Nghiên cứu cải tiến môi trường bảo quản sinh trưởng chậm nguồn gen cây thuốc lá
Việc nghiên cứu cải tiến môi trường bảo quản sinh trưởng chậm là rất cần thiết nhằm nâng cao hiệu quả lưu giữ nguồn gen, trong đó tập trung vào các yếu tố như: hàm lượng chất khoáng, cacbon, chất điều hòa sinh trưởng... nhằm tìm ra môi trường phù hợp với từng loài cây trồng.
Hiện nay, Viện Thuốc lá đang lưu giữ nguồn gen cây thuốc lá trên môi trường sinh trưởng cơ bản MS (Murashige Skoog, 1962) có thời gian lưu giữ ngắn, khoảng 113 - 180 ngày và tần suất cấy chuyển nhiều (2 - 3 lần/năm). Việc cấy chuyển nhiều sẽ làm tăng chi phí lưu giữ và dễ gây biến dị soma, do đó việc nghiên cứu cải tiến môi trường bảo quản nhằm kéo dài thời gian lưu giữ, giảm tần suất cấy chuyển có vai trò quan trọng, đảm bảo lưu giữ an toàn và nguyên trạng các nguồn gen cây thuốc lá.
Để cải tiến môi trường nuôi cấy, hạn chế các biến dạng và sự già hoá của cây, giảm chi phí trong quá trình lưu giữ, Công ty TNHH MTV Viện thuốc lá đã đề xuất và được Bộ Công Thương phê duyệt thực hiện nhiệm vụ “Nghiên cứu cải tiến môi trường bảo quản sinh trưởng chậm nguồn gen cây thuốc lá”. Đề tài cho ThS Nguyễn Văn Chín làm chủ nhiệm.
Mục tiêu của nhiệm vụ là xác định được môi trường bảo quản sinh trưởng chậm phù hợp nhằm nâng cao hiệu quả lưu giữ nguồn gen cây thuốc lá. Trong đó, xác định được hàm lượng các chất khoáng, mannitol, sorbitol và chất ức chế sinh trưởng phù hợp bổ sung vào môi trường MS. Từ đó, đánh giá ảnh hưởng và tính ứng dụng của một số môi trường triển vọng trong bảo quản nguồn gen cây thuốc lá và hoàn thiện quy trình lưu giữ nguồn gen cây thuốc lá bằng phương pháp bảo quản sinh trưởng chậm.
Việc xác định môi trường bảo quản sinh trưởng chậm phù hợp sẽ giúp nâng cao hiệu quả lưu giữ nguồn gen cây thuốc lá
Trong quá trình khảo sát các đề tài nghiên cứu trước đó, ThS Nguyễn Văn Chín cùng các cộng sự tại Viện thuốc lá nhận thấy, lưu giữ nguồn gen bằng phương pháp bảo quản sinh trưởng chậm đang được áp dụng tại các cơ sở bảo tồn chuyển chỗ - ex-situ. Tùy thuộc vào các loại cây trồng mà có những quy trình lưu giữ phù hợp với mục đích đảm bảo an toàn và nguyên trạng nguồn gen. Bên cạnh áp dụng quy trình lưu giữ hiện có, nghiên cứu quy trình lưu giữ nguồn gen bằng phương pháp bảo quản sinh trưởng chậm cũng được tiến hành nhằm nâng cao hiệu quả lưu giữ nguồn gen, trong đó tập trung vào các yếu tố như: hàm lượng chất khoáng, hàm lượng cacbon, chất điều hòa sinh trưởng... nhằm tìm ra những giải pháp phù hợp với từng loài cây trồng.
Để kéo dài thời gian lưu giữ cây trong ống nghiệm, giảm tần suất cấy chuyển, hạn chế các biến dạng, nâng cao hiệu quả và giảm chi phí trong quá trình lưu giữ, đồng thời giảm sự già hoá của cây, các nghiên cứu thường hướng vào các hoạt động sinh lý, sinh hóa, giảm khả năng hút nước và khoáng chất của bộ rễ, giảm tốc độ phân chia tế bào... Do đó, nhóm tác giả đã tham khảo một số nghiên cứu trên thế giới như phương pháp giảm nhiệt độ trong bảo quản nguồn gen, nghiên cứu ảnh hưởng của chất lượng ánh sáng đến sinh trưởng phát triển của nguồn gen; Nghiên cứu ảnh hưởng của môi trường bảo quản đến sinh trưởng phát triển của nguồn gen; Nghiên cứu ảnh hưởng của chất ức chế sinh trưởng đến sinh trưởng phát triển nguồn gen; Nghiên cứu môi trường hỗn hợp đến sinh trưởng của nguồn gen
Trên cơ sở những kết quả tham khảo được, nhóm tác giả tiến hành nghiên cứu môi trường nuôi cấy nguồn gen phù hợp đảm bảo duy trì sinh trưởng chậm, không gây thoái hóa nguồn gen thuốc lá và có khả năng thích nghi khi đưa ra môi trường sản xuất. Sau khi kết thúc đúng tiến độ, nhiệm vụ đã đạt được những kết quả nổi bật như sau:
Một là, Nhiệm vụ đã xác định được ánh sáng hỗn hợp đèn Led YR 70:30 ức chế hiệu quả phát triển của nguồn gen NC628, với chất lượng cây tương đương đối chứng ở 140 NSC. Đến 170 NSC, YR 70:30 gây già hóa nguồn gen nhanh hơn đối chứng. Các ánh sáng đèn Led thí nghiệm không thích hợp cho bảo quản sinh trưởng chậm các nguồn gen thuốc lá Burley 64, vì gây già hóa nguồn gen sớm hơn đối chứng. Ánh sáng đèn Led vàng Y kích thích nguồn gen phát triển mạnh và B ức chế mạnh nguồn gen phát triển.
Chất lượng Burley 64 của các nguồn ánh sáng
Hai là, Môi trường nuôi cấy MS bổ sung 3% sorbitol hoặc 1,5% mannitol + 5/4MS ức chế hiệu quả phát triển của nguồn gen NC628 và Burley 64, không gây biến dạng/thủy tinh thể và già hóa nguồn gen. Môi trường MS bổ sung 1% sorbitol kích thích cây phát triển mạnh, khi nồng độ từ 4 - 5% cây phát triển kém và già hóa nhanh. Đối với mannitol, bổ sung trên 2% mannitol vào MS có tỷ lệ cây chết cao, dao động 75 - 100%. Cây in vitro phát triển trên môi trường 1,5% mannitol + 3/4MS, 5/4MS, 3/4MS và MS có tốc độ già hóa nhanh hơn 1,5% mannitol + 5/4MS.
Ba là, Đối với nội dung nghiên cứu ảnh hưởng của chất ức chế sinh trưởng Paclobutrazol (PBZ) đến phát triển của nguồn gen thuốc lá: Bổ sung 0,2mg/l PBZ vào môi trường MS thích hợp cho bảo quản sinh trưởng chậm nguồn gen thuốc lá NC628 và Burley 64, không gây biến dạng và già hóa nguồn gen chậm hơn. Nồng độ PBZ từ 0,4 - 0,8mg/l không ảnh hưởng đến sinh trưởng của NC628, nhưng gây biến dạng cho Burley 64, với tỷ lệ cây biến dạng và chết ở 90 NSC tương ứng 33,3 - 100% và 13,3 - 46,6%. Khi nồng độ PBZ tăng từ 1 - 5mg/l, 100% mẫu cấy của các nguồn gen NC628 và Burley 64 biến dạng nặng và chết.
Bốn là, Năm 2023, nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm 05 nguồn gen thuốc lá, bao gồm 3 nguồn gen thuốc lá vàng sấy (NC 628, NC 17, K51E) và 02 nguồn gen thuốc lá Burley (Burley 64 và Tennesse 90) trên môi trường triển vọng, kết quả cho thấy, môi trường triển vọng sorbitol 3%, 1,5% mannitol + 5/4MS và 0,2mg/l PBZ ức chế hiệu quả sự phát triển của 05 nguồn gen so đối chứng, không gây biến dạng và già hóa các nguồn gen. 05 nguồn gen trên môi trường sorbitol 3% ở giai đoạn 140NSC, PBZ 0,2mg/l ở 170NSC và 1,5% mannitol +5/4MS ở 170NSC có lá gốc xanh, không bị già hóa, trong khi đó, lá gốc và giữa của cây trên MS bị vàng đến vàng trắng, cây già hóa nặng.
Hội đồng KHCN Bộ Công Thương nghiệm thu nhiệm vụ
Năm là, đánh giá mức độ biến dạng và khả năng thích nghi của các nguồn gen lưu giữ trong môi trường triển vọng trong điều kiện nhà lưới: 05 nguồn gen lấy từ môi trường triển vọng (có chiều cao cây 4 - 5 cm, 4 - 6 lá thật, bộ rễ phát triển tốt) được giâm trên môi trường giá thể (đã xử lý mầm bệnh) có tỷ lệ cây sống cao trong điều kiện nhà lưới, với tỷ lệ cây sống của sorbitol 3% từ 90 - 100%; 0,2mg/l PBZ: 80 - 90% và 1,5% mannitol + 5/4MS: 90 - 100%. Chất lượng cây giâm bầu đạt mức độ trung bình đến tốt.
Sáu là, Năm 2024, Viện Thuốc lá thử nghiệm 10 nguồn gen thuốc lá, bao gồm 05 nguồn gen thuốc lá vàng sấy (NC628, K51E, NC17, P1349.1 và C176), 02 Burley (Burley 64 và Banket A1), 01 xì gà (D2) và 02 Oriental (Khamally và Oriental TQ) trên môi trường bảo quản sinh trưởng chậm mới (5/4MS bổ sung 3% sorbitol + 1,5% mannitol + 0,2mg/l PBZ), kết quả cho thấy môi trường mới ức chế hiệu quả sinh trưởng phát triển của 10 nguồn gen thuốc lá so với MS. Số lá của cây in vitro trên môi trường mới giảm 11,2 - 36,86%; chiều dài cây ở 20NSC giảm 81,31%; 140NSC: 42,7% và 170NSC: 37,94%. Chu kỳ cấy chuyển chậm hơn MS từ 55 - 80 ngày, tương ứng 32 - 47%. Cây phát triển từ mức khá đến tốt, đồng đều và không bị biến dạng.
Bảy là, Đánh giá khả năng thích nghi của 10 nguồn gen ở chu kỳ thứ 2 trên môi trường mới: Chất lượng cây cấy chuyển lần 2 trên môi trường mới của 10 nguồn gen có sức sống tốt, không biến dạng hoặc thủy tinh thể phù hợp cho bảo quản sinh trưởng chậm các nguồn gen thuốc lá. Tuy nhiên, trước khi ứng dụng vào thực tiễn cần cấy chuyển thêm trên môi trường này để có đánh giá chính xác trước khi áp dụng nuôi cấy in vitro diện rộng.
Trên cơ sở kết quả nghiên cứu thu được, nhiệm vụ đã được Bộ Công Thương nghiệm thu. Quy trình lưu giữ nguồn gen cây thuốc lá bằng phương pháp bảo quản sinh trưởng chậm sẽ được ứng dụng vào nuôi cấy in vitro từ năm 2025.
