MỞ ĐẦU Tính cấp thiết của đề tài Gừng (Zingiber officinale Rosc) là cây dƣợc liệu truyền thống ở Việt Nam cũng nhƣ ở nhiều nƣớc nhiệt đới và cận nhiệt đới với mục đích chủ yếu là làm gia vị, thực phấm và dƣợc liệu. Tại các nƣớc phƣơng Tây, gừng đƣợc sử dụng làm nguyên liệu cho việc sản xuất bánh nƣớng, bánh ngọt, mứt tết… Bia gừng và rƣợu gừng cũng đƣợc sử dụng rộng rãi làm đồ uống hay thực phẩm chức năng. Đặc biệt, gừng còn đƣợc sử dụng nhƣ một loại dƣợc liệu truyền thống hỗ trợ điều trị các bệnh tiêu hóa, thần kinh, tim mạch và xƣơng khớp [2]. Để cung cấp nguyên liệu cho các nhà máy chế biến, gừng đƣợc sản xuất tại nhiều nƣớc trên thế giới nhƣ Ấn Độ, Trung Quốc, Jamaica, Đài Loan… Theo kết quả thống kê chƣa đầy đủ, sản lƣợng tiêu thụ gừng trên thế giới đạt khoảng 2,5 triệu tấn/năm [42].
Trong đó đứng đầu là Ấn Độ, Trung Quốc, Indonesia, Vƣơng quốc Anh, Hoa Kỳ, Ả Rập Saudi, Nepal và Thái Lan với sản lƣợng khoảng 1,7 triệu tấn/năm, tƣơng ứng với 70% sản lƣợng gừng toàn cầu[42]. Gừng là cây trồng có hoa nhƣng lại không có khả năng hình thành hạt vì vậy việc nhân giống và phát triển các thế hệ tiếp theo đều đƣợc thực hiện bằng con đƣờng sinh sản vô tính từ củ gừng. Với phƣơng pháp nhân giống truyền thống từ việc phân chia hom từ nguồn củ sống trên đồng ruộng có nhiều nhƣợc điểm nhƣ nguy cơ lây nhiễm bệnh cao, các hom giống không đồng nhất về tuổi sinh lý, tiêu tốn nhiều số lƣợng củ giống. Từ đó làm tăng giá thành sản xuất và tăng chi phí đầu tƣ.
Các giống gừng năng suất cao chƣa đƣợc chọn lọc bài bản. Các yếu tố này làm cản trở việc gừng thành hàng hóa và xuất khẩu gừng ở nƣớc ta. Trong khi đó việc nhân nhanh giống gừng bằng công nghệ nuôi cấy mô tế bào có ƣu điểm là cây nuôi cấy in vitro sạch bệnh ngay từ đầu, cây con tạo ra đồng đều về chất lƣợng và tuổi sinh lý với số lƣợng lớn kết hợp với khâu chọn giống tốt, công nghệ vƣờn ƣơm và các biện pháp phòng trừ tổng hợp tạo ra đƣợc ngành công nghệ sản xuất gừng chất lƣợng cao. Kỹ thuật nhân giống gừng bằng phƣơng pháp 1 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com nuôi cấy mô tế bào đã thành công ở nhiều nƣớc châu Á nhƣ tại Malayxia, Indonesia và Ấn độ.
Nhân dòng vô tính gừng thông qua nhân nhanh chồi đỉnh đã đƣợc công bố bởi Hosoki & Sagawa(1977), Balachandran(1990), Rout & Das(1997). Nhờ phƣơng pháp này có thể tăng nhanh diện tích sản xuất những giống gừng có chất lƣợng cao, sạch bệnh đồng thời nhân giống bằng nuôi cấy mô có thể giảm mức đầu tƣ giống tiết kiệm đến 40% chi phí giống ban đầu [3]. Tuy vậy hiện nay ở nƣớc ta do tốc độ phát triển nhanh của cây gừng nên công nghệ nuôi cấy mô gừng thông thƣờng vẫn chƣa có đủ khả năng đáp ứng đƣợc nhu cầu khối lƣợng cây giống cho các địa phƣơng. Nuôi cấy in vitro với công nghệ nuôi cấy lát mỏng phát sinh callus trong môi trƣờng phù hợp, sau một thời gian ngắn có thể tạo ra một khối lƣợng lớn callus để tái sinh thành cây hoàn chỉnh là một giải pháp mới có khả năng sản xuất hàng loạt cây giống đạt tốc độ nhanh nhất nhằm khắc phục những hạn chế nêu trên của nuôi cấy mô truyền thống.
Kết hợp với nhu cầu thị trƣờng, hiện nay giống gừng trâu (G10) đã đƣợc chọn lọc có chất lƣợng tốt và phát triển rất mạnh ở Trung Quốc và đang là giống gừng có tiềm năng phát triển lớn ở Việt Nam[18]. Trên cơ sở đó chúng tôi đã thực hiện đề tài: “Nghiên cứu xây dựng quy trình nhân nhanh in vitro giống gừng trâu (Zingiber officinale (Willd.) Roscoe)” tại Phòng nuôi cấy mô thuộc Ngân hàng gen cây trồng quốc gia - Trung tâm Tài nguyên Thực Vật - Viện khoa học nông nghiệp Việt Nam. 2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com CHƢƠNG I TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI 1. Đặc điểm hình thái, thành phần dinh dƣỡng cây gừng Cây gừng Zingiber officinale (Willd.) Roscoe thuộc ngành Ngọc Lan (Magnoliophyta), lớp Hành (Liliopsida), phân lớp Thài Lài (Commelinidae), bộ Gừng (Zingiberales), họ Gừng (Zingiberaceae), chi Zingiber.
Gừng có nguồn gốc nhiệt đới thuộc vùng Ấn Độ-Malaysia từ thời cổ đại. Đặc điểm hình thái Hình thái cơ bản của loài gừng trồng (Zingiber officinale) bao gồm các bộ phận cơ bản là thân rễ, thân giả, lá và hoa. Thân rễ còn gọi là củ, có hình thái rất đa dạng, nằm ngang dƣới mặt đất. Thân rễ đƣợc chia thành nhiều nhánh cùng nằm trên một mặt phẳng, mỗi nhánh lại chia thành nhiều đốt.
Trong điều kiện nhiệt độ và độ ẩm đất thích hợp, sau trồng 2 tuần trên thân rễ mẹ (còn gọi củ hay hom giống) xuất hiện mầm và nhiều lông hút. Sau trồng 4 tuần, hệ thống lông hút bắt đầu thực hiện chức năng hấp thu nƣớc và dinh dƣỡng để cung cấp cho mầm. Sự phát triển của mầm chính là sự hình thành các chồi hƣớng lên mặt đất và các chồi khác nằm ngang dƣới mặt đất. Các chồi hƣớng lên mặt đất sẽ phát triển thành thân giả và lá khí sinh làm nhiệm vụ quang hợp.
Các chồi nằm ngang dƣới mặt đất sẽ hình thành các nhánh của thân rễ trên cùng một mặt phẳng. Sự tăng tiến về kích thƣớc và khối lƣợng thân rễ đạt giá trị cực đại sau trồng 8-10 tháng tùy thuộc vào giống và điều kiện canh tác. Chất lƣợng củ của mỗi giống thƣờng đạt giá trị cao nhất vào thời điểm bộ lá bắt đầu chuyển sang màu vàng [14]. Thân giả đƣợc hình thành do các bẹ lá ôm chặt lấy nhau, không phân nhánh.
Cây thƣờng có mùi thơm hay hắc tùy thuộc vào đặc điểm của các giống [14]. Lá đơn, mọc cách, các lá xếp thành hai hàng, thƣờng hƣớng lên trên, đôi khi nằm ngang gần nhƣ song song với mặt đất; có khi lá chỉ là bẹ lá dạng vảy. Lá gồm các phần: bẹ lá, cuống lá, lƣỡi lá và phiến lá; Bẹ lá: mở đến gốc. Cuống lá 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com hình lòng máng nông hoặc sâu.
Lƣỡi lá là phần giữa bẹ lá và cuống lá, từ bẹ lá kéo dài lên. Phiến lá hình mác, trứng hẹp, bầu dục, ít khi hình tròn, gốc phiến nhọn, hình nêm hay gần tròn; đầu phiến thƣờng nhọn, đôi khi thót nhỏ thành dạng đuôi. Cụm hoa: Cụm hoa mọc từ thân rễ sát mặt đất, có hình dạng chùy, không phân nhánh [35]. Hình thái các bộ phận cây gừng (Zingiber officinale)[36].
AS: Thân giả, R: Thân rễ, F1: Hoa, P: Cuống hoa, S: Cụm hoa 1.Thành phần hóa sinh, dinh dưỡng của gừng Cây gừng là cây gia vị, cây dƣợc liệu truyền thống ở các vùng nhiệt đới trên thế giới. Thành phần sinh hoá của gừng rất đa dạng và phong phú với trên 400 hợp chất sinh học có giá trị dƣợc lý khác nhau trên cơ thể ngƣời và động vật. Cùng với sự đa dạng về thành phần dinh dƣỡng, mùi thơm và vị cay của gừng là những yếu tố căn bản tạo nên những món ẩm thực hấp dẫn đồng thời là nguyên liệu không thể thiếu trong công nghệ chế biến thực phẩm ở nhiều nƣớc trên thế giới. Đặc biệt gừng còn đƣợc sử dụng nhƣ một loại dƣợc liệu truyền thống hỗ trợ điều trị các bệnh tiêu hóa, thần kinh, tim mạch và xƣơng khớp.
Các nhà khoa học đã khẳng định tinh dầu là thành phần sinh hoá quan trọng nhất của gừng. Tinh dầu có mặt trong tất cả các bộ phận của cây gừng nhƣng ở củ 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com có hàm lƣợng cao nhất [21]. Củ gừng chứa 2 - 3% tinh dầu (Bảng 1.1) với thành phần chủ yếu là các hợp chất hydrocarbon sesquiterpenic: β-zingiberen (35%), ar- curcumenen (17%), β-farnesen (10%) và một lƣợng nhỏ các hợp chất alcol monoterpenic nhƣ geraniol, linalol, borneol. Trong nhựa dầu chứa 20 - 25% tinh dầu và 20 - 30% chất cay.
Thành phần chủ yếu của chất cay là zingeron, shogaol và gingerol. Trong tinh dầu gừng còn chứa α-camphen, β-phelandren, eucalyptol và các gingerol. Cineol trong gừng có tác dụng kích thích khi sử dụng tại chỗ và có tác dụng diệt khuẩn trên nhiều chủng loại khác nhau [27]. Thành phần sinh hóa gừng khô (trong 100 g) [21] Chỉ tiêu Hàm lƣợng Chỉ tiêu Hàm lƣợng Độ ẩm (g) 15,02 Chất tro (g) 3,85 Protein (g) 5,08 Calcium (mg) 88,40 Dầu (g) 3,72 Phosphorus (mg) 174,00 Isoluble fibre (%) 23,50 Sắt (mg) 8,00 Soluble fibre (%) 25,50 Kẽm (mg) 0,92 Carbohydrate (g) 38,35 Đồng (mg) 0,54 Vitamin C 9,33 Mn (mg) 9,13 Carotenoid (mg) 79,00 Chromium (µg) 70,00 Nghiên cứu chất thơm và hƣơng vị đặc trƣng của gừng, các nhà phân tích cho rằng hỗn hợp của zingerone, shogaols và gingerols đã tạo ra một phức hợp với mùi thơm đặc trƣng của gừng [27].
Các thí nghiệm trên đối tƣơng động vật, các gingerols đã đƣợc chứng minh là làm tăng nhu động của đƣờng tiêu hóa và có tác dụng giảm đau, an thần, hạ sốt và kháng khuẩn ở quy mô phòng thí nghiệm [23]. Một nghiên cứu khác tại Đại học Michigan cũng thừa nhận rằng gingerols có thể ức chế sự tăng trƣởng của ung thƣ buồng trứng. Gingerol là cơ sở vật chất chủ yếu hình thành nên tính vị cay ở củ gừng. Những nghiên cứu khác còn xác định hƣơng thơm và vị cay của gừng là do phenylpropanoid tạo thành từ gingerols [37].
5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Với công dụng làm thực phẩm và dƣợc liệu, trên thế giới hiện nay nhu cầu tiêu thụ gừng đạt khoảng 2,5 triệu tấn để cung cấp nguyên liệu cho các nhà máy chế biến. Đặc điểm của giống gừng G10 a, Nguồn gốc Trên cơ sở khảo sát đánh giá nguồn gen gừng từ ngân hàng gen cây trồng quốc gia năm 2006, Trung tâm tài nguyên thực vật đã phân lập 230 nguồn gen gừng thành những nhóm giống khác nhau. Trong đó nhóm giống có tiềm năng năng suất cao, chống chịu khá gồm 10 giống mang ký hiệu G1, G1, G3, G4, G5, G6, G7, G8, G9 và G10 đã đƣợc so sánh tại ngân hàng gen cây trồng quốc gia giai đoạn 2007- 2009. Trong đó giống G10 luôn đƣợc đánh giá cao nhất về sinh trƣởng, chống chịu và năng suất.
Giống G10 có nguồn gốc từ giống Hongya - Trung quốc, đƣợc Hội giống cây trồng Việt Nam nhập nội năm 2005. Trên cơ sở đó giống G10 đã đƣợc khảo nghiệm cơ bản tại Bắc Kạn, Hòa Bình và Hƣng Yên cùng với các giống đối chứng địa phƣơng trong giai đoạn 2010-2012[18]. b, Đặc điểm hình thái Giống G10 có khả năng sinh trƣởng phát triển, thích ứng tốt, có tiềm năng năng suất cao.