi sắn. - Xác định được ảnh hưởng của nồng độ BA và NAA đến nhân nhanh chồi sắn.
- Xác định được ảnh hưởng của nồng độ GA3 đến khả năng kéo dài chồi sắn. - Xác định được ảnh hưởng của nồng độ IBA đến khả năng ra rễ sắn in vitro. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài. - Ý nghĩa khoa học của đề tài + Kết quả nghiên cứu của đề tài cung cấp các dẫn liệu khoa học mới về nhân giống cây sắn bằng phương pháp nuôi cấy mô tế bào thực vật, góp phần làm phong phú cơ sở dữ liệu về kỹ thuật nuôi cấy mô cây sắn.
+ Kết quả nghiên cứu của đề tài là tiền đề cho việc tạo nguồn vật liệu cho các nghiên cứu chuyển gen ở cây sắn. - Ý nghĩa thực tiễn của đề tài + Kết quả nghiên cứu của đề tài giúp xây dựng phương pháp nhân nhanh giống cây sắn, tạo ra nguồn giống sắn sạch bệnh, có chất lượng cao, đồng đều phục vụ sản xuất sắn cho các tỉnh khu vực Trung du, Miền núi phía bắc nước ta từ đó góp phần thúc đẩy phát triển ngành trồng trọt nói riêng và tạo nên sự phát triển bền vững cho nền nông nghiệp ở nước ta nói chung. 3 PHẦN 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2. Giới thiệu chung về cây sắn.
Nguồn gốc Lịch sử tiến hóa của cây sắn là rất khó xác định chính xác nguồn gốc phát sinh. Bởi vì những di chỉ khảo cổ còn lại đối với các bộ phận của cây có bột rất hiếm hoi, đặc biệt ở vùng đất thấp nhiệt đới. Đến cuối thế kỷ XVIII, Crantz (1776) cho rằng tất cả các loài của chi Manihot đều có nguồn gốc từ Châu Mỹ nhiệt đới. Tuy nhiên đến năm 1772, Raynal đưa ra ý kiến cây sắn có nguồn gốc phát sinh từ Châu Phi.
Sau đó Humboldt, Brown, Moreaude Jonnes, … cho rằng cây sắn có nguồn gốc phát sinh là Châu Mỹ. Năm 1886, De Candolle cho rằng vùng đông bắc của nước Braxin là trung tâm phát sinh cây sắn, nơi có nhiều chủng loại sắn trồng và hoang dại. Tuy nhiên nguồn gốc Braxin cũng chỉ dựa trên những bằng chứng gián tiếp về sự có mặt của sắn vào những thời kì không lâu trước đó [13]. Dựa vào những nghiên cứu trên phạm vi rộng từ Nam Mỹ đến Achentina.
Rogers và Appan (1973) đã xác định trong chi Manihot có 98 loài sắn hoang dại phân bố rộng khắp các vùng nhiệt đới của Châu Mỹ [13],[32]. Nasar (1978) xác định có 4 trung tâm phát sinh loài sắn hoang dại: Vùng trung tâm của Braxin có 38 loài. Miền Tây Mehico có 19 loài và 2 trung tâm phụ là vùng Đông Bắc Braxin và miền Tây Mato Grosso và miền Đông Bolivia [13],[40]. Các công trình nghiên cứu gần đây kết luận rằng: Cây sắn có nguồn gốc phức tạp và có 4 trung tâm phát sinh chính đó là Braxin có 2 trung tâm, còn lại ở Mehico và Bolivia.
Sắn đã được trồng cách đây khoảng 3000-7000 năm [12],[13]. Cây sắn được người Bồ Đào Nha đưa đến Congo của châu Phi vào thế kỷ 16. Ở châu Á, sắn được du nhập vào Ấn Độ khoảng thế kỷ 17 (P. Rajendran et al, 1995) và Sri Lanka đầu thế kỷ 18 (W.M Bandara và M Sikurajapathy, 1992).
Sau đó, sắn được trồng ở Trung Quốc, Myanma và các nước châu Á khác ở cuối thế kỷ 18, đầu thế kỷ 19 (Fang Baiping 1992 và U Thun Than 1992). Cây sắn đựơc du nhập vào Việt Nam khoảng giữa thế kỷ 18 (Phạm Văn Biên và Hoàng Kim, 1991). Hiện chưa có tài liệu chắc chắn về nơi trồng và năm trồng đầu tiên [4]. 4 Ở nước ta sắn được trồng khắp nơi từ Nam tới Bắc, nhiều nhất là ở vùng trung du miền núi.
Hiện nay sắn là một trong những loại hoa màu quan trọng trong cơ cấu phát triển lương thực ở nước ta. Phân loại Theo bảng phân loại của Roger và Appan (1973), cây sắn được phân loại như sau: Giới (regnum): Plantae Bộ (ordo) : Malpighiales Họ (Family) : Euphorbiaceae Chi (genus): Manihot Loài (species): M. esculenta Họ Thầu dầu Euphorbiaceae có hơn 300 chi và 8000 loài. Đặc điểm của họ Thầu dầu là có mạch nhựa mủ.
Tất cả các loài trong chi có số lượng NST 2n= 36 [13],[32]. Giá trị của cây sắn. - Giá trị dinh dưỡng: Về mặt giá trị dinh dưỡng theo số liệu công bố của Tổ chức Lương thưc và Nông Nghiệp thế giới (FAO), hàm lượng dinh dưỡng trong củ sắn như sau: Nước (65,5%), protein (1,0%), lipit (0,2%), chất xơ (1,2%). Trong đó protein của sắn có tương đối đầy đủ các axitamin( nhất là 9 axit amin không thay thế được cần thiết cho con người), đặc biệt là 2 axitamin quan trọng là Lizin và Tryptophan có đủ để cung cấp nhu cầu của cả trẻ em và người lớn [11].1: Thành phần các chất trong sắn Thành phần Không vỏ (%) Bột sắn khô (%) Nước 60,0 14,0 Đạm 1,1 3,0 Chất béo 0,2 0,5 Đường bột 36,4 79,0 Xơ 1,5 2,2 Tro 0,8 1,3 (Nguồn: Nguyễn Trường Tự (1977) [23]) 5 Sắn củ tươi giàu tinh bột, giàu gluxit khó tiêu, nghèo chất béo, muối khoáng, vitamin và đạm.
Thành phần dinh dưỡng chính ở sắn tươi gồm: tinh bột 64,28%; protit 2,18%; lipit 0,42% [21]. Sắn chủ yếu là một thức ăn cung cấp năng lượng, 1gam sắn khô cho 348 kcal xấp xỉ với ngũ cốc. Trong sắn, tinh bột là thành phần có ý nghĩa hơn cả (amylose: 15 - 25%, amylospectin: 75 - 85%). Tinh bột sắn có một số tính chất thuận lợi cho chế biến thực phẩm như: + Tinh bột sắn không có mùi nên không ảnh hưởng đến mùi vị đặc trưng của thực phẩm.
+ Tinh bột sắn sau khi gia nhiệt sẽ tạo thành sản phẩm dạng paste trong suốt nên không ảnh hưởng đến màu của thực phẩm. - Giá trị sử dụng Sắn là nguồn lương thực quan trọng cho con người, là nguồn thức ăn dồi dào cho chăn nuôi, nguồn nguyên liệu cho công nghiệp. Tất cả các bộ phận của sắn đều có thể sử dụng vào các mục đích kinh tế [13], [19]. Giá trị của cây sắn ngày càng được nâng cao nhờ những ứng dụng rộng rãi của nó.
Tinh bột từ củ sắn được sử dụng rộng rãi trong ngành dược (sử dụng làm tá dược trong sản xuất thuốc), trong công nghiệp thực phẩm (chế biến tapioca, miến, nha, bánh kẹo) và nhiều ngành công nghiệp khác như: dung dịch khoáng, chất dẻo sinh học, đặc biệt tinh bột sắn là thành phần không thể thiếu được trong ngành công nghiệp chế biến thức ăn cho nghề nuôi trồng thuỷ sản do nó có độ dẻo cao và không bị tan trong nước. Lá sắn dùng để chế biến thức ăn gia súc hoặc dùng để nuôi tằm Eri rất tốt do chứa nhiều axit amin và một số chất dinh dưỡng. Thân sắn dùng để chế biến cồn, làm giấy, ván ép, chất đốt …Củ sắn được dùng làm thức ăn gia súc, nấu rượu và dược phẩm.