Nghiên cứu tạo mỡ seo phôi hoa và phôi vô tính từ nuôi cấy noãn

NGHIÊN CỨU TẠO MÔ SẸO PHÔI HOÁ VÀ PHÔI VÔ TÍNH TỪ
NUÔI CẤY NOÃN Ở MỘT SỐ GIỐNG CÂY ĂN QUẢ CÓ MÚI

Hà Thị Thuý
1
, Trần Thị Hạnh
1
,Nguyễn Hồng Chiên
1
, Đỗ Năng Vịnh
1
, Vũ Văn Vụ
2
1
Viện di truyền nông nghiệp,
2
Đại học Quốc gia Hà Nội

I. Đặt vấn đề:

Hiện nay, nuôi cấy mô sẹo phôi hoá (ký hiệu EC - embryogenic callus) là một kỹ thuật cơ bản
trong tạo giống citrus. Callus phôi hoá đã được sử dụng trong nhiều nghiên cứu khác nhau như
tạo giống sạch bệnh, nghiên cứu phát sinh hình thái phôi vô tính, nhân sinh khối tế bào dịch lỏng,
nuôi cấy và dung hợp tế bào trần để tạo giống lai tứ bội thể (Grosser et al, 2000), nghiên cứu
chuyển gen và bảo quản nguồn gen (Kunitake and Mu, 1995).Tái sinh cây từ mô sẹo phôi hoá ở
các giống cam, Grosser và cộng sự đã tạo ra nhiều dạng đột biến ổn định, như chín sớm hoặc
muộn hơn, không hạt, chất lượng được nâng cao (Grosser et al., 2000).

Để tạo callus phôi hoá có nguồn gốc từ phôi tâm (Nucellar) in vitro ở citrus người ta có thể
nuôi cấy noãn đã thụ tinh hoặc chưa thụ tinh. Callus phôi hoá còn được tạo ra khi nuôi cấy các
hạt lép của quả chín từ 8 đến 15 tháng tuổi kể từ khi hoa tung phấn (Starrantino and Russo,

1980). Ngoài ra callus phôi hoá đã được tạo ra từ nuôi cấy mô hoặc cơ quan khác như từ bao
phấn (Hidaka and Omura, 1989), từ chân nhuỵ cái (Style) ở chanh tây (Limon). Carimi và cộng
sự đã nghiên cứu nuôi cấy đầu nhuỵ cái (Stigma) và chân nhị cái (Style) của nhiều giống citrus
khác nhau để tạo callus phôi hoá và tái sinh cây (Carimi et al., 1995; De Pasquale et al. 1994).
Kết quả cho thấy các loài C.limon, C.medica và Cam ngọt cho kết quả tạo callus và tái sinh phôi
tốt nhất.

Mục tiêu nghiên cứu của chúng tôi là xây dựng quy trình tạo nguồn mô sẹo phôi hoá, từ đó tạo
phôi vô tính và tái sinh cây phục vụ cho nghiên cứu chọn tạo giống không hạt và vật liệu cho
nghiên cứu chuyển gen trong tương lai.

II. Nguyên liệu và phương pháp:

a/ Nguyên liệu:

Các giống cây ăn quả có múi địa phương và nhập nội khác nhau như: Bưởi Phúc Trạch (Citrus
grandis), Cam Vân Du, Olinda Valencia, Navel, Cam Sành (C. nobilis), Quýt Chum, Quýt Đường
canh (C. reticulata) và quýt lai Murcott đã được sử dụng trong nghiên cứu.

Mẫu nuôi cấy: noãn trước và sau thụ phấn ở các độ tuổi khác nhau (từ 1 đến 8 tuần tuổi). Cách
làm như sau: Bầu nhuỵ lấy nuôi cấy một ngày trước khi hoa nở. Sau khi hoa được thụ phấn,
nhuỵ cái rụng, bầu nhuỵ phát triển thành quả non. Quả non của các giống trên được thu hái ở 1,
2, 3, đến 8 tuần tuổi kể từ sau khi hoa tung phấn. Từ bầu nhuỵ cái và quả non đã được khử
trùng, tách lấy noãn (noãn sau thụ phấn phát triển thành hạt non) để nuôi cấy trên các môi
trường khác nhau.

Noãn được nuôi cấy trên đĩa Petri, mỗi đĩa chứa 16 noãn. Mỗi lô thí nghiệm với 60 quả hoặc bầu
nhuỵ. Riêng với quả non có độ tuổi 6, 7, 8 tuần, chúng tôi tiến hành tách bỏ vỏ lụa ở bên ngoài
của hạt non, sau đó tách loại bỏ phôi non rồi mới cấy vào đĩa môi trường. Tất cả các thao tác
trên được thực hiện dưới kính hiển vi soi nổi.

b/ Môi trường và điều kiện nuôi cấy nuôi cấy:

Theo kết quả nghiên cứu nuôi cấy bầu nhuỵ và noãn ở quả non của một số giống citrus thì môi
trường MT (Murashige & Tucker) là môi trường thích hợp nhất cho tạo callus phôi hoá (Đỗ Năng
Vịnh, 2002). Vì vậy chúng tôi tiến hành thí nghiệm nuôi cấy noãn và hạt non trên nền môi trường
này.

+Môi trường tạo callus phôi hoá:

- MT + các nồng độ khác nhau của Kinetine: 0,25; 0,5; 0,75; 1,0; 1,25; 1,5; 1,75; 2,0 ( mg/l) +
500mg/l Malt extract + 50g/l đường + 5,0g/l thạch.

- MT + các nồng độ khác nhau của BAP: 0,25; 0,5; 0,75; 1,0; 1,25; 1,5; 1,75; 2,0 (mg/l) + 500mg/l
Malt extract + 50g/l đường + 5,0g/l thạch.

+ Môi trường lỏng lắc nhân sinh khối callus phôi hoá: MT + BAP (0,5; 1,0; 1,5; 2,0 mg/l) + 30g/l
đường + 500mg/l Malt extract + 1,0g/l glutamin

+ Môi trường tạo phôi:

• G1: MT + 1,0mg/l GA3 + 30g/l đường + 5,0g/l thạch
• G2: MT + 1,5mg/l GA3 + 30g/l đường + 5,0g/l thạch
• BG: MT + 1,0mg/l GA3 + 0,2mg/l BAP + 5,0g/l thạch

+ Môi trường nẩy mầm phôi vô tính: MS hoặc MT + 30g/l đường, không có chất điều hoà sinh
trưởng.

Môi trường được chỉnh đến pH= 5,8. Noãn được nuôi trên đĩa petri (15mm dày x 60mm đường
kính) chứa 12 ml môi trường thạch, để trong tối.

Nhân mô sẹo phôi hoá: mô sẹo được nhân trên môi trường đặc (thời gian 1tháng), sau đó
chuyển sang môi trường lỏng ( 2 tuần ) rồi lại nhân tiếp trên môi trường đặc. Nhân mô sẹo trong
tối ở nhiệt độ (25 - 27
o
C). Quá trình phôi hoá của mô sẹo và nảy mầm của phôi xảy ra trong điều
kiện có chiếu sáng 2400 Lx và thời gian chiếu sáng là 8 h/ngày.

III. Kết quả và thảo luận

1.Tạo vật liệu nuôi cấy vô trùng

Để tạo vật liệu nuôi cấy vô trùng, chúng tôi tiến hành khử trùng quả non với hai loại hoá chất
Ca(ClO)
2
ở nồng độ 6% và HgCl
2
ở nồng độ 0,01%. Kết quả cho thấy với các chất khử trùng
khác nhau và trong khoảng thời gian khác nhau thì tỉ lệ tạo mẫu sạch là khác nhau.
Khử trùng bằng Ca(ClO)
2
ở nồng độ 6% trong thời gian 10 và 15 phút cho tỉ lệ mẫu sạch tương
ứng là 62,4% và 87,8%. Khử trùng bằng HgCl
2
nồng độ 0,01% trong thời gian 5 và 10 phút, tỉ lệ
tạo mẫu sạch tương ứng là 65,5% và 93%. Như vậy, khử trùng bằng HgCl
2
cho tỉ lệ mẫu sạch rất
cao nhưng sau đó mẫu nhanh chóng bị thâm đen. Hiện tượng này không thấy xuất hiện khi khử
trùng bằng Ca(ClO)

2
. Vì vậy chúng tôi đã chọn chất khử trùng thích hợp cho quả non là
Hypoclorit canxi - Ca(ClO)
2
ở nồng độ 6% trong thời gian 15 phút.

2. Nghiên cứu ảnh hưởng của tuổi noãn bầu nhuỵ trước và sau thụ phấn lên khả năng tạo
callus phôi hoá(EC).

Trước khi hoa nở 1-2 ngày (trước khi thụ phấn) noãn được tách ra để nuôi cấy. Sau khi hoa
được thụ phấn, cánh hoa và nhuỵ cái rụng, bầu nhuỵ phát triển thành quả non. Kích thước của
noãn tăng dần, sự tăng kích thước là kết quả của quá trình phân bào xảy ra ở các mô khác nhau,
trong đó có lớp tế bào phôi tâm (nucellar), phôi hữu tính nhị bội và nội nhũ tam bội thể. Kết quả
noãn phát triển thành hạt non.

Sau khoảng 2-5 tháng nuôi cấy, chúng tôi quan sát phản ứng tạo callus phôi hoá từ noãn và hạt
non ở các giống khác nhau. Đối với nuôi cấy noãn trước thụ phấn, chúng tôi chỉ thu được callus
dạng cứng, màu vàng mà không thu được callus phôi hoá ở tất cả các giống. Đối với hạt non (từ
quả non) có độ tuổi từ 1-8 tuần tuổi, chúng tôi đã thu được callus phôi hoá ở các giống cam Vân
du, cam Sành, quýt Đường canh và quýt Chum. Riêng với giống bưởi Phúc Trạch, chúng tôi
chưa thành công trong việc tạo callus phôi hoá mà chỉ thu được dạng callus cứng, màu vàng
trắng.

Mô sẹo phôi hoá tạo được từ noãn (hoặc noãn đã được phân hoá thành hạt non) đã được nhiều
tác giả khẳng định là có nguồn gốc từ mô phôi tâm (Buttton and Bornman,1971; Gmitter and
Moore,1986). Trong một số trường hợp, mô sẹo phôi hoá đã được tạo ra từ nội nhũ,tuy nhiên tỷ
lệ cây tái sinh từ nội nhũ hạt non rất thấp (Gmitter et al.,1991).
Sau 3 lần lặp lại thí nghiệm ở các giống khác nhau, kết quả thu được được thể hiện ở bảng 1,
Biểu đồ 1.
Bảng 1. Ảnh hưởng của tuổi mô nuôi cấy lên sự phát sinh callus phôi hoá

Biểu đồ 1: Ảnh hưởng của tuổi mô nuôi cấy lên sự phát sinh callus


Hình ảnh các dạng mô sẹo nhận được từ nuôi cấy mô noãn sau thụ phấn từ 1-8 tuần tuổi


Với kết quả trên chúng tôi nhận thấy rằng tỉ lệ tạo callus phôi hoá đạt cao nhất ở tuổi 6 đối với
cam Vân Du (12,5%) và rất thấp ở các độ tuổi 3 (0,9%), tuổi 1 (1,3%), tuổi 2 (1,7%), tuổi 4
(1,35%) và tuổi 5 (1,46) ; Với Cam Sành tỉ lệ tạo mô sẹo phôi hoá đạt cao nhất ở tuổi 2 (35,5%)
và thấp nhất ở tuổi 3, 4 (tương ứng là 3,6%; 4,2%); ở quýt Chum tỉ lệ tạo callus phôi hoá đạt cao
nhất ở tuổi 1 (58,2%) và thấp nhất ở tuổi 8 (5,6%); Cũng giống như quýt Chum, ở quýt Đường
Canh tỉ lệ tạo callus phôi hoá đạt cao nhất ở tuổi 1 (63,5%), tỉ lệ này cũng khá cao ở tuổi 7 và tuổi
8 (56,7% và 59,5%).

3. Vai trò của các chất điều hoà sinh trưởng đối với tạo callus phôi hoá ở một số giống
citrus.

Môi trường MT được nhiều tác giả sử dụng trong nghiên cứu nuôi cấy mô ở cây ăn quả có múi
(Murashige and Tucker, 1969; Gmitter et al.,1990; Kunitake and Mu,1995). Chúng tôi đã tiến
hành thí nghiệm với hai loại phytohormon khác nhau là Kinetine và BAP ở các nồng độ khác
nhau để tìm ra chủng loại và nồng độ phytohormon thích hợp nhất cho việc tạo callus phôi hoá ở
các giống khác nhau. Kết quả thí nghiệm được trình bày ở biểu đồ 2 và 3.
Kết quả cho thấy Kinetine có hiệu quả tương đối thấp lên quá trình tạo callus phôi hoá ở cả 4
giống trên. Tỉ lệ tạo callus phôi hoá đạt cao nhất mới là 15,3% (nồng độ 2,0mg/l K) ở giống quýt
Đường canh. Với các giống còn lại tỉ lệ này còn thấp hơn: cam Vân du 9,5% (nồng độ 1,25mg/l
K), cam Sành 10,8% (0,75mg/l K), quýt Chum 13,1% (0,25mg/l K). Trong khi đó, BAP cho tỉ lệ tạo
callus phôi hoá cao hơn so với Kinetine ở cả 4 giống trên. Tỉ lệ tạo callus phôi hoá cao nhất là ở

giống quýt Đường canh 33,2% (ở nồng độ 0,5mg/l BAP); tiếp đó là các giống cam Vân du 31,9%
(2,0mg/l BAP), cam Sành 29,3% (2,0mg/l BAP), quýt Chum 27,6% (1,0mg/l BAP). Điều này cho
thấy BAP là loại phytohormon thích hợp cho việc tạo callus phôi hoá ở một số giống citrus. Các
giống cam Vân du và cam Sành tỏ ra thích hợp với BAP ở nồng độ cao (2mg/l), tuy nhiên, quýt
Chum và quýt Đường canh lại thích hợp ở nồng độ thấp hơn.

Biểu đồ 2: Ảnh hưởng của Kinetine đến tỉ lệ tạo callus phôi hoá ở các giống khác nhau


Biểu đồ 3: Ảnh hưởng của BAP đến tỉ lệ tạo callus phôi hoá ở các giống khác nhau


4. Nghiên cứu quy trình nhân sinh khối callus phôi hoá bằng nuôi cấy lỏng lắc

Mô sẹo thường có biểu hiện lão hoá khá nhanh khi nuôi cấy trên môi trường thạch trong thời
gian dài. Biểu hiện của lão hoá là tế bào chuyển màu vàng nhạt sang vàng đậm, tiếp theo là nâu
hoá. Tốc độ tăng sinh khối của callus trên môi trường đặc chậm. Tế bào có thể có biểu hiện khác
là phân hoá thành các dạng khác nhau về cấu trúc và hình thái. Tính đồng nhất của quần thể tế
bào do vậy bị giảm. Để khắc phục tình trạng này chúng tôi nghiên cứu nhân sinh khối mô sẹo
phôi hoá theo phương thức luân chuyển như sau: ban đầu sinh khối được nhân trên môi trường
đặc,tiếp sau môi trường lỏng lắc,tiếp theo EC lại được cấy chuyển để nhân trên môi trường
đặc.Như vậy, EC sẽ được nhân theo chu kỳ đặc,lỏng kế tiếp nhau.

Sau khi thu được sinh khối EC ban đầu từ các giống địa phương cam Vân du, Cam Sành, Quýt
Chum, Quýt Đường canh và một số giống nhập ngoại: Murcott, Olinda Valencia, Navel N14-10
trên MT thạch. Chúng tôi tiến hành thí nghiệm nhân callus phôi hoá trên môi trường lỏng lắc
nhằm mục đích tạo ra dạng callus phôi hoá đồng đều về kích thước và độ tuổi. Thời gian nuôi
cấy callus phôi hoá trên môi trường lỏng lắc từ 14-20 ngày. Qua theo dõi chúng tôi nhận thấy
rằng sau nuôi cấy14-20 ngày sinh khối callus đạt được cao, có màu trắng, mịn, gồm các tế bào
đơn hoặc các cụm tế bào nhỏ tách rời, tương đối đồng đều về mặt kích thước và hình dạng.Kết