Tổng quan nghiên cứu

Cây hương thảo (Rosmarinus officinalis L.) là một loài thực vật thuộc họ Hoa môi, có nguồn gốc từ vùng Địa Trung Hải, được sử dụng rộng rãi trong ngành dược liệu, thực phẩm và cây cảnh nhờ mùi hương dễ chịu và các hoạt tính sinh học quý giá. Tại Việt Nam, cây hương thảo mới được nhập khẩu và trồng thử nghiệm ở một số tỉnh miền Trung và miền Nam, tuy nhiên nguồn giống chủ yếu là hạt với tỉ lệ nảy mầm thấp chỉ khoảng 10-20%, đồng thời giá thành cao do phải nhập khẩu. Phương pháp giâm cành hiện tại cũng cho hệ số nhân giống thấp và chất lượng cây giống không đồng đều, gây khó khăn trong việc mở rộng sản xuất quy mô lớn.

Trước bối cảnh nhu cầu về cây hương thảo ngày càng tăng trong các lĩnh vực dược phẩm, hương liệu và cây cảnh, việc nghiên cứu và phát triển kỹ thuật nhân giống hiệu quả là cấp thiết. Kỹ thuật nuôi cấy mô thực vật (in vitro) được xem là giải pháp tiềm năng để nhân nhanh cây giống sạch bệnh, chất lượng cao với hệ số nhân lớn, đồng thời có thể chủ động sản xuất quanh năm không phụ thuộc vào điều kiện môi trường.

Luận văn tập trung nghiên cứu xây dựng quy trình sản xuất cây giống hương thảo bằng kỹ thuật nuôi cấy mô, xác định các loại và nồng độ chất điều hòa sinh trưởng (ĐHST) thích hợp cho các giai đoạn nhân chồi, tạo rễ in vitro, cũng như điều kiện ươm trồng cây con trong vườn ươm tại Bán đảo Sơn Trà, Đà Nẵng. Thời gian nghiên cứu từ tháng 7/2021 đến 6/2022. Kết quả nghiên cứu góp phần cung cấp cơ sở khoa học và thực tiễn cho việc phát triển nguồn giống hương thảo chất lượng, giá thành hợp lý, đáp ứng nhu cầu thị trường trong nước.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu về nuôi cấy mô thực vật và nhân giống in vitro, trong đó:

  • Tính toàn năng của tế bào thực vật: Mỗi tế bào thực vật chứa đầy đủ thông tin di truyền để phát triển thành cây hoàn chỉnh khi được nuôi cấy trong điều kiện thích hợp. Quá trình phân hóa và phản phân hóa tế bào là cơ sở cho việc tái sinh mô và nhân giống in vitro.

  • Ảnh hưởng của chất điều hòa sinh trưởng (ĐHST): Các nhóm auxin (IAA, NAA, IBA) và cytokinin (BAP, KIN, TDZ) đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển sự phân chia tế bào, hình thành chồi và rễ. Tỷ lệ và nồng độ các chất này ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả nhân giống.

  • Môi trường nuôi cấy MS (Murashige và Skoog, 1962): Môi trường dinh dưỡng chuẩn được sử dụng phổ biến trong nuôi cấy mô, bổ sung các chất ĐHST và nguồn cacbon (saccharose) để hỗ trợ sinh trưởng mô.

  • Các giai đoạn nhân giống in vitro: Bao gồm khử trùng mẫu, tái sinh mô, nhân nhanh chồi, tạo rễ và chuyển cây ra môi trường tự nhiên (vườn ươm), mỗi giai đoạn có yêu cầu điều kiện và chất ĐHST riêng biệt.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Nguyên liệu nghiên cứu là đoạn thân có mắt lá và protocorm của cây hương thảo in vitro được nuôi cấy từ hạt sạch bệnh tại phòng thí nghiệm Nuôi cấy mô và tế bào thực vật, Đại học Sư phạm - Đại học Đà Nẵng.

  • Phương pháp chọn mẫu: Mẫu được chọn là đoạn thân dài 0,5 cm và protocorm 1,5 tháng tuổi, được xử lý vô trùng và nuôi cấy trên môi trường MS bổ sung các nồng độ khác nhau của BAP, KIN, TDZ, NAA, IBA.

  • Phân tích số liệu: Các thí nghiệm được bố trí theo phương pháp ngẫu nhiên hoàn toàn, lặp lại 3 lần. Số liệu thu thập gồm số chồi/mẫu, chiều cao chồi, tỉ lệ tạo rễ, số rễ/chồi, chiều dài rễ, tỉ lệ sống sót và sinh trưởng cây con trong vườn ươm. Phân tích thống kê sử dụng kiểm định Duncan (p<0,05) bằng phần mềm SAS.

  • Timeline nghiên cứu: Thời gian thực hiện từ tháng 7/2021 đến tháng 6/2022, bao gồm các giai đoạn: chuẩn bị mẫu và môi trường, nuôi cấy nhân chồi và tạo rễ in vitro, ươm trồng cây con trong vườn ươm, thu thập và xử lý số liệu.

  • Điều kiện nuôi cấy: Nhiệt độ 25 ± 2°C, cường độ ánh sáng 3000 lux, chu kỳ chiếu sáng 16 giờ/ngày, pH môi trường 5,8, khử trùng ở 121°C, áp suất 1 atm trong 20 phút.

  • Phương pháp ươm trồng: Cây con in vitro được chuyển sang vườn ươm tại Bán đảo Sơn Trà, Đà Nẵng, thử nghiệm các điều kiện khác nhau về cơ chất trồng (xơ dừa, đất cát, phân chuồng hoai mục), chế độ tưới nước (1-2 lần/ngày), độ che sáng (30-70%) và thời gian thích nghi (5-15 ngày).

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Ảnh hưởng của BAP đến nhân chồi từ đoạn thân: Môi trường MS bổ sung 1,5 mg/L BAP cho hệ số nhân chồi cao nhất với 35,5 chồi/mẫu, chiều cao chồi đạt 2,70 cm sau 2 tháng nuôi cấy. Nồng độ BAP cao hơn (2,0 mg/L) làm giảm số lượng và chiều cao chồi (30,5 chồi/mẫu, 2,5 cm).

  2. Ảnh hưởng của KIN đến nhân chồi từ đoạn thân: Tối ưu ở 0,75 mg/L KIN với 12,6 chồi/mẫu và chiều cao 1,72 cm, thấp hơn đáng kể so với BAP. Nồng độ KIN cao (2,0 mg/L) gây ức chế phát sinh chồi.

  3. Phối hợp BAP và NAA: Môi trường MS với 1,5 mg/L BAP và 0,5 mg/L NAA tạo ra 20,3 chồi/mẫu, chiều cao chồi 2,44 cm, thấp hơn so với chỉ dùng BAP 1,5 mg/L nhưng chồi phát triển tốt.

  4. Ảnh hưởng của TDZ: TDZ kích thích hình thành thể protocorm thay vì chồi, với nồng độ 1,0-1,5 mg/L TDZ tạo nhiều protocorm nhưng ức chế sự phát sinh chồi mới.

  5. Nhân chồi từ protocorm: Môi trường MS bổ sung 1,0-1,5 mg/L BAP cho số chồi cao nhất 15,25-16,71 chồi/mẫu sau 6 tuần, vượt trội so với KIN (6,25 chồi/mẫu ở 1,0 mg/L).

  6. Tạo rễ in vitro: Môi trường MS bổ sung IBA 1,0 mg/L và NAA 0,5 mg/L cho kết quả tạo rễ tốt nhất với số rễ/chồi và chiều dài rễ cao sau 4 tuần.

  7. Ươm trồng cây con trong vườn ươm: Cơ chất xơ dừa: đất cát: phân chuồng hoai mục (1:1:1) cho tỉ lệ sống sót trên 90% và chiều cao cây trung bình 12 cm sau 2 tháng. Tưới phun sương 2 lần/ngày và độ che sáng 30% là điều kiện tối ưu cho sinh trưởng cây con.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy BAP là cytokinin hiệu quả nhất trong việc nhân chồi in vitro cây hương thảo, phù hợp với các nghiên cứu trước đây trên nhiều loài thực vật dược liệu và hoa cảnh. Nồng độ 1,5 mg/L BAP cân bằng tốt giữa số lượng và chất lượng chồi, trong khi nồng độ cao hơn gây ức chế do quá tải hormone. KIN có tác dụng yếu hơn, phù hợp cho các trường hợp cần kiểm soát số lượng chồi thấp hơn.

Sự phối hợp BAP và NAA giúp cân bằng giữa sinh trưởng chồi và kích thích tạo rễ sau này, tuy nhiên không vượt trội so với BAP đơn lẻ trong giai đoạn nhân chồi. TDZ thúc đẩy hình thành thể protocorm, mở ra hướng nghiên cứu mới về nhân giống theo thể này, tương tự như kỹ thuật nhân giống lan.

Nhân chồi từ protocorm cho hiệu quả cao, đặc biệt với BAP, cho thấy protocorm là nguồn nguyên liệu tiềm năng để nhân nhanh cây giống. Tạo rễ in vitro hiệu quả với IBA và NAA phù hợp với đặc tính auxin kích thích phát sinh rễ.

Trong giai đoạn ươm trồng, việc lựa chọn cơ chất trồng, chế độ tưới và che sáng ảnh hưởng rõ rệt đến tỉ lệ sống và sinh trưởng cây con, phù hợp với điều kiện khí hậu Đà Nẵng. Các dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh số chồi/mẫu theo nồng độ BAP, KIN; biểu đồ tỉ lệ sống và chiều cao cây theo điều kiện ươm trồng.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Áp dụng quy trình nhân chồi in vitro với môi trường MS bổ sung 1,5 mg/L BAP để đạt hệ số nhân chồi cao nhất (35,5 chồi/mẫu) trong vòng 2 tháng, nhằm tăng năng suất sản xuất cây giống hương thảo.

  2. Sử dụng phối hợp BAP 1,5 mg/L và NAA 0,5 mg/L trong giai đoạn tạo rễ in vitro để đảm bảo cây con phát triển rễ khỏe, chuẩn bị tốt cho giai đoạn ươm trồng.

  3. Ươm trồng cây con trên cơ chất xơ dừa: đất cát: phân chuồng hoai mục (1:1:1), tưới phun sương 2 lần/ngày và che sáng 30% trong vườn ươm tại Đà Nẵng, giúp cây đạt tỉ lệ sống trên 90% và chiều cao trung bình 12 cm sau 2 tháng.

  4. Khuyến khích nghiên cứu tiếp tục phát triển kỹ thuật nhân giống theo thể protocorm sử dụng TDZ, nhằm đa dạng hóa phương pháp nhân giống và nâng cao hiệu quả sản xuất cây giống.

  5. Đào tạo và chuyển giao công nghệ nuôi cấy mô cho các cơ sở sản xuất cây giống dược liệu và cây cảnh trong vòng 1-2 năm tới, nhằm chủ động nguồn giống chất lượng, giảm chi phí nhập khẩu.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà nghiên cứu và giảng viên trong lĩnh vực sinh học thực nghiệm, công nghệ sinh học thực vật: Luận văn cung cấp dữ liệu khoa học chi tiết về kỹ thuật nuôi cấy mô và ảnh hưởng của các chất ĐHST trên cây hương thảo, làm tài liệu tham khảo cho nghiên cứu và giảng dạy.

  2. Doanh nghiệp sản xuất cây giống dược liệu và cây cảnh: Áp dụng quy trình nhân giống in vitro hiệu quả để nâng cao năng suất, chất lượng cây giống, giảm chi phí và thời gian sản xuất.

  3. Nông dân và nhà vườn trồng cây hương thảo: Nắm bắt kỹ thuật ươm trồng cây con in vitro trong vườn ươm, tối ưu điều kiện sinh trưởng để nâng cao tỉ lệ sống và chất lượng cây trồng.

  4. Cơ quan quản lý và phát triển nông nghiệp, dược liệu: Sử dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng chính sách hỗ trợ phát triển nguồn giống sạch bệnh, thúc đẩy sản xuất cây dược liệu quy mô lớn, bền vững.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao chọn kỹ thuật nuôi cấy mô để nhân giống cây hương thảo?
    Kỹ thuật nuôi cấy mô cho phép nhân nhanh số lượng lớn cây giống sạch bệnh, đồng đều về chất lượng, không phụ thuộc vào mùa vụ, giúp khắc phục hạn chế của phương pháp nhân giống truyền thống như hạt hoặc giâm cành.

  2. Nồng độ BAP nào là tối ưu cho nhân chồi in vitro cây hương thảo?
    Nồng độ 1,5 mg/L BAP trên môi trường MS được xác định là tối ưu, cho số chồi trung bình 35,5 chồi/mẫu và chiều cao chồi 2,7 cm sau 2 tháng nuôi cấy.

  3. Vai trò của TDZ trong nghiên cứu này là gì?
    TDZ kích thích hình thành thể protocorm, một dạng mô đặc biệt có thể được sử dụng để nhân giống theo hướng mới, tuy nhiên TDZ ức chế sự phát sinh chồi trực tiếp từ đoạn thân.

  4. Điều kiện ươm trồng nào giúp cây con in vitro sinh trưởng tốt nhất?
    Cơ chất xơ dừa: đất cát: phân chuồng hoai mục (1:1:1), tưới phun sương 2 lần/ngày và độ che sáng 30% là điều kiện tối ưu giúp cây đạt tỉ lệ sống trên 90% và chiều cao trung bình 12 cm sau 2 tháng.

  5. Làm thế nào để chuyển cây in vitro ra môi trường tự nhiên thành công?
    Cần có giai đoạn thích nghi trong vườn ươm từ 5-15 ngày, rửa sạch môi trường nuôi cấy, điều chỉnh độ ẩm, ánh sáng và tưới nước phù hợp để cây quen dần với điều kiện tự nhiên, tránh sốc môi trường gây chết cây.

Kết luận

  • Xây dựng thành công quy trình nhân giống cây hương thảo bằng kỹ thuật nuôi cấy mô với môi trường MS bổ sung 1,5 mg/L BAP cho hệ số nhân chồi cao nhất 35,5 chồi/mẫu sau 2 tháng.
  • Phối hợp BAP 1,5 mg/L và NAA 0,5 mg/L hiệu quả trong giai đoạn tạo rễ in vitro, giúp cây con phát triển rễ khỏe mạnh.
  • Điều kiện ươm trồng tối ưu tại vườn ươm Đà Nẵng gồm cơ chất xơ dừa: đất cát: phân chuồng hoai mục (1:1:1), tưới phun sương 2 lần/ngày, che sáng 30%, đạt tỉ lệ sống trên 90%.
  • TDZ kích thích hình thành thể protocorm, mở hướng nghiên cứu nhân giống mới cho cây hương thảo.
  • Đề xuất chuyển giao công nghệ và áp dụng quy trình nhân giống in vitro trong sản xuất cây giống dược liệu, góp phần phát triển bền vững ngành cây cảnh và dược liệu tại Việt Nam.

Hành động tiếp theo: Khuyến khích các cơ sở sản xuất cây giống áp dụng quy trình này, đồng thời mở rộng nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật nhân giống mô cho các loài cây dược liệu khác.