NGHIÊN cứu đặc điểm KIỂU NHÂN và KHẢ NĂNG NHÂN NHANH IN VITRO một số GIỐNG KHOAI DONG RIỀNG(Canna edulis ker – gawl) ở VIỆT NAM
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.89 MB, 59 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI
---------------------
TRẦN THỊ TUYỀN
NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM KIỂU NHÂN VÀ KHẢ NĂNG
NHÂN NHANH IN VITRO MỘT SỐ GIỐNG KHOAI DONG RIỀNG
(Canna edulis Ker – Gawl) Ở VIỆT NAM
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC SINH HỌC
HÀ NỘI, NĂM 2018
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI
---------------------
TRẦN THỊ TUYỀN
NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM KIỂU NHÂN VÀ KHẢ NĂNG
NHÂN NHANH IN VITRO MỘT SỐ GIỐNG KHOAI DONG RIỀNG
(Canna edulis Ker – Gawl) Ở VIỆT NAM
Chuyên ngành: Di truyền học
Mã số: 8420121
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC SINH HỌC
Người hướng dẫn khoa học: PGS. TS. Nguyễn Xuân Viết
HÀ NỘI, NĂM 2018
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan bản luận án này là kết quả nghiên cứu của cá nhân
tôi. Các số liệu và tài liệu được trích dẫn trong luận án là trung thực. Kết quả
nghiên cứu này không trùng với bất cứ công trình nào đã được công bố trước
đó.
Tôi chịu trách nhiệm với lời cam đoan của mình.
Hà Nội, tháng 10 năm 2018
Học viên
Trần Thị Tuyền
LỜI CẢM ƠN
Trong suốt thời gian từ khi bắt đầu làm luận văn đến nay, em đã nhận được
sự quan tâm, chỉ bảo, giúp đỡ của thầy cô, gia đình và bạn bè xung quanh.
Với tấm lòng biết ơn vô cùng sâu sắc, em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất
từ đáy lòng đến quý Thầy Cô Khoa Sinh học của trường Đại học Sư phạm Hà
Nội đã dùng những tri thức và tâm huyết của mình để có thể truyền đạt cho
chúng em trong vốn kiến thức quý báu suốt thời gian học tập tại trường.
Đặc biệt, em xin chân thành cảm ơn PGS. TS Nguyễn Xuân Viết và các
giảng viên của bộ môn Di truyền thuộc Khoa Sinh học trường Đại học Sư
phạm Hà Nội đã tận tâm chỉ bảo hướng dẫn em qua từng buổi học, từng buổi
nói chuyện, thảo luận về đề tài nghiên cứu. Nhờ có những lời hướng dẫn, dạy
bảo, hướng dẫn quý giá đó mà trong suốt quá trình triển khai, nghiên cứu và
hoàn thành đề tài một cách tốt nhất.
MỤC LỤ
PHẦN MỞ ĐẦU......................................................................................................1
1. Đặt vấn đề............................................................................................................1
2. Mục đích nghiên cứu của đề tài...........................................................................2
3. Nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài..........................................................................3
4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài.............................................................3
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU...............................................................4
1.1. Nguồn gốc, đặc điểm hình thái, thành phần dinh dưỡng và đặc điểm sinh lý
của cây dong riềng...................................................................................................4
1.1.1. Nguồn gốc cây dong riềng.............................................................................4
1.1.2 Đặc điểm hình thái.........................................................................................5
1.1.3 Thành phần dinh dưỡng của cây dong riềng..................................................7
1.1.4 Đặc điểm sinh lý của cây dong riềng..............................................................8
1.2 Tình hình nghiên cứu về cây dong riềng (Canna edulis Ker – Gawl)....................10
1.2.1 Những nghiên cứu trên thế giới....................................................................10
1.2.2 Những nghiên cứu về cây dong riềng trong nước.........................................13
CHƯƠNG 2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU....................15
2.1. Vật liệu nghiên cứu.........................................................................................15
2.2. Thời gian nghiên cứu......................................................................................16
2.3. Địa điểm nghiên cứu.......................................................................................17
2.4. Phương pháp nghiên cứu................................................................................17
2.4.1. Phương pháp làm tiêu bản quan sát nhiễm sắc thể dong riềng...................17
2.4.2 Phương pháp xây dựng kiểu nhân (karyotype)............................................18
2.4.3. Phương pháp nuôi cấy in vitro mô đỉnh chồi củ dong riềng........................20
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN......................................................23
3.1. Số lượng NST và phân tích đặc điểm kiểu nhân của loài dong riềng Canna
edulis Ker – Gawl................................................................................................23
3.2: Thử nghiệm nghiên cứu in vitro cho giống khoai dong riềng Canna edulis Ker
– Gawl................................................................................................................... 32
3.2.1. Ảnh hưởng của phương pháp khử trùng bề mặt lên mẫu nuôi cấy in vitro.......32
3.2.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của BAP đến khả năng nhân chồi............................35
3.2.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của nước dừa đến hiệu quả nhân chồi.....................38
3.2.4 Nghiên cứu ảnh hưởng của NAA lên sự hình thành rễ tạo cây hoàn chỉnh...40
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...............................................................................42
TÀI LIỆU THAM KHẢO.....................................................................................43
PHỤ LỤC...............................................................................................................47
DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1: Thành phần dinh dưỡng của cây............................................................7
Bảng 2.2: Phân loại NST theo Levan (1964)........................................................19
Bảng 3.1:
Số lượng nhiễm sắc thể của các giống dong riềng................................24
Bảng 3.2:
Chiều dài của cánh dài, cánh ngắn NST của dong riềng (Canna
edulis Ker – Gawl)...............................................................................27
Bảng 3.3:
Chỉ số tâm động và phân loại 3 giống dong riềng................................29
Bảng 3.4: Chiều dài từng chiếc NST trong 2 cặp NST 3 và 5..............................31
Bảng 3.5: Ảnh hưởng của thời gian khử trùng đến sinh trưởng của mẫu..............33
Bảng 3.7: Ảnh hưởng của nước dừa đến khả năng nhân chồi của mẫu....................40
Bảng 3.8: Ảnh hưởng của NAA lên sự hình thành rễ của cây..............................42
DANH MỤC HÌNH
Hình2.1:
Đặc điểm hình thái cơ bản của giống thu thập được tại địa phương
nghiên cứu............................................................................................15
Hình 3.1:
NST trong tế bào đỉnh rễ loài Canna edulis Ker – Gawl của cây
trồng trong chậu đất.............................................................................24
Hình 3.2:
NST trong tế bào đỉnh rễ loài Canna edulis Ker – Gawl từ cây
nuôi in vitro..........................................................................................25
Hình 3.3:
Tế bào đỉnh rễ loài Canna edulis Ker – Gawl chỉ quan sát thấy 17 NST
.............................................................................................................26
Hình 3.4:
Sơ đồ nhiễm sắc thể của 3 giống dong riềng........................................29
Hình 3.5:
Kiểu nhân (Karyogram) loài dong riềng Canna edulis Ker – Gawl
.............................................................................................................30
Hình 3.6:
Chỉ số tâm độngcủa các cặp NST trong kiểu nhân của 3 giống
dong riềng nghiên cứu..........................................................................30
Hình 3.7:
Kiểu nhân (Karyogram) loài dong riềng Canna edulis Ker – Gawl
không có thể kèm.................................................................................32
Hình 3.8:
Biểu đồ ảnh hưởng của thời gian khử trùng đến sinh trưởng của
mẫu chồi..............................................................................................34
Hình 3.9:
Mẫu nuôi cấy sau khi khử trùng...........................................................34
Hình 3.10: Mẫu nhân chồi in vitro của Canna edulis trong môi trường có BAP.........38
Hình 3.11: Cây in vitro của Canna edulis trong môi trường có nước dừa..............41
Hình 3.12: Cây dong riềng in vitro trong môi trường ra rễ nghiên cứu..................43
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
2,4 D
BAP
CT
Axit 2,4 dicloro-phenoxiaxetic
Benzylaminopurine
Công thức
ĐHST
HSN
NAA
KI
INSA
MS
MT
PVP
TB
Điều hòa sinh trưởng
Hệ số nhân
Naphthalene Acetic Acid
Kinetin
Viện Khoa học kỹ thuật nông nghiệp
Môi trường Murashige & Skoog
Môi trường
polyvinylpyrrolidone
Trung bình
CIP
Trung tâm khoai tây Quốc tế
NST
Nhiễm sắc thể
PHẦN MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Việt Nam là quốc gia nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới và cận nhiệt
đới, có điều kiện tự nhiên được ưu đãi về sự đa dạng, phong phú của các hệ
sinh thái, đa dạng của các nguồn tài nguyên di truyền các loài động thực vật.
Theo kết quả điều tra, ở Việt Nam có khoảng 12.000 loài thực vật, trong đó có
hơn 7.000 loài đã được phân loại, hơn 2.300 loài được sử dụng làm lương
thực, thực phẩm, dược liệu… Nhiều nguồn gen cây trồng bản địa cho sản
phẩm chất lượng cao và có khả năng chống chịu tốt, thích nghi với điều kiện
khí hậu Việt Nam.
Tuy nhiên, do các áp lực của nền kinh tế thị trường, đô thị hóa và việc sử
dụng các giống cải tiến có năng suất cao ngày càng trở nên phổ biến, biến đổi
khí hậu làm thay đổi và thu hẹp môi trường sống…nhiều giống vật nuôi, cây
trồng bản địa vì thế đang ngày càng bị thu hẹp về diện tích nuôi trồng, thậm chí
nhiều ngồn gen gần như bị biến mất hoàn toàn. Trước thực trạng đó, Đảng và
Chính phủ đang ngày càng quan tâm và giành sự ưu tiên đặc biệt về mọi mặt để
bảo tồn, khai thác và phát triển các nguồn gen bản địa phục vụ sản xuất và phát
triển kinh tế tại địa phương.
Chi dong riềng Canna là chi duy nhất trong họ Cannaceae được trồng
lấy củ trên nhiều vùng đất khác nhau, từ đất vườn nhà đến đất đồi ở miền núi.
Hiện nay, cây dong giềng được trồng ở nhiều quốc gia với vai trò là cây làm
cảnh, cung cấp tinh bột và là nguyên liệu làm thuốc. Ở Việt Nam, đã phát hiện
có 5 loài thuộc chi Canna L.: Canna edulis – Kur, hay Canna edulis Ker –
Gawl, tiếng Việt gọi là cây dong riềng, chuối củ, khoai đao, khoai riềng;
Canna generalis Bai - Ngải hoa, chuối hoa lai; Canna glauca L. - Phấn mỹ
nhân tiêu, Canna indica L. - Chuối hoa, Canna sylvestris Roscơ - Ngải hoa
đỏ[37]. Trong các loài tìm thấy ở Việt Nam, loài Dong riềng (Canna edulis
1
Ker – Gawl) được người nông dân đặc biệt trồng nhiều đóng vai trò là một
loại cây lương thực quan trọng. Tuy nhiên, các nghiên cứu trong nước tính tới
hiện tại mới chỉ dừng ở mức đánh giá hình thái, đặc điểm nông sinh học của
một số nguồn gen và các công tác chọn tạo giống sẵn có mà hầu như chưa có
nghiên cứu cơ bản nào về di truyền học tế bào và ứng dụng công nghệ để phát
triển các nguồn gen quý của loài này.
Dong riềng được biết là loài sinh sản hữu tính, nở hoa rất muộn, thời
gian tạo hạt của cây kéo dài và khi hạt rụng xuống lại bị bao bởi lớp vỏ cứng
cản trở quá trình tái tạo cây con. Người trồng dong riềng chủ yếu theo phương
pháp dân gian bằng việc tích trữ củ từ các mùa trước theo hộ gia đình nhỏ lẻ.
Cách làm này có nhiều hạn chế: Triển khai sản xuất rộng đòi hỏi cần có kinh
phí nguồn giống dự trữ lớn, cây giống không đồng đều và có nguy cơ bị nhiễm
khuẩn, nấm cao dẫn đến thối củ giống…Ngày nay, các nhà khoa học ứng dụng
phương pháp nuôi cấy mô tế bào in vitro đã có thể giúp giải quyết những hạn
chế đó. Cây con nhân giống bằng phương pháp in vitro giữ được đầy đủ đặc
tính di truyền từ cây mẹ, có khả năng sinh trưởng đồng đều, năng suất củ cao,
sạch bệnh. Tuy nhiên cho tới nay, ở Việt Nam vẫn chưa có nghiên cứu nào về
nhân in vitro giống dong riềng được công bố. Vì vậy từng bước nghiên cứu cơ
bản đi đôi với các nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật công nghệ là cần thiết để
hướng tới phát triển những nguồn gen dong riềng bản địa quý phục vụ phát
triển kinh tế địa phương và nâng cao thu nhập cho người nông dân là rất cần
thiết. Xuất phát từ thực tiễn nêu trên chúng tôi tiến hành nghiên cứu đề tài
“Nghiên cứu đặc điểm kiểu nhân và khả năng nhân nhanh in vitro một số
giống khoai dong riềng (Canna edulis Ker Gawl ) ở Việt Nam”.
2. Mục đích nghiên cứu của đề tài
Đề tài được tiến hành nhằm:
- Xác định bộ nhiễm sắc thể và đặc điểm kiểu nhân của một số giống
dong riềng Canna edulis Ker – Gawl ở một số tỉnh miền Bắc Việt Nam.
2
- Bước đầu đánh giá khả năng nhân giống dong riềng sạch bệnh bằng
ứng dụng kỹ thuật nuôi cấy mô in vitro. Từ đó xây dựng được quy trình nhân
nhanh in vitro một số giống dong riềng.
3. Nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài
- Phân tích nhiễm sắc thể, xác định kiểu nhân và sự đa dạng kiểu nhân
trong loài khoai dong riềng Canna edulis Ker – Gawl.
- Đánh giá khả năng nhân giống dong riềng sạch bệnh bằng ứng dụng
kỹ thuật nuôi cấy mô đỉnh chồi in vitro. Từ đó xây dựng được quy trình nhân
nhanh in vitro một số giống
4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Phân tích đặc điểm di truyền tế bào của NST ở loài Canna edulis Ker –
Gawl đã cung cấp các thông tin cơ bản về di truyền tế bào của NST cho công
tác quản lý, sử dụng và đánh giá đa dạng của loài.
Xây dựng được quy trình quy trình nhân nhanh in vitro giống dong
riềng ứng dụng vào sản xuất cây giống in vitro đối với giống cây dong riềng.
3
PHẦN NỘI DUNG
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Nguồn gốc, đặc điểm hình thái, thành phần dinh dưỡng và đặc
điểm sinh lý của cây dong riềng.
1.1.1. Nguồn gốc cây dong riềng.
Cây dong riềng (Canna edulis Ker – Gawl) hay còn được gọi là chuối
củ, khoai đao, khoai riềng thuộc chi Canna L, thuộc họ Cannaceae, thuộc bộ
Zingiberralles, phân lớp Zingiberidae, lớp Liliopsida, ngành Magnoliophyta,
giới Plantae.
Cây dong riềng có lịch sử bắt nguồn Peru, Nam Mỹ, cho đến nay loài
này đã được trồng rộng rãi ở nhiều quốc gia có khí hậu nhiệt đới và á nhiệt
đới. Tuy Nam Mỹ được biết đến là trung tâm đa dạng nguồn gen của họ dong
riềng, nhưng châu Á, châu Úc và châu Phi lại là những nơi trồng và sử dụng
dong riềng nhiều nhất[4][5]. Củ cây dong riềng được dùng chế biến lấy bột để
làm lương thực, thực phẩn là chính. Họ Cannaceae chỉ có một chi duy nhất là
Canna L, người ta đã xác định được 7 loài dong riềng có nguồn gốc phát sinh
ở Nam Mỹ và Trung Quốc đó là: Canna discolor, Canna flauca, Canna
flaccida, Canna edulis, Canna indica, Canna libata, Canna humilis[21]. Ở
Việt Nam tìm thấy 5 loài: Canna edulis Ker – Gawl, Canna generailis Bai,
Canna glauca L, Canna indica L, Canna sylvestris Rosc[37]. Dong riềng ở
nhiều quốc gia còn được gọi bằng một số tên tiếng Anh: Queenland
Arrowroot, Canna indica L, Canna edulis[14].
Dong riềng được di nhập vào Việt Nam từ đầu thế kỷ XIX. Năm 1898,
Người Pháp đã trồng thử dong riềng ở nước ta nhưng rồi công việc đã bị dừng
lại vì thời đó chưa biết cách chế biến tinh bột dong riềng. Từ năm 1961 đến
1965 một số nghiên cứu về nông học với cây dong riềng đã được thực hiện tại
4
Viện Khoa học kỹ thuật nông nghiệp (INSA) nhằm mục đích mở rộng diện
tích dong riềng. Tuy nhiên vấn đề trồng dong riềng vẫn không được quan tâm
vì thiếu công nghệ chế biến và nhu cầu tiêu thụ thấp. Từ năm1986 do nhu cầu
sản xuất miến từ bột dong riềng ngày càng tăng đi kèm với đó là việc mở rộng
diện tích trồng loài cây này[1]. Theo ước tính, thì diện tích trồng dong riềng
trên thế giới khoảng 300.000ha.Thống kê số liệu năm 1993, ở nước ta có
khoảng 30.000ha trồng dong riềng với sản lượng hơn 300.000 tấn.
1.1.2 Đặc điểm hình thái
Dong riềng thuộc họ chuối hoa Cannacea, trong tế bào có số lượng
nhiễm sắc thể là 9, các nghiên cứu trước đó đã chỉ ra 2 dạng tồn tại của bộ
NST là: lưỡng bội 2n = 2X = 18 và tam bội 2n = 3X = 27.
Dong riềng trồng hiện nay có 2 dạng chính là dong riềng đỏ và dong
riềng trắng, dựa trên cơ sở về tỷ lệ dài lá (D) / rộng lá (R) theo tỷ lệ D/R = 2,0.
Dong riềng lại được chia thành dong riềng bầu lá và dong riềng lá dài theo tỷ lệ
D/R = 2,4.
Hình thái cơ bản của loài Dong riềng (Canna edulis Ker) gồm bộ phận
thân rễ, thân giả, lá và hoa.
Thân giả: Dong riềng là cây thân thảo, có thân rễ ngầm, phân nhánh,
sinh ra những thân khí sinh mọc đứng cao đến 1,5m, thường có màu xanh
hoặc xanh xen tím, thân gồm những đốt kéo dài tiếp phần củ. Theo nghiên
cứu giải phẫu thân khí sinh cây dong riềng của Viện nghiên cứu cây có củ
(Viện Khoa học kỹ thuật nông nghiệp Việt Nam, 1969), bên ngoài thân được
cấu tạo bởi lớp biểu bì gồm những tế bào dẹt, bên dưới có những bó cương
mô xếp thành những bó tròn có tác dụng chống đỡ cho cây giúp cây khỏi bị
đổ, trong cùng là những bó libe, mạch gỗ và nhu mô[30].
Thân rễ (củ): Bộ rễ cây dong riềng thuộc loại rễ chùm rất phát
triển.Thường phình to thành củ có kích thước đạt tới 60cm, phân nhiều nhánh
5
và chứa nhiều tinh bột, nằm trong đất. Thân rễ gồm nhiều đốt, mỗi đốt có một
lá vảy lúc mới ra và lá vảy này có hình chóp nhọn, khi có củ có những mầm
có thể phát triển thành nhánh. Nhánh củ có thể phân chia thành các nhánh cấp
1, cấp 2 và cấp 3. Vỏ của thân củ có màu sắc không hoàn toàn cố định: dao
động biến đổi từ trắng, vàng kem đến hồng tía. Khoảng biến động khá lớn phụ
thuộc vào giống và điều kiện chăm sóc. Giải phẫu thân rễ cho thấy phía ngoài
cùng của củ là biểu bì gồm nhũng tế bào dẹt, nhu mô bên trong có những bó
cương mô và những bó mạch dẫn, libe và mạch gỗ. Những tế bào nhu mô ở
đây chỉ chứa một số hạt tinh bột. So với thân khí sinh thì thân rễ có ít bó
cương mô hơn[18]. Do củ phát triển theo chiều ngang nên rễ chỉ ăn sâu vào
đất khoảng 20 - 30cm. Năng suất củ dong riềng rất cao, nếu trồng ở nơi đất tốt
một khóm có thể thu được 15 - 20kg củ. Trồng trên diện tích lớn dong riềng
có thể cho năng suất đạt tới 45 – 60 tấn/ha[3][4][5].
Lá: Lá non của cây dong riềng là những lá mới bắt đầu mọc ra được 5-7
ngày và có màu xanh nhạt phiến lá chưa mở ra. Sau một thời gian, lá non sẽ
lớn dần và thay đổi màu sắc, kích thước thành lá trưởng thành. Lá dong riềng
có dạng bản to, khi trưởng thành mép lá hơi gợn sóng, lá có mà xanh lục bóng
hoặc màu xanh xen tím. Lá dong riềng tương đối lớn gồm phiến lá và cuống
lá. Phiến lá dong riềng dài khoảng 35 - 60 cm, bề rộng khoảng 22-25cm, mép
lá xuyên, xung quanh mép lá có viền một đường mỏng màu trắng trong hoặc
tím đỏ. Cuống lá dạng bẹ ôm lấy thân, có chiều dài khoảng 8-15cm. Phiến lá
có gân giữa to, gân phụ song song.
Hoa – quả và hạt:
Hoa dong riềng xếp thành cụm, cụm hoa dạng chùm ở ngọn cây. Hoa
của cây dong riềng mang ít hoa lưỡng tính không đều, cụm hoa được bao bởi
một mo chung như hoa chuối. Chùm hoa thiết diện hình tam giác, có từ 6 - 8
đốt, mỗi đốt có 2 hoa, đốt dưới cùng và trên cùng có một hoa. Cấu tạo của hoa
6
gồm có: 3 lá đài hình cánh rời nhau, 3 cánh hoa dài thon cuộn theo chiều dài.
Hoa có 5 nhị đực, ngoài có 3 nhị (2 nhị biến thành bản hình cánh hoa, 1 nhị
biến thành cánh môi cuộn lại phía trước). Vòng trong có 2 nhị, trong số đó 1
nhị chỉ còn vết, nhị còn lại có một nửa cánh mang bao phấn, nửa kia cũng
biến thành hình cánh. Tất cả các nhị đầu có màu sắc sặc sỡ, hoa nhỏ nở hoàn
toàn có màu đỏ. Bầu hoa có 3 ô, mỗi ô có từ 6 – 8 noãn, phía trên bầu có
tuyến mùi, Thời gian từ nụ đến nở hoa kéo dài khoảng 3 – 5 ngày. Hoa nở thứ
tự từ thấp đến cao, từ trong ra ngoài. Hoa nở vào buổi sáng, mỗi hoa nở từ 1 –
2 ngày[2][8].
Quả và hạt: Quả của cây dong riềng thuộc dạng quả nang, hình trứng
ngược, kích thước khoảng 3cm, trên quả nang có nhiều gai mềm, quả có 3 ô,
mỗi quả có từ 2- 7 hạt tùy giống.
Hạt: Hạt của cây dong riềng có màu đen, hình tròn đường kính 3,5 - 5
mm. Khối lượng 1000 hạt khoảng 12 - 13g[1][6].
1.1.3 Thành phần dinh dưỡng của cây dong riềng
Đối với cây dong riềng phần có giá trị kinh tế chính là phần thân củ.
Nguồn giống dong riềng ở Việt Nam không quá phong phú đa dạng, thành
phần dinh dưỡng tùy thuộc vào từng giống, tuy nhiên có thể tổng hợp thành
phần dinh dưỡng chính của cây bao gồm:
Bảng 1.1: Thành phần dinh dưỡng của cây
Thành phần
Tỷ lệ (%)
70 – 72
24,2
0,9 – 1,0
0,3
1,3
1,4
Nước
Cacbonhydrat
Protein
Chất béo
Xơ thô
Tro
7
Trong củ tươi, lượng nước chiếm 72% và cacbonhydrat chiếm 24,2%
( trong đó tinh bột chiếm tới 70,9%). Củ dong riềng có chứa khoảng 0,9 – 1,0%
protein, 0,3% chất béo, 1,3% xơ thô và thành phần khoáng chiếm 1,4%[7][11].
Theo thống kê, một tấn củ dong riềng trung bình có thể chế biến
khoảng 150 – 160kg bột. Bột dong riềng tuy có hàm lượng protein ít hơn
trong gạo nhưng lượng lipid và cacbonhydrat cao hơn. So với các loại tinh bột
khác, tinh bột dong riềng có hàm lượng Amylose cao (từ 38 – 41%).Hạt tinh
bột được chỉ ra là hạt tinh bột có kích thước lớn nhất tới 150µm, trong khi hạt
tinh bột sắn chỉ là 35µm, điều này giúp cho việc tách triết tinh bột dong riềng
dễ ràng hơn các loại cây có củ khác[9] .Gel của tinh bột dong riềng có khả
năng tái kết tinh cao và trong suốt dẫn đến chất lượng sản phẩm miến dong rất
được ưa chuộng.
Năm 2005, Tác giả Perez đã chỉ ra rằng trong mỗi 100g bột dong riềng
có chứa hàm lượng khoáng bao gồm 44,29 mg Natri; 27,2 mg Kali; 2,4 mg
Canxi, phốt pho 77,91 mg, sắt 4,79 mg và Magie 20,37 mg. Ngoài ra còn
chứa 18,17% nước, 0,67% protein; 0,05% chất béo; chất xơ 0,34%, 13,77%
amylose và 86,23% amylopectin[7].
Dong riềng hiện đang là cây kinh tế tăng thu nhập cho nông dân tại một
số vùng sinh thái đặc thù như nơi đất dốc, khô hạn hay khí hậu lạnh. Củ dong
riềng được biết đến có nhiều công dụng: Làm thức ăn trực tiếp, làm bột chế
biến thành phẩm như làm miến, chân châu, làm bánh… Trong điều kiện khó
khăn việc sản xuất chế biến dong riềng thành bột đem lại lợi nhuận cao gấp 23 lần so với sản xuất lúa. Chính vì điều này đã góp một vai trò quan trọng
trong việc xóa đói giảm nghèo ở các khu vực nông thôn miền núi.
1.1.4 Đặc điểm sinh lý của cây dong riềng
* Nhiệt độ:
Cây dong riềng thích hợp với nhiệt độ từ 25-300C, trong điều kiện ấm
áp dong riềng sinh trưởng phát triển khỏe hơn, tốc độ đồng hóa cao và đẩy
8
nhanh quá trình hình thành thân củ.Tuy nhiên ở thời tiết hanh và hơi lạnh sẽ
đẩy nhanh quá trình vận chuyển tinh bột từ thân lá xuống củ, cây dong riềng
có khả năng chịu lạnh khá nên có khả năng trồng ở độ cao trên 2500m so với
mặt nước biển.
* Ánh sáng:
Dong riềng không cần nhiều ánh sáng, cho nên cây có thể sinh trưởng
bình thường ở nơi điều kiện ánh sáng bất lợi, dưới tán của cây ăn quả lâu
năm. Điều kiện ngày ngắn, cường độ ánh sáng mạnh thúc đẩy sự hình thành
phát triển củ, trong khi ngày dài lại thúc đẩy sự phát triển thân lá.
* Đất trồng :
Dong riềng là cây có yêu cầu về đất không khắt khe so với cây trồng
khác, cho nên có thể trồng trên nhiều loại đất khác nhau như đất đồi khô cằn
hay cả đất vùng trũng cây đều có khả năng phát triển. Tuy nhiên trồng trên đất
cát pha, nhiều mùn, đủ ẩm là tốt nhất để cho năng suất cao. Dong riềng là loại
cây chịu úng kém do vậy đất trồng dong riềng phải là nơi dễ thoát nước. Đất
đọng nước làm cho bộ rễ kém có thể dẫn đến thối củ.
* Nước :
Dong riềng có đặc điểm chịu hạn tốt, có thể bố trí trên đất có độ dốc
trên 150, thường cần ít ẩm, nhưng dong riềng không chịu được ngập úng, nếu
bị ngập úng cây thường bị vàng lá, thối củ. Vùng trồng dong riềng ở vùng có
lượng mưa thích hợp 900 – 1200mm.
* Chất dinh dưỡng: Dong riềng yêu cầu có đầy đủ các nguyên tố dnh
dưỡng NPK, trong đó K có ý nghĩa trong việc tăng khối lượng củ. Cây dong
riềng yêu cầu đất tốt giàu mùn để cho năng suất cao. Những nơi đất quá cằn
cỗi cần cung cấp thêm phân hữu cơ.
9
1.2 Tình hình nghiên cứu về cây dong riềng (Canna edulis Ker – Gawl)
1.2.1 Những nghiên cứu trên thế giới
Cây dong riềng đã được trồng với mục đích kinh tế tại nhiều nước trên
thế giới với quy mô thương mại như các nước vùng Nam Mỹ, châu Phi và
một số nước Nam Thái Bình Dương. Tại châu Á, dong riềng được trồng nhiều
ở Thái Lan, Indonêxia, phía nam Trung Quốc, Úc và Đài Loan.[4][30] Tuy
nhiên, đến nay vẫn chưa có số liệu thống kê cụ thể về diện tích của loại cây
trồng này.
Các nghiên cứu về loài dong riềng đã được thực hiện khá lâu trước
đây, dù vậy những công trình nghiên cứu về loài cây này ở các nước còn
nhiều hạn chế. Cây dong riềng là loài cây triển vọng cho hệ thống nông lâm
kết hợp vì nó có những đặc điểm quý như chịu được bóng râm, trồng được
những nơi có điều kiện khó khăn: thiếu nước, đất dốc hay thời tiết lạnh [4].
Củ dong riềng có nhiều công dụng: Luộc để người ăn, làm bột chế biến các
loại thực phẩm hàng ngày, làm rượu... Bột dong riềng dễ tiêu hóa và được
đánh giá lành tính vì thế là nguồn thức ăn rất tốt cho trẻ nhỏ, người ốm và
nhất là những bệnh nhân bị bệnh tiểu đường. Bột dong riềng có thể dùng làm
hạt trân châu, miến, bánh đa, bánh mì, bánh bao, mì sợi, kẹo và thức ăn chăn
nuôi. Đối với miền núi, những nơi khó khăn, dong riềng là cây lương thực
có thể đảm bảo an ninh lương thực. Trong thân cây dong riềng có sợi màu
trắng, loại sợi này có thể được sử dụng để chế biến thành sợi dệt thành các
loại bao bì nhỏ. Củ dong riềng có thể dung làm thức ăn chăn nuôi. Ngoài ra
tại một số quốc gia như Nam Mỹ, Ấn Độ thì một số bộ phận của cây dong
riềng như lá và rễ được sử dụng như một phương thuốc dân gian: làm sạch
vết thương, làm giảm ra mồ hôi, lợi tiểu, phục hồi sau ốm chữa bệnh sốt,
huyết áp… [12][13][34]. Sản phẩm chiết xuất từ thân rễ của cây dong riềng
10
được chỉ ra là giàu hợp chất polyphenolic như phenol và flavonoid, 2,2diphenyl-1-picryl hydrazyl (DPPH) các hợp chất quan trọng có vai trò chống
oxi hóa [23][25][26].
Sản xuất khoai dong riềng trên thế giới trong những năm gần đây có
xu hướng tăng lên do ảnh hưởng của tình trạng biến đổi khí hậu, nhu cầu
lương thực toàn cầu. Để ổn định tình hình lương thực toàn cầu hiện nay
ngành nông nghiệp thế giới có xu hướng đẩy mạnh các cây lương thực có
tính chống chịu tốt tình hình biến đổi khi hậu thay thế cho các cây lương
thực chính như lúa, ngô…
Tuy nhiên, cho đến nay so với nhiều loài cây lương thực khác thì các
nghiên cứu khoa học về loài này chưa thực sự có nhiều nghiên cứu. Những
nghiên cứu di truyền tế bào đầu tiên chỉ ra rằng loài Canna edulis được tìm
thấy phổ biến mang bộ NST lưỡng bội (2n = 18) và tam bội (2n = 27) [19].
Năm 1969 Tomlinson đã phân biệt Canna edulis với Canna indica bằng các
so sánh mẫu tiêu bản của Canna indica ở Achimota, Ghana và các loại mẫu
tiêu bản của Canna edulis được bảo tồn tại Vườn thực vật Hoàng Gia, Kew
[32]. Sau đó loài này được biết là đồng nghĩa với Canna indica, bằng phương
pháp kiểm tra các mẫu tiêu bản và các mẫu tươi Segeren và Mass (1971) đã
chứng minh rằng Canna edulis đồng nghĩa với Canna indica, tên gọi này
được các nhà nghiên cứu sử dụng trong một thời gian dài [21]. Mới đây một
nghiên cứu tổng hợp của 22 phân loài thuộc chi Canna của Tanaka, Matoba
và cs (2009) đã công bố báo cáo về số lượng và kích thước cũng như kiểu
nhân của loài Canna edulis. Theo đó, bộ NST quan sát thấy là lưỡng bội 2n =
18 hoặc tam bội 2n = 27, kích thước chiều dài NST đo được dao động từ
khoảng 2.5 đến 0.7µm, tuy nhiên các tác giả chưa đưa ra được công thức kiểu
nhân chính xác của loài Canna edulis Ker – Gawl[35].
11
Việc phát triển sản xuất dong riềng trước đây gặp nhiều vấn đề hạn chế
do đặc điểm sinh sản vô tính của loài cây này. Tuy nhiên, khoa học phát triển
tạo bước tiền đề cho công nghệ nuôi cấy mô tế bào phát triển, giải pháp ứng
dụng cho sản xuất hàng loạt cây con giống phục vụ cho mục đích mở rộng sản
xuất giống cây này trở nên dễ dàng hơn.
Một trong những nghiên cứu đầu tiên được thực hiện bằng cách tách
chồi đỉnh hoặc chồi nách của thân rễ, nuôi cấy in vitro được thực hiện trên
môi trường MS bổ sung thêm 0,1mg/l BA với mục đích nhân chồi và 0,1mg/l
IBA bổ sung sau đó để tạo rễ.[15][24]. Năm 1985, Kromer và nhóm cs đã
thực hiện các cuộc điều tra nhằm mục đích phát triển một phương pháp nhân
giống Canna indica từ nuôi cấy mô phân sinh để thu được cây không có
khuẩn. Nhóm các tác giả đã sử dụng môi trường trung hòa rắn và môi trường
MS lỏng với việc bổ sung các chất điều hòa sinh trưởng, bổ sung axit
ascorbic, chất chiết xuất từ mạch nha và nấm men. Việc cắt bỏ các mô phân
sinh phát triển tốt hơn trong chất lỏng chứa 1/2 MS so với môi trường thạch
rắn. Các auxin, cytokinin và các chất bổ sung đặc biệt có trong dung dịch dinh
dưỡng đảm bảo sự tồn tại tốt hơn của các mẫu chồi nuôi cấy và ảnh hưởng
đến sự tăng trưởng và phát triển của chúng. Dung dịch dinh dưỡng có bổ sung
kinetin 2 mg/dm3, adenine sulfate 100 mg/dm3 và NAA 0,2 mg/dm3 có vẻ đặc
biệt thuận lợi về mặt này. Các cây trồng trong môi trường như vậy được nhân
giống bằng chồi nách, cắt và chuyển sang dung dịch dinh dưỡng tươi, bắt đầu
phát triển trong một thời gian ngắn. Bằng cách này, một số lượng lớn cây
Canna có thể thu được trong điều kiện in vitro[20].
Nghiên cứu của Sakai và Imai (2007) đã tìm ra công thức hiệu quả
trong nuôi cấy in vitro có sự kết hợp khác nhau của auxin (NAA, IBA),
cytokinin (BA, KN, 2ip) và môi trường nuôi cấy (B5, 1/2MS, MS). Sự kết
hợp của NAA hoặc IBA với BA tạo điều kiện phát triển tối ưu và thúc đẩy tốt
12
sự tăng trưởng. IBA thúc đẩy cho sự phát triển của chồi bên, nồng độ được sử
dụng của NAA tối ưu là từ 0,1- 0,5mg/l, kết hợp với nồng độ BA tối ưu được
dùng là 0,5 - 1mg/l. Môi trường nuôi cấy được đánh giá: tỉ lệ sống sót trên
môi trường B5, 1/2MS và MS tương ứng lần lượt là 92%, 72% và 52%[33].
Một nghiên cứu khác chỉ ra ảnh hưởng của các điều kiện nhiệt độ, ánh
sáng, và chất điều hòa sinh trưởng trong nuôi cấy in vitro. Theo đó nghiên cứu
đã sử dụng môi trường MS có bổ sung 30g/l đường, 0,5 hoặc 1mg/l NAA và
0,5 hoặc 1mg/l BA với sự kết hợp điều kiện ánh sáng 16h sáng/8h bóng tối và
nhiệt độ 280C hoặc 330C[28].
1.2.2 Những nghiên cứu về cây dong riềng trong nước
Ở Việt Nam, nhu cầu tiêu thụ dong riềng làm miến, bánh kẹo và nhu
cầu tiêu thụ các sản phẩm từ cây dong riềng ngày càng tăng. Tuy nhiên, sản
xuất dong riềng vẫn còn mang tính truyền thống, nhỏ lẻ, chưa tương xứng với
tiềm năng và lợi thế phát triển cây dong riềng. Quy mô sản xuất dong riềng ở
nước ta ước tính khoảng 15.900ha (Tính đến năm 2012), tập trung chủ yếu tại
các tính miền núi phía bắc: Hà Giang, Lai Châu, Sơn La và diện tích 3.600ha
ở một số tỉnh đồng bằng sông Cửu Long. Với năng suất trung bình năm 2012
đạt 192,9 tạ/ha cả nước[34].
Theo só liệu thống kê năm 2006, tại Ngân hàng gen cây trồng quốc
gia có 71 mẫu giống dong riềng gồm cả giống địa phương và nhập nội từ
CIP, tuy nhiên vẫn chưa khai thác hiệu quả tài nguyên này do điều kiện kinh
tế hạn hẹp chỉ đủ hoạt động bảo quản lưu trữ và đánh giá ban đầu[4].Các
nghiên cứu trong nước tính tới hiện tại mới chỉ dừng ở mức đánh giá hình
thái, đặc điểm nông sinh học và nghiên cứu khả năng sinh trưởng của loài
dong riềng ở một số tỉnh chuyên sản xuất dong riềng phục vụ chế biến bột
làm miến. Theo Mai Thạch Hoành (2003) ở Việt Nam hiện có 3 nhóm
giống : nhóm dong riềng đỏ, nếu thâm canh tốt năng suất đạt 40 tấn/ ha, bột
13
ướt 27% củ tươi, thời gian sinh trưởng 8,5 -10 tháng; nhóm dong riềng xanh
năng suất đạt 40-42 tấn/ ha nếu thâm canh tốt, bột ướt 25%-27% củ tươi,
thời gian sinh trưởng 9-12 tháng; nhóm Việt-CIP năng suất đạt trên diện tích
nhỏ thâm canh có thể tới 60 tấn/ha bột ướt 23% củ tươi, thời gian sinh
trưởng 7,5 tháng. Những năm 1993-1994, Trung tâm nghiên cứu khoai tây
rau, nay là trung tâm nghiên cứu và phát triển cây có củ với sự hợp tác tài
trợ của Trung tâm nghiên cứu và phát triển quốc tế Canada (IDRC), đã bước
đầu thu thập nguồn gen dong riềng tại nhiều vùng sinh thái trong cả nước,
đây là cuộc thu thập có quy mô lớn nhất và rộng nhất từ trước đến nay, thu
thập được 26 mẫu giống và nhập nội từ CIP 34 mẫu giống dong riềng [2].
Dong riềng hiện nay được chế biến với khối lượng lớn chủ yếu tại một
số làng nghề tại Quốc Oai, Hoài Đức, Trảng Bom, Khoái Châu…Hiện nay
nhu cầu miến ngày càng tăng, trong khi đó nguồn nguyên liệu chế biến lại
chưa đủ nên hàng năm nước ta vẫn phải nhập hàng ngàn tấn tinh bột dong ẩm
từ tỉnh Vân Nam - Trung Quốc.
Dong riềng là cây trồng có hoa và tạo hạt nhưng hạt của loài cây này có
lớp vỏ rất cứng, khó nảy mầm. Vì vậy việc nhân giống và phát triển các thế hệ
tiếp theo được thực hiện bằng con đường sinh sản vô tính từ củ thông qua các
nhánh nhỏ được tách ra từ thân rễ.
Điều này đã làm tăng vốn đầu tư và chi phí đầu vào của quá trình sản
xuất từ đó làm ảnh hưởng đến khả năng mở rộng và phát triển sản xuất cây
dong riềng. Do đó phương thức sản xuất tạo giống dong riềng bằng phương
pháp nuôi cấy mô có thể là một giải pháp hiệu quả để giải quyết vấn đề tạo
giống chất lượng với số lượng lớn, giảm giá thành đáp ứng nhu cầu sản xuất
dong riềng trong nước và hướng tới xuất khẩu.
14
CHƯƠNG 2. VẬT LIỆU
VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Vật liệu nghiên cứu
Củ Dong riềng (Canna edulis Ker – Gawl) được thu thập tại một số địa
điểm thuộc tỉnh Hà Nội, Nam Định và Thái Bình.
A
B
C
15
D
E
F
Hình2.1: Đặc điểm hình thái cơ bản của giống thu thập được tại địa
phương nghiên cứu.
A: Thân cây dong riềng
B: Lá và quả dong riềng
C: Hoa cây dong riềng
D: Củ cây dong riềng giống Thái Bình
E: Củ cây dong riềng giống Hà Nội
F: Củ cây dong riềng giống Nam Định
Bảng 2.1: Đặc điểm hình thái cơ bản của giống thu thập được tại địa
phương nghiên cứu
Đặc điểm
Thân
Thái Bình
Hà Nội
Nam Định
Dạng thân thảo, Dạng thân thảo, Dạng thân thảo,
cao 1,2 -1,5m, thân cao 1,5 -1,6m, thân cao
có màu xanh
Lá
1,4
-1,5m,
có màu xanh, hơi thân có màu xanh
tím
Lá bản to, màu Lá bản to, màu Lá bản to, màu
xanh nhạt, gân lá xanh tím nhạt, gân xanh nhạt, gân lá
có màu tía và gân lá có màu tía và có màu tía, gân
phụ
song
song, gân phụ song song, phụ song song,
mép lá có gợn sóng mép lá có gợn sóng mép lá có gợn
Củ
sóng
Có nhiều nhánh, Có nhiều nhánh, Có nhiều nhánh,
màu trắng hơi tím, màu trắng tím, có màu
16
trắng
hơi
