Thạc Sĩ ảnh hưởng của ánh sáng đơn sắc đến quá trình phát sinh hình thái của một số loại cây trồng nuôi cấy

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
Chuyên ngành: Sinh lý Thực vật
LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC
– 2010


MỤC LỤC

MỤC LỤC i
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT v
DANH MỤC HÌNH VÀ ẢNH vi
DANH MỤC BẢNG BIỂU . vii
MỞ ĐẦU . 1

1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3
1.1. Ánh sáng . 3
1.1.2. Ánh sáng và tác động của ánh sáng đối với thực vật . 4
1.1.2.1. Ánh sáng với sự sống 4
1.1.2.2. Vai trò của ánh sáng đối với thực vật 4
1.1.2.3. Vai trò của ánh sáng lên quá trình phát sinh hình thái của thực vật 10
1.1.2.4. Vai trò của ánh sáng trong sự nảy mầm của hạt . 11
1.1.2.5. Vai trò của nhân tố ánh sáng trong vi nhân giống 12
1.2. Những thành tựu đạt được trên thế giới khi sử dụng các nguồn sáng nhân tạo khác
nhau trong nuôi cấy mô 13
1.3. Phát sinh hình thái, phát sinh cơ quan và quang phát sinh hình thái ở thực vật . 15
1.3.1. Phát sinh hình thái 15
1.3.2. Sự phát sinh cơ quan và các yếu tố ảnh hưởng 17
1.3.2.1. Phát sinh cơ quan trực tiếp 18
1.3.2.2. Phát sinh cơ quan gián tiếp 20
1.3.3. Quang phát sinh hình thái . 21
1.3.3.1. Phytochrome – thụ quan ánh sáng đỏ và đỏ xa ở thực vật 21
1.3.3.2. Các thụ quan ánh sáng xanh dương ở thực vật . 23
1.3.3.3. Các thụ quan tia cực tím (UV receptor) ở thực vật . 24
1.4. Một số nguồn chiếu sáng nhân tạo được sử dụng trong nuôi cấy mô thực vật 24
1.4.1. Một số thiết bị tạo nguồn sáng nhân tạo hiện nay . 24
1.4.2. Một số nguồn sáng được sử dụng cho nuôi cấy mô thực vật . 25
1.4.2.1. Đèn phóng điện vô cực/ Đèn vi sóng (Electrodeless discharge lamp/ Microwave
– powered lamp) 25
1.4.2.2. Đèn đi–ốt laser (Laser diode device, LD) 25
1.4.2.3. Đèn đi–ốt phát quang (light – emitting diodes) 25
1.5. Sơ lược về đối tượng nghiên cứu . 28
1.5.1. Cây Torenia . 28
1.5.1.1. Nguồn gốc – phân bố 28
1.5.1.2. Đặc điểm hình thái 28
1.5.1.3. Giá trị kinh tế của Torenia . 29
1.5.2. Cây Sâm Ngọc linh (Panax vietnamensis Ha et Grushv.) 29
1.5.2.1. Nguồn gốc – phân bố 29
1.5.2.2. Đặc điểm hình thái 30
1.5.2.3. Giá trị kinh tế của Sâm Ngọc linh 31
1.5.3. Cây Cát tường (Eustoma grandiflorum) . 32
1.5.3.1. Nguồn gốc – phân bố 32
1.5.3.2. Đặc điểm hình thái 33
1.5.3.3. Giá trị kinh tế của Cát tường . 33
1.5.4. Cây Dâu tây (Fragaria vesca L.) 34
1.5.4.1. Nguồn gốc – phân bố 34
1.5.4.2. Đặc điểm hình thái 34
1.5.4.3. Giá trị của Dâu tây 35
1.5.5. Cây Địa lan (Cymbidium) 36
1.5.5.1. Nguồn gốc – phân bố 36
1.5.5.2. Đặc điểm hình thái 36
1.5.5.3. Giá trị kinh tế của Địa lan . 37
1.5.6. Cây lan Hồ điệp (Phalaenopsis) 38
1.5.6.1. Nguồn gốc – phân bố 38
1.5.6.2. Đặc điểm hình thái 38
1.5.6.3. Giá trị kinh tế của lan Hồ điệp . 39
2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP 40
2.1. Vật liệu . 40
2.1.1. Đối tượng nghiên cứu . 40
2.1.2. Nguyên liệu thí nghiệm 40
2.2. Phương pháp nghiên cứu . 41
2.2.1. Thí nghiệm 1: Khảo sát ảnh hưởng của các điều kiện chiếu sáng và các tỉ lệ ánh sáng đơn sắc đến sự tái sinh chồi bất định từ mô lá cây Torenia in vitro. . 42
2.2.2. Thí nghiệm 2: Khảo sát ảnh hưởng của các điều kiện chiếu sáng và các tỉ lệánh sáng đơn sắc đến sự tạo rễ từ cuống lá và phiến lá cây Sâm Ngọc Linh in vitro . 42
2.2.3. Thí nghiệm 3: Khảo sát ảnh hưởng của các điều kiện chiếu sáng và các tỉ lệ ánh sáng đơn sắc đến sự tái sinh chồi bất định từ mô lá cây Cát tường. . 43
2.2.4. Thí nghiệm 4: Khảo sát ảnh hưởng của các điều kiện chiếu sáng và các tỉ lệ ánh sáng đơn sắc đến sự tái sinh chồi bất định từ mô lá cây Dâu tây in vitro. . 43
2.2.5. Thí nghiệm 5: Khảo sát ảnh hưởng của các điều kiện chiếu sáng và các tỉ lệ ánh sáng đơn sắc đến khả năng tái sinh cây con từ PLB cây Địa lan in vitro. . 43
2.2.6. Thí nghiệm 6: Khảo sát ảnh hưởng của các điều kiện chiếu sáng và các tỉ lệ ánh sáng đơn sắc đến sự hình thành PLB từ phôi lan Hồ điệp in vitro. . 44
2.3. Xác định hoạt tính các chất điều hòa tăng trưởng thực vật bằng sinh trắc nghiệm 44
2.4. Phương pháp thu thập và thống kê số liệu . 48

3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 49
3.1. Kết quả . 49
3.1.1. Thí nghiệm 1: Khảo sát ảnh hưởng của các điều kiện ánh sáng và các tỉ lệ ánh sáng đơn sắc đến sự tái sinh chồi bất định và tạo rễ từ mô lá cây Torenia in vitro . 49
3.1.2. Thí nghiệm 2: Khảo sát ảnh hưởng của các điều kiện chiếu sáng và các tỉ lệ ánh sáng đơn sắc đến sự tạo rễ từ phiến lá và cuống lá cây Sâm Ngọc Linh in vitro . 55
3.1.3. Thí nghiệm 3: Khảo sát ảnh hưởng của các điều kiện chiếu sáng và các tỉ lệ
ánh sáng đơn sắc đến sự tái sinh chồi bất định từ mô lá cây Cát tường 61
3.1.4. Thí nghiệm 4: Khảo sát ảnh hưởng của các điều kiện chiếu sáng và các tỉ lệ ánh sáng đơn sắc đến sự tái sinh chồi bất định từ mô lá cây Dâu tây in vitro . 65
3.1.5. Thí nghiệm 5: Khảo sát ảnh hưởng của các điều kiện chiếu sáng và các tỉ lệ ánh sáng đơn sắc đến khả năng tái sinh cây con từ PLB Địa lan in vitro 69
3.1.6. Thí nghiệm 6: Khảo sát ảnh hưởng của các điều kiện chiếu sáng và các tỉ lệ ánh sáng đơn sắc đến sự hình thành PLB từ phôi lan Hồ điệp in vitro 71

3.2. THẢO LUẬN . 73
4. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 78
4.1. Kết luận 78
4.2. Đề nghị . 80
TÀI LIỆU THAM KHẢO 81



DANH MỤC HÌNH VÀ ẢNH


Hình 1.1. Sắc tố quang hợp và trung tâm phản ứng (diệp lục tố a) 5
Hình 1.2. Quá trình quang hợp xảy ra ở thylakoid. . 5
Hình 1.3. Chu trình Calvin (C3PCR) 6
Hình 1.4. Các bước sóng ánh sáng và sự hấp thu các bước sóng bởi các loại sắc tố
quang hợp và cường độ quang hợp của Anacharis sp 6
Hình 2.1. Sơ đồ ly trích chất kích thích và chất cản tăng trưởng . 45
Ảnh 3.1. Ảnh hưởng của các điều kiện ánh sáng khác nhau lên sự hình thành chồi và
rễ Torenia. 54
Ảnh 3.2. Ảnh hưởng của các điều kiện ánh sáng đến sự tạo rễ từ mô cuống lá cắt dọc
cây Sâm Ngọc Linh sau 6 tuần nuôi cấy. 58
Ảnh 3.3. Ảnh hưởng của các điều kiện ánh sáng đến sự tạo rễ từ mô cuống lá cắt
ngang cây Sâm Ngọc Linh sau 6 tuần nuôi cấy . 60
Ảnh 3.4. Ảnh hưởng của các điều kiện ánh sáng đến sự tạo rễ từ lá Sâm Ngọc Linh
sau 6 tuần nuôi cấy . 61
Ảnh 3.5. Ảnh hưởng của các điều kiện ánh sáng khác nhau đến sự hình thành chồi Cát tường: . 64
Ảnh 3.6. Ảnh hưởng của các nguồn ánh sáng đến sự hình thành chồi Dâu tây sau 4 và
6 tuần nuôi cấy. 68
Ảnh 3.7. Ảnh hưởng của các điều kiện ánh sáng khác nhau đến sự hình thành chồi Địa
lan sau 6 tuần nuôi cấy 69
Ảnh 3.7. Ảnh hưởng của các điều kiện ánh sáng khác nhau đến sự hình thành chồi Địa
lan sau 6 tuần nuôi cấy: 70
Ảnh 3.8. Ảnh hưởng của các điều kiện ánh sáng khác nhau đến sự hình thành PLB từ
phôi lan Hồ điệp sau 4 tuần nuôi cấy. . 72

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1. Tác động của ánh sáng lên thực vật. . 8
Bảng 1.2. Tỉ lệ bức xạ R:Fr ở các loại môi trường khác nhau (Holmes, 1984; Smith,
1982; Morgan và Smith, 1981). 9
Bảng 2.1. Bố trí các nguồn ánh sáng trong các thí nghiệm 42
Bảng 3.1. Ảnh hưởng của các điều kiện ánh sáng đến tỉ lệ hình thành chồi và rễ của
cây Torenia sau 4 tuần nuôi cấy. . 49
Bảng 3.2. Hàm lượng các chất điều hòa tăng trưởng thực vật nội sinh dưới tác động
của các điều kiện chiếu sáng sau 4 tuần nuôi cấy in vitro. . 50
Bảng 3.3. Ảnh hưởng của các điều kiện ánh sáng đến số chồi, trọng lượng tươi, chiều
cao chồi, số rễ và chiều dài rễ của cây Torenia sau 8 tuần nuôi cấy. 51
Bảng 3.4. Hàm lượng các chất điều hòa tăng trưởng thực vật nội sinh dưới tác động
của các điều kiện chiếu sáng lên Torenia sau 8 tuần nuôi cấy in vitro. 52
Biểu đồ 3.1. Ảnh hưởng của các điều kiện ánh sáng đến tỉ lệ hình thành chồi và rễ của
cây Torenia sau 4 tuần nuôi cấy. . 53
Biểu đồ 3.2. Ảnh hưởng của các điều kiện ánh sáng đến số chồi, trọng lượng tươi,
chiều cao chồi, số rễ và chiều dài rễ của cây Torenia sau 8 tuần nuôi cấy
. 53
Bảng 3.5. Ảnh hưởng của các điều kiện ánh sáng đến sự tạo rễ từ mô cuống lá cắt dọc
cây Sâm Ngọc Linh sau 6 tuần nuôi cấy. 55
Bảng 3.6. Ảnh hưởng của các điều kiện ánh sáng đến sự tạo rễ từ mô cuống lá cắt
ngang cây Sâm Ngọc Linh sau 6 tuần nuôi cấy. 56
Bảng 3.7. Ảnh hưởng của các điều kiện ánh sáng đến sự tạo rễ từ mô phiến lá cây
Sâm Ngọc Linh sau 6 tuần nuôi cấy 56
Biểu đồ 3.3. Ảnh hưởng của các điều kiện ánh sáng đến sự tạo rễ từ mô cuống lá cắt
dọc cây Sâm Ngọc Linh sau 6 tuần nuôi cấy. 57
Biểu đồ 3.4. Ảnh hưởng của các điều kiện ánh sáng đến sự tạo rễ từ mô cuống lá cắt
ngang cây Sâm Ngọc Linh sau 6 tuần nuôi cấy. 57
Biểu đồ 3.5. Ảnh hưởng của các điều kiện ánh sáng đến sự tạo rễ từ mô phiến lá cây
Sâm Ngọc Linh sau 6 tuần nuôi cấy 58
Bảng 3.8. Ảnh hưởng của các điều kiện chiếu sáng đến tỉ lệ hình thành chồi Cát tường
sau 3 tuần nuôi cấy. 61
Bảng 3.9. Ảnh hưởng của các nguồn ánh sáng đến sự hình thành chồi Cát tường sau 6
tuần nuôi cấy. . 62
Bảng 3.10. Ảnh hưởng của các nguồn ánh sáng đến sự sinh trưởng và hình thành rễ
Cát tường ở 10 tuần tuổi sau nuôi cấy. 62
Biểu đồ 3.6. Ảnh hưởng của các điều kiện chiếu sáng đến tỉ lệ hình thành chồi Cát tường sau 3 tuần nuôi cấy. 63
Biểu đồ 3.7. Ảnh hưởng của các điều kiện chiếu sáng đến sự hình thành chồi Cát
tường sau 6 tuần nuôi cấy. 63
Bảng 3.11. Ảnh hưởng của các nguồn ánh sáng đến sự hình thành chồi Dâu tây sau 4 tuần nuôi cấy. . 65
Biểu đồ 3.8. Ảnh hưởng của các nguồn ánh sáng đến sự hình thành chồi Dâu tây sau 4
tuần nuôi cấy. . 66
Bảng 3.12. Ảnh hưởng của các nguồn ánh sáng đến sự hình thành chồi Dâu tây sau 6
tuần nuôi cấy. . 66
Biểu đồ 3.9. Ảnh hưởng của các nguồn ánh sáng đến sự hình thành chồi Dâu tây sau 6
tuần nuôi cấy. . 67
Bảng 3.13. Ảnh hưởng của các nguồn ánh sáng đến sự hình thành chồi từ PLB Địa lan
sau 6 tuần nuôi cấy. 69
Biểu đồ 3.10. Ảnh hưởng của các nguồn ánh sáng đến sự hình thành chồi từ PLB Địa
lan sau 6 tuần nuôi cấy. 69
Bảng 3.14. Ảnh hưởng của các nguồn ánh sáng đến sự hình thành PLB từ phôi lan Hồ
Điệp sau 4 tuần nuôi cấy . 71
Biểu đồ 3.11. Ảnh hưởng của các nguồn ánh sáng đến sự hình thành PLB từ phôi lan
Hồ Điệp sau 4 tuần nuôi cấy. 72
Bảng 4.1. Ảnh hưởng của các điều kiện chiều sáng đến các loại cây trồng (Torenia,
Sâm Ngọc linh, Cát tường, Dâu tây, Địa lan và lan Hồ điệp). . 79


MỞ ĐẦU

Trong thế giới tự nhiên, ánh sáng mặt trời là một nguồn năng lượng cực kỳ quan trọng không thể thiếu được, nó cung cấp sự sống cho hầu hết các sinh vật. Mà trong đó, phần lớn thực vật xanh là sinh vật đầu tiên thụ hưởng được nguồn năng lượng vô tận này. Từ đó, thực vật xanh nhờ có khả năng kết hợp được các hợp chất vô cơ trong thiên nhiên thành những hợp chất hữu cơ, từ đơn giản đến phức tạp, cần thiết cho các hoạt động sống của chính mình và cho các sinh vật khác trong chuỗi thức ăn tự nhiên. Vì vậy, nguồn chiếu sáng là một trong những yếu tố rất quan trọng đối với ngành công nghiệp vi nhân giống nói chung và công nghệ nuôi cấy mô thực vật in vitro nói riêng. Bên cạnh đó, việc tìm ra giải pháp tốt nhất về nguồn sáng nhằm nâng cao chất lượng cây giống cũng như hạ giá thành sản phẩm cây trồng cũng đang được quan tâm hàng đầu.

Trước đây, người ta thường sử dụng đèn huỳnh quang trong nuôi cấy mô, mà đèn huỳnh quang thì chủ yếu lại được sử dụng cho sinh hoạt của con người. Ánh sáng đèn huỳnh quang là sự phối trộn của nhiều vùng quang phổ từ những vùng ánh sáng có bước sóng ngắn 320 nm đến bước sóng dài 800 nm. Có những vùng bước sóng ngắn không có lợi cho sự sinh trưởng và phát triển của thực vật. Trong thời gian gần đây, nhiều nhà nghiên cứu rất quan tâm đến việc sử dụng các nguồn ánh sáng nhân tạo (đèn compact, đèn LED ) tiết kiệm điện trong nuôi cấy mô và đã đạt được nhiều thành tựu đáng kể, trong đó đặc biệt là nguồn chiếu sáng đơn sắc từ đèn LED (Light-emitting diode) đang được quan tâm. Đèn LED có nhiều ưu điểm hơn với kích thước nhỏ, thể tích nhỏ, tuổi thọ cao, vùng quang phổ có thể kiểm soát được, ít hao tốn điện năng và ít tỏa nhiệt. Trong khi đó, đèn huỳnh quang trong nuôi cấy mô chiếm nhiều không gian, tuổi thọ thấp, có những vùng quang phổ không cần thiết, tiêu tốn nhiều điện năng và tạo ra một nhiệt lượng cao trong phòng nuôi cây, do đó chúng ta phải tốn thêm một lượng điện năng đáng kể để điều hòa nhiệt độ trong phòng.

Hiện nay, các phòng nuôi cấy mô được xây dựng ngày càng nhiều từ các viện, trường, trung tâm nghiên cứu cho đến các cơ sở sản xuất tư nhân và nước ngoài với chi phí đầu tư rất cao. Trong đó, xây dựng cơ sở vật chất, lao động, năng lượng chiếu sáng và hệ thống điều hòa nhiệt độ chiếm khoảng 40 – 60% chi phí sản xuất, mà phương án giảm giá thành lại có giới hạn. Nâng cao chất lượng cây giống đồng thời giảm giá thành sản xuất là mục tiêu hàng đầu mà các phòng thí nghiệm vi nhân giống đang hướng tới. Tuy nhiên, hầu hết các phòng vi nhân giống lại đang sử dụng hệ thống đèn huỳnh quang tiêu tốn nhiều điện năng, chiếm khoảng không gian lớn và nhiều mặt hạn chế.
Việc sử dụng ánh sáng đơn sắc trong nuôi cấy in vitro có thể khắc phục được các nhược điểm mà hệ thống chiếu sáng truyền thống đang gặp phải. Hơn nữa, hệ thống chiếu sáng đơn sắc này có thể cải thiện được chất lượng cây trồng, có nhiều ưu thế hơn đến sự sinh trưởng, phát triển và các phản ứng sinh lý tích cực đối với nhiều loại cây trồng khác nhau.
Để tìm hiểu thêm ánh sáng đơn sắc từ đèn LED với các tỉ lệ khác nhau có ảnh hưởng như thế nào đến quá trình sinh trưởng, phát triển và phát sinh hình thái trong nuôi cấy mô thực vật, chúng tôi đã thực hiện đề tài: “Ảnh hưởng của ánh sáng đơn sắc đến quá trình phát sinh hình thái của một số loại cây trồng nuôi cấy in vitro”, mục đích của đề tài này nhằm khảo sát vai trò của ánh sáng đơn sắc lên khả năng phát sinh hình thái, mà trong đó chúng tôi tìm hiểu bước đầu sự biệt hóa cơ quan như: chồi, rễ, PLB và tạo cây con . của các loại cây trồng sau: Torenia, Sâm Ngọc Linh, Cát tường, lan Hồ điệp, Địa lan và Dâu tây.