CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 1. Tổng quan về bèo tấm 1. Cây phân loại bèo tấm Theo Landolt (1986), bèo tấm thuộc giới thực vật, ngành Magnoliophyta, lớp Liliopsida, bộ Arales, họ Lemnaceae, chi Lemna, Spirodela, Wolffia, Wolffiella với trên 40 loài khác nhau. Les và cộng sự, 2002 đã dựa trên đặc điểm về hình thái, nhiễm sắc thể và vi phân tử (DNA của nhân và lục lạp) đề ra giả thiết về cây phân loại của bèo tấm gồm có 5 chi tức là thêm một chi mới là Landoltia (Les và cs, 2002).
Một số nghiên cứu gần đây của Rothwell và cộng sự, 2004 dựa trên sự so sánh trình tự đoạn intron nằm giữa locus trnL và trnF của bộ gen lục lạp đã xác định rằng họ Lemnaceae và Pistia cùng thuộc họ ráy Araceae (Rothwell và cs, 2004). Phân bố của bèo tấm Bèo tấm phân bố khắp thế giới trừ vùng cực bắc và cực nam quanh năm giá lạnh. Vùng sa mạc và vùng đất rất ẩm ướt thì khá hiếm. Trong 4 chi bèo tấm thì 3 chi (Spirodela, Lemna, Wolffia) được phân bố khắp thế giới, Wolffiella ít có ở châu Mĩ và châu Phi.
Spirodela có tâm phân bố ở Nam Mỹ. Chi Lemna có tính đa dạng cao nhất ở Bắc Mĩ và Đông Nam Á. Wolffiella phân bố chủ yếu ở vùng ven nhiệt đới của châu Mĩ và châu Phi. Wolffia tồn tại chủ yếu ở châu Mĩ, Đông Nam Á và châu Úc.
aequinoctialis được phân bố rộng rãi ở các vùng ấm áp trên thế giới. Cùng với nghề trồng lúa nước, chúng có mặt rộng rãi ở nhiều vùng khác nhau như Nam Âu, vùng trung tâm Bắc Mĩ, Bắc Trung Quốc, Bắc Nhật Bản…(Landolt, 1986). Thành phần dinh dưỡng của cây bèo tấm Hàm lượng các chất dinh dưỡng của bèo tấm rất cao. Bèo tấm có chứa các vitamin A, B1, B2.
và các axit amin không thay thế, trừ methionin. Bèo tấm nuôi ở điều kiện tối ưu là một trong số các loài thực vật có hàm lượng protein tổng số đạt cao nhất. Hầu hết các loài bèo có hàm lượng protein đạt từ 6,8-45% phụ thuộc chủ yếu vào điều kiện nuôi cấy (Landolt và Kandeler, 1987). Các yếu tố ảnh hưởng tới hàm lượng protein trong cánh bèo gồm có: ánh sáng, nhiệt độ, thành phần và hàm lượng khoáng chất trong môi trường nuôi (đặc biệt là nitơ).
Hàm lượng protein và các thành phần hữu cơ khác có trong cánh bèo được liệt kê ở bảng 2.Thành phần và hàm lượng các hợp chất hữu cơ có trong cánh bèo Thành phần Hàm lượng (% trọng lượng khô) Proteins 6,8 – 45 Lipids 1,8 - 9,2 Sợi thô 5,7 - 16,2 Đường 14,1 - 43,6 Tro 12,0 - 27,6 Bèo sinh trưởng trong điều kiện tối ưu về dinh dưỡng và các điều kiện nuôi cấy thì hàm lượng protein có thể đạt tới 45% trọng lượng chất khô (Leng và cs, 1994). Hàm lượng protein này rất cao so với các loài thực vật khác và tương đương với hàm lượng protein có trong đậu tương 1. Đặc điểm sinh học 1. Khái niệm cơ bản về cánh bèo Dạng thân giống lá của các loài Lemnaceae được gọi là “frond” (cánh bèo), là một tập hợp của các mô có sự biệt hoá hạn chế.
Mức độ tổ chức của mô cánh bèo trong họ Lemnaceae giảm từ Spirodela tới Lemna, Wolffiella và Wolffia (Landolt, 1986). Hình dạng và kích thước cánh bèo Đa số bèo tấm có cánh mỏng giống lá. Một số loài có cánh không dẹt do có xoang khí lớn. Cánh bèo có hình ovan (hay tròn) dài tới 1,5 cm và rộng tới 1 cm (S.
Loài nhỏ nhất có cánh đạt kích thước 3 mm ở điều kiện tối ưu. Ở điều kiện thường có thể nhỏ hơn 1 mm. Kích thước và hình dạng của cánh bèo phụ thuộc nhiều vào các điều kiện bên ngoài và kiểu gen của chúng. Các yếu tố ngoại cảnh này bao gồm: ánh sáng, hàm lượng đường, hàm lượng nitơ, phospho, kali, canxi và magie, nhiệt độ.Hình thức sinh sản của bèo tấm Bèo tấm có hai hình thức sinh sản chính: sinh sản vô tính và sinh sản hữu tính.
Sinh sản vô tính chiếm ưu thế so với sinh sản hữu tính. Hình thức sinh sản hữu tính của bèo tấm chỉ xảy ra khi chúng gặp điều kiện bất thuận để bảo tồn nòi giống (Landolt, 1986; Landolt và Kandeler, 1987). *Sinh sản vô tính 8 Hình 1. Vòng sinh sản vô tính của L.
aequinoctialis (Landolt, 1986) Fo cánh mẹ a cánh con đầu tiên F1 cánh con thế hệ thứ nhất b cánh con thứ hai F2 cánh con thế hệ thứ 2 + cạnh dương của cánh F2+a (1-a) cánh con đầu tiên của cạnh dương của thế hệ thứ hai - cạnh âm của cánh phát sinh từ cánh đầu tiên ở cạnh âm của thế hệ đầu tiên Các loài bèo sinh trưởng bằng phương thức nảy chồi từ vùng đỉnh phân sinh nằm trong xoang ở vùng gốc cánh. Ở điều kiện tối ưu tốc độ sinh sản vô tính của bèo tấm gần đạt mức tăng theo hàm số mũ. Lượng cánh có thể tăng lên gấp đôi chỉ sau 24 giờ nuôi cấy ở các loài sinh trưởng nhanh như L. microscopica (xem hình 1.
+ Vòng đời của cánh bèo Với hình thức sinh sản vô tính, thời gian một vòng đời của cánh bèo chỉ vài tuần. Theo nhiều tác giả cho biết vòng đời của một cánh bèo phụ thuộc vào nhiệt độ nuôi, ở 30oC, vòng đời giảm còn một nửa so với ở 20oC. Trong giai đoạn ngủ nghỉ và ở nhiệt độ thấp, cánh bèo có thể tồn tại trong vài tháng. Điều kiện dinh dưỡng cũng có thể ảnh hưởng tới vòng đời.
Lượng dinh dưỡng không đủ có thể làm cánh bèo già hoá nhanh và chết chỉ sau 1 đến 2 tuần. Nói chung, vòng đời của một cánh bèo sẽ dài hơn nếu tốc độ nhân cánh thấp hơn. Khi nồng độ dinh dưỡng giảm dưới ngưỡng tối thiểu thì cánh bèo bị tổn thương và chết nhanh hơn bình thường (Landolt, 1986). *Sinh sản hữu tính 9 +Ra hoa Các cơ quan ra hoa ở bèo tấm LA gồm các thành phần: 1 lá bắc, 2 nhị, 1 nhuỵ, hiếm khi có 3 nhị (hình 1.
Ở Spirodela và Lemna, các cơ quan của hoa phát sinh trong xoang phát sinh cánh con. Ở Wolffiella và Wolffia, hoa phát sinh trong 1 xoang ở bề mặt trên của cánh và không ở cùng xoang phát sinh cánh con. Hoa của Wolffia nằm dọc theo đường trung tâm cánh. Hoa của Wolffia nằm ở cạnh đường trung tâm của cánh (Landolt, 1986).A St: nhị; Pi: Nhuỵ; Pe: lá bắc (Landolt, 1986) + Quả và hạt Khoảng 2 - 5 tuần sau khi thụ tinh thì quả chín.
Mỗi quả có lá bao khô và thường có 1 hạt. Ở hầu hết các loài quả gần như đối xứng ngoại trừ L. Quả dài từ 0,35 mm – 2,75 mm. Hạt bèo tấm có dạng hình trứng với 1 vảy đen ở đỉnh.
Khi quả có nhiều hơn 1 hạt thì quả có dạng hình trứng hoặc tam giác. Kích thước hạt biến đổi trong cùng 1 loài và giữa các loài từ 0,3 - 2 mm về chiều dài và 0,2 - 0,8 mm về đường kính. Hạt có vỏ hạt ngoài và vỏ trong, nội nhũ và phôi. Vỏ ngoài gồm 2 - 11 lớp tế bào của biểu bì ngoài, ở đỉnh có nhiều lớp tế bào hơn ở giữa và cuối hạt (Landolt, 1986).
Đặc điểm sinh học của Wolffia australiana W. australiana là loài thực vật hạt kín có hoa nhỏ bé nhất. Chúng không có rễ, cây dạng hình trứng hoặc hình elip, có chiều dài từ 0,4 mm đến 0,9 mm. Chúng sống trôi nổi trên mặt nước, rất khó để quan sát được hoa của chúng.
australiana được bao bọc trong một cái bao, phát triển bên trên thân của cây chứa một nhị hoa và một nhụy đơn không có đài hoa và những cánh hoa. Hạt phấn có gai, những phần nhô lên mặt nước được bao trùm lại. Ở giữa những tế bào được bao bọc bởi một lớp lục lạp, nhờ đó chúng nổi lên mặt nước. australiana so với các loài thực vật khác - W.
australiana có thể sản xuất từ 6,8% đến 45% protein tính trên trọng lượng khô. Protein của bèo tấm có hầu hết các amino acid không thay thế. australiana có các loại vitamine: A, B1, B2, B6, E. - Thời gian nhân đôi 24-48h tuỳ theo điều kiện nuôi trồng.
Có thể sản xuất sinh khối lớn trong thời gian rất ngắn. - Dễ nuôi trồng, chỉ cần nước, ánh sáng, CO và muối khoáng. - Cây tự thụ, không tạo phấn đảm bảo tốt các điều kiện về an toàn sinh học cho 10 cây biến đổi gen. - Cải tạo môi trường nước, đặc biệt nó còn làm giảm sự phát triển của muỗi Anopheles.
australiana là hệ thống mới cho sản xuất các loại vacxin và những kháng thể đơn. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sinh trưởng phát triển W. australiana Cũng giống như các loài cây khác,nhiệt độ, môi trường, ánh sáng, chất dinh dưỡng, độ pH. là các yếu tố tác động lên sinh trưởng và phát triển của W.
W australiana có thể sinh trưởng trong các ao hồ, các môi trường nước nhân tạo, các bình nuôi. Việc thay nước thường xuyên là rất quan trọng, tránh được sự mất nước do bay hơi. australiana cần được nuôi trong môi trường sạch. Khi lấy bèo từ các ao hồ sẽ bị lẫn nhiều các sinh vật khác: vi khuẩn, nấm, tảo, vi sinh vật, thậm chí các tế bào động vật rất nhỏ, những ấu trùng.
Do đó phải làm sạch bèo trước khi nuôi bằng cách chuyển các cá thể riêng lẻ vào môi trường nước sạch, việc này được làm hết sức cẩn thận bởi các tế bào bèo rất dễ bị tổn thương. Môi trường nuôi Cây sinh trưởng và phát triển tốt hay không phụ thuộc rất nhiều vào môi trường nuôi. Nhu cầu dinh dưỡng tối ưu cho các loài cây là không giống nhau, tuỳ thuộc vào loài, giống, thậm chí các mô được lấy từ các cơ quan khác nhau trên cùng một cơ thể sinh vật. Cho đến nay người ta đã tìm ra nhiều loại môi trường dinh dưỡng cơ bản như: môi trường MS, môi trường Knop, môi trường B5.
Trong đó, môi trường MS được sử dụng cho nhiều loại cây trồng. Môi trường MS rất giàu thành phần khoáng đa lượng, đặc biệt là nitrat và amonium. Tuy nhiên đối với một số loài thì hàm lượng khoáng MS tỏ ra quá cao và có trường hợp gây độc cho mô nuôi cấy. Vì thế, với mỗi đối tượng, ta cần tìm ra môi trường thích hợp cho sự sinh trưởng và phát triển của chúng.
Riêng đối với W. australiana môi trường nuôi nhân tạo thường dùng là H (Hutner) Nguồn cacbon Trong quá trình nuôi cấy cây chủ yếu hút chất dinh dưỡng từ môi trường.