MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Trong nông nghiệp cùng với việc phát triển các cây lương thực, thực phẩm cây hoa cũng đã trở thành một lĩnh vực thu hút được sự quan tâm và đầu tư bởi sản xuất hoa đã trở thành một ngành thương mại mang lại lợi ích lớn cho nền kinh tế. Trong những loài hoa cắt cành, cẩm chướng ngày càng được biết đến và ưa chuộng bởi màu sắc đẹp, phong phú, kiểu dáng hoa đa dạng, hoa tươi lâu, dễ vận chuyển, bảo quản… Cẩm chướng đã trở thành một trong bốn loài hoa cắt cành được trồng phổ biến trên thế giới, chiếm 17% tổng sản lượng hoa cắt (Nguyễn Thị Kim Lý, 2012). Đây cũng là loại hoa có nhiều triển vọng trong sản xuất nội tiêu cũng như xuất khẩu của Việt Nam.
Ở nước ta hiện nay, chủ yếu trồng các giống cẩm chướng nhập nội từ nước ngoài (Nguyễn Thị Kim Lý, 2012) do đó không chủ động và chi phí sản xuất cao, đặc biệt là không thể mở rộng sản xuất và xuất khẩu bởi không có bản quyền giống. Vì vậy, việc phát triển cây hoa có giá trị này không chỉ là việc nhân nhanh các giống nhập nội hay tìm ra những biện pháp kỹ thuật nhằm nâng cao năng suất chất lượng hoa mà còn phải tạo ra được những giống hoa cẩm chướng mới đáp ứng được nhu cầu thị trường, phù hợp với điều kiện sinh thái và có bản quyền của Việt Nam. Đối với cây hoa việc chọn tạo giống tập trung chủ yếu là tạo giống có màu sắc mới. Điều này được thực hiện thông qua con đường lai xa, đa bội hóa và gây tạo đột biến (Bùi Chí Bửu và Nguyễn Thị Lang, 2007).
Tuy nhiên đối với cây hoa cẩm chướng ở nước ta việc lai xa rất khó thực hiện bởi khả năng thụ phấn thụ tinh rất khó. Vì vậy việc tạo giống có màu sắc mới chỉ có thể thực hiện thông qua con đường gây tạo đột biến. Phương pháp chọn tạo giống bằng gây tạo đột biến được nghiên cứu, phát triển từ giữa thế kỷ 20 và ngày càng phát triển rộng rãi mang lại những thành tựu to lớn trong công tác chọn tạo giống cây trồng. Theo báo cáo của Tổ chức Năng lượng nguyên tử quốc tế, tính đến năm 2013 đã có 3.200 giống cây trồng đột biến thuộc trên 200 loài khác nhau được công nhận và ứng dụng trong 1 sản xuất (IAEA, 2013).
Hơn thế nữa, việc gây tạo đột biến nhân tạo kết hợp với nuôi cấy mô tế bào thực vật in vitro đã trở thành công cụ hữu hiệu giúp giảm thiểu chi phí và thời gian chọn tạo giống cây trồng mới. Kỹ thuật xử lý đột biến in vitro đã gây tạo và làm tăng tần số xuất hiện đột biến với các tính trạng có giá trị kinh tế ở các loài thực vật nói chung và cây hoa nói riêng, góp phần không nhỏ cho việc cải tiến giống cây trồng. Bằng phương pháp chọn lọc và lai tạo thông thường để tạo một giống cây trồng mới ổn định về năng suất, có chất lượng cao phải mất 6 - 10 thế hệ, nhưng nếu áp dụng phương pháp đột biến in vitro chỉ cần 3 - 6 thế hệ. Phương pháp này được đánh giá là một trong những thành tựu của thế kỷ 20 (Đào Thị Thanh Bằng và cs.
Hiện nay trên thế giới việc nghiên cứu sử dụng các tác nhân như Ethylmethane sulphonate (EMS) và tia gamma để gây đột biến in vitro cho nhiều loại cây trồng được nhiều tác giả quan tâm và mang lại hiệu quả cao trong công tác chọn tạo giống cây trồng mới (Arani and Majidi, 2004; Tulmann et al., 2004; Luan và cs., 2007; Shin et al., 2007; Nguyễn Thị Lý Anh và cs. Trong khi đó ở Việt Nam việc nghiên cứu xử lý đột biến in vitro trong chọn tạo giống cây trồng nói chung và cây hoa nói riêng còn nhiều hạn chế. Xuất phát từ những vấn đề nêu trên chúng tôi thực hiện đề tài “Nghiên cứu tạo đột biến in vitro và đánh giá sinh trưởng, phát triển, sai khác di truyền của các dòng đột biến giống hoa cẩm chướng Quận Chúa (Dianthus caryophyllus L.)” phục vụ cho công tác chọn tạo giống hoa cẩm chướng ở nước ta. Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu phương pháp xử lý đột biến in vitro nhằm xác định được phương pháp xử lý đột biến hiệu quả và tạo được các dòng biến dị di truyền làm nguồn nguyên liệu cho công tác chọn tạo giống hoa cẩm chướng mới.
Yêu cầu của đề tài - Xác định khả năng nhân giống in vitro cho cây cẩm chướng giống Quận Chúa, làm cơ sở cho việc tái sinh và tạo cây hoàn chỉnh các mẫu xử lý đột biến in 2 vitro bằng tác nhân gây đột biến. - Xác định hiệu quả xử lý gây tạo đột biến cho cây hoa cẩm chướng trong nuôi cấy mô mang lại hiệu quả cao: + Xác định nồng độ, thời gian xử lý EMS thích hợp cho chồi nhân in vitro cây hoa cẩm chướng. + Xác định liều lượng xử lý tia gamma nguồn 60Co thích hợp cho chồi nhân in vitro cây hoa cẩm chướng. + Xác định hiệu quả của xử lý phối hợp EMS và tia gamma nguồn 60Co cho chồi nhân in vitro cây hoa cẩm chướng.
- Phân lập các thể đột biến qua các thế hệ nhân chồi in vitro. - Sàng lọc các dạng biến dị của cây cẩm chướng sau xử lý trong điều kiện tự nhiên. - Đánh giá sự sai khác di truyền của một số dòng đột biến có triển vọng đã phân lập bằng chỉ thị SSR. - Xác định phương pháp khử trùng mẫu, môi trường nhân nhanh, môi trường ra rễ và giá thể ra cây thích hợp cho một số dòng đột biến có tiềm năng được tuyển chọn.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 4. Ý nghĩa khoa học Đề tài là công trình nghiên cứu có hệ thống đối với cây cẩm chướng bao gồm các nội dung nhân giống vô tính in vitro, tạo vật liệu di truyền mới bằng phương pháp gây tạo đột biến bởi tác nhân hóa học, vật lý kết hợp nuôi cấy in vitro, ứng dụng chỉ thị phân tử trong xác định thể đột biến và xây dựng quy trình nhân giống vô tính in vitro cho một số dòng đột biến có tiềm năng được tuyển chọn. Kết quả nghiên cứu của đề tài đã cung cấp các dẫn liệu khoa học có giá trị về việc nhân giống in vitro và phương pháp tạo giống mới thông qua xử lý đột 3 biến in vitro của cây hoa cẩm chướng. Đồng thời là tư liệu có giá trị cho việc nghiên cứu ứng dụng công nghệ sinh học trong chọn tạo giống cây trồng.
Các kết quả của đề tài là cơ sở để tiếp tục phát triển hướng nghiên cứu tạo dòng đột biến mới làm nguồn nguyên liệu di truyền cho việc chọn tạo giống bằng xử lý đột biến in vitro không chỉ đối với cây cẩm chướng mà còn có thể mở rộng với nhiều đối tượng cây trồng khác. Ý nghĩa thực tiễn Đề tài đã xây dựng được quy trình nhân giống in vitro cho một số dòng, giống hoa cẩm chướng, góp phần giải quyết khó khăn trong thực tiễn về nhân giống hiện nay. Đề tài đã ứng dụng thành công phương pháp xử lý đột biến in vitro và xây dựng được quy trình xử lý gây tạo đột biến kết hợp nuôi cấy in vitro cho cây hoa cẩm chướng bằng tác nhân EMS và chiếu xạ tia gamma nguồn 60Co. Đã tạo được các vật liệu khởi đầu phục vụ cho công tác nghiên cứu chọn tạo giống hoa cẩm chướng mới và chọn lọc được một số dòng đột biến có triển vọng.
Đóng góp mới của luận án Các kết quả nghiên cứu đã xác định được tác nhân gây đột biến EMS và tia gamma nguồn 60Co cho hiệu quả cao trong việc gây tạo biến dị có tiềm năng có thể làm vật liệu cho công tác chọn tạo giống hoa cẩm chướng mới. Đề tài đã tạo ra các dòng đột biến có tiềm năng và đánh giá được đặc điểm sinh trưởng phát triển của các dòng đột biến mới về màu sắc hoa trong điều kiện tự nhiên. Các dòng đột biến này cũng đã được đánh giá sự sai khác di truyền bằng chỉ thị phân tử SSR và xác định mối quan hệ di truyền với cây mẹ (không xử lý đột biến). Đề tài đã xây dựng được quy trình nhân giống in vitro cho 2 dòng đột biến có triển vọng (dòng H6 và dòng H7) trong số các dòng đột biến được tạo ra, phục vụ cho các nghiên cứu tiếp theo để phát triển hai dòng này thành giống hoa cẩm chướng mới.
TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Giới thiệu chung về cây hoa cẩm chướng 1. Nguồn gốc, phân loại Theo Jawaharlal et al. (2005), cẩm chướng có tên tiếng Anh: Carnation; tên khoa học: Dianthus caryophyllus L.
Hoa cẩm chướng thuộc: - Giới thực vật: Plantae - Lớp 2 lá mầm: Magnoliopsida - Phân lớp cẩm chướng: Caryophyllidae - Bộ cẩm chướng: Caryophyllales - Họ cẩm chướng: Caryophyllaceae - Chi: Dianthus - Loài: Caryophyllus. Theo Jurgens et al. (2003), Jawaharlal et al. (2005) họ cẩm chướng có 80 chi và trên 2.000 loài, phân bố chủ yếu ở Bắc bán cầu, tập trung nhiều ở vùng Địa Trung Hải, một số ít ở Nam bán cầu và miền núi nhiệt đới.
Ở Việt Nam gặp trên 10 chi với 25 loài (Hoàng Thị Sản và Hoàng Thị Bé, 2006; Trung tâm Dữ liệu thực vật Việt Nam, 2007). caryophyllus: dựa trên hình dạng, kích thước hoa và hình thái cây loài này được chia thành các nhóm: hoa chuẩn - Standards (sims), hoa chùm - Sprays (miniatures). Hoa chuẩn là dạng hoa một bông to trên một cành. Hoa chùm là dạng có một số lượng lớn hoa nhỏ trên cành, có thể sinh ra cành hoa có nhiều nhánh nhỏ với rất nhiều hoa (Galbally and Galbally, 1997).
Thông thường, cẩm chướng là cây lưỡng bội, tuy nhiên các thể tứ bội cũng đã được tìm thấy. Phần lớn các giống cây trồng hiện nay là các thể lưỡng bội (Sato et al. Cẩm chướng có nguồn gốc từ vùng Địa Trung Hải, bắt đầu được nuôi trồng để thưởng ngoạn từ thế kỷ XVI. Năm 1750, các nhà làm vườn Pháp đã tạo ra giống cẩm chướng Remontant, cây cao, ra hoa nhiều lần trong năm.
Năm 1846, họ 5 đã trồng được rất nhiều giống cẩm chướng hoang dại và điều khiển cho chúng ra hoa quanh năm. Năm 1852, cây cẩm chướng từ châu Âu được nhập vào Mỹ. Sau đó hàng trăm giống hoa cẩm chướng mới đã được tạo ra, trong đó các giống như North, Berwick, Maine và Wiliam Sim đã trở thành những giống hàng đầu. Từ các giống hoa này, người ta đã gây đột biến và lai tạo ra rất nhiều giống cẩm chướng khác nhau (Đặng Văn Đông và Đinh Thế Lộc, 2005).
