Luận án tiến sĩ nông nghiệp: Phát sinh phôi soma từ nuôi cấy lớp mỏng tế bào lá cây cọc rào (Jatropha curcas L.) của Đỗ Đăng Giáp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNN VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM ĐỖ ĐĂNG GIÁP NGHIÊN CỨU SỰ PHÁT SINH PHÔI SOMA TỪ NUÔI CẤY LỚP MỎNG TẾ BÀO LÁ CÂY CỌC RÀO (Jatropha curcas L.) VÀ ỨNG DỤNG TRONG VI NHÂN GIỐNG LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP TP. HỒ CHÍ MINH – Năm 2016 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNN VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM ĐỖ ĐĂNG GIÁP NGHIÊN CỨU SỰ PHÁT SINH PHÔI SOMA TỪ NUÔI CẤY LỚP MỎNG TẾ BÀO LÁ CÂY CỌC RÀO (Jatropha curcas L.) VÀ ỨNG DỤNG TRONG VI NHÂN GIỐNG Chuyên ngành: Di truyền và chọn giống cây trồng Mã số: 62 62 01 11 LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS. THÁI XUÂN DU TS. NGUYỄN ĐÌNH LÂM TP.

HỒ CHÍ MINH – Năm 2016 1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Vi c ng d ng c ng ngh sinh học sản xuất nhi n li u sinh học th y th nguồn nhi n li u hó thạch ng ngày càng cạn ki t như hi n n y là một vấn ề áng qu n tâm. Theo các tài li u nghi n c u và thực t sử d ng ở nhiều nước tr n th giới, nhi n li u sinh học chủ y u gồm: eth nol sinh học và diesel sinh học. Eth nol sinh học có th sản xuất từ nhiều nguồn nguy n li u khác nh u như sắn, mí , ng , ậu tương, mỡ cá, còn diesel sinh học có th sản xuất từ các cây cọc rào, cọ dầu, hoàng li n mộc, văn quan, bánh dầu, dừa.

Vi t N m, vi c sản xuất eth nol có nh ng hạn ch nhất nh. Di n tích ất n ng nghi p hạn hẹp n n khả năng mở rộng di n tích trồng cây nguy n li u có nhiều khó khăn, các cây nguy n li u cho sản xuất eth nol sinh học ều là nh ng cây lương thực chủ y u, cây làm th c ăn chăn nu i có li n qu n n n ninh lương thực cần phải xem xét c n trọng. Hơn n , sự phát tri n mạnh củ vi c trồng cây sắn tr n ất dốc s gây r xói mòn ất (bồi lấp cử s ng, lòng hồ ập. Cho n n, vi c nh hướng phát tri n diesel sinh học s có nhiều thuận lợi hơn.

Trong số nh ng loài cây có khả năng sản xuất diesel sinh học thì cây cọc rào ược chú ý hơn cả do dễ trồng, bi n ộ sinh thái rộng, khả năng chống ch u tốt và hàm lượng dầu trong hạt khá c o. Chương trình phát tri n nhi n li u sinh học nói chung và cây cọc rào nói ri ng nhận ược sự ủng hộ mạnh m củ Nhà nước. Ngày 20 tháng 11 năm 2007, Thủ Tướng Chính Phủ r quy t nh số 177/2007/QĐ ˗ TTg về vi c ph duy t “Đề án phát tri n nhi n li u sinh học n năm 2015, tầm nhìn n năm 2025”. Ngày 19 tháng 6 năm 2008, Bộ N ng nghi p và Phát tri n N ng th n r quy t nh số 1842/QĐ˗BNN˗LN về vi c ph duy t ề án “Nghi n c u, phát tri n và sử d ng sản ph m cây cọc rào (Jatropha curcas L.) ở Vi t N m gi i oạn 2008 ˗ 2015 và tầm nhìn n 2025”.

Hi n n y, cây giống cọc rào ược dùng phát tri n vùng nguy n li u chủ y u ược gieo từ hạt và cành giâm. M i phương th c sản xuất giống ều có ưu và nhược i m nhất nh. Cây giống ược gieo từ hạt có giá thành thấp nhưng b phân ly do cọc rào là cây th phấn chéo nên khó ki m soát ược năng suất. Cây giống ược sản xuất 2 từ cành giâm cũng kh ng ảm bảo tính ồng nhất về mặt di truyền.

Vì vậy, xu hướng gần ây, các nhà kho học nghi n c u nhân giống theo quy trình kỹ thuật cơ bản như s u: (1) Nhân giống in vitro một số cây ầu dòng tốt ược tuy n chọn. Nguy n li u nu i cấy b n ầu có th là ỉnh sinh trưởng, chồi ngọn, chồi nách; (2) Trồng nh ng cây cấy m r ồng ruộng; (3) Chọn lọc lại và nhân giống bằng kỹ thuật nu i cấy ph i som từ nh ng cây nu i cấy m nói tr n tăng h số nhân giống và làm hạ giá thành cây giống. Phương pháp nu i cấy lớp mỏng t bào là một phương pháp mới, nghi n c u về khả năng bi t hó củ t bào. H thống t bào lớp mỏng với ặc tính mỏng có nhiều ưu i m qu n trọng tái thi t lập chương trình cho vi c tạo ph i som.

Sự thuận lợi củ phương pháp nghi n c u lớp mỏng t bào là: tần số phát sinh cơ qu n c o, th i gi n cho k t quả ngắn. N u chọn ược m i trư ng dinh dưỡng và nồng ộ chất iều hò sinh trưởng thích hợp thì hầu như 100% mẫu cấy có phản ng. Phương pháp nu i cấy lớp mỏng t bào cũng là một phương pháp mới, nghi n c u về khả năng bi t hó củ t bào. Chỉ th phân tử ược phát tri n và ng d ng từ ầu thập ni n 90 củ th kỷ XX.

Sự phát tri n và ng d ng củ chỉ th phân tử xác nh và sử d ng nh ng bi n ổi củ DNA là một bước phát tri n qu n trọng nhất trong lĩnh vực di truyền chọn giống thực vật. Cho n n y, nhiều loại chỉ th phân tử ược phát tri n và ư vào sử d ng. M i loại chỉ th ều có nguy n lý, kỹ thuật, phạm vi ng d ng khác nh u và phù hợp cho từng m c ích nghi n c u khác nh u. Trong số các chỉ th phân tử, RAPD ược xem là kỹ thuật tương ối ơn giản và r tiền, ược ng d ng trong nghi n c u về tính ổn nh di truyền củ cây giống nu i cấy m.

Trong phạm vi nghi n c u củ luận án, kỹ thuật RAPD ược sử d ng ánh giá ki m tr tính ổn nh di truyền củ cây con cọc rào từ quy trình vi nhân giống. Từ nh ng vấn ề n u tr n, luận án: “Nghiên cứu sự phát sinh phôi soma từ nuôi cấy lớp mỏng tế bào lá cây cọc rào (Jatropha curcas L.) và ứng dụng trong vi nhân giống” ược thực hi n nhằm ư r một phương pháp mới vi nhân giống hi u quả số lượng lớn cây cọc rào chất lượng c o, ổn nh về mặt di truyền so với cây ầu dòng. Mục tiêu - Nghi n c u sự phát sinh ph i som từ nu i cấy lớp mỏng t bào lá cây cọc rào. - Xây dựng ược quy trình vi nhân giống hi u quả từ nu i cấy ph i som.

- Đánh giá m c ộ ổn nh di truyền ở cây cọc rào vi nhân giống tạo thành bởi ph i som ược cảm ng từ m sẹo nu i cấy bằng kỹ thuật lớp mỏng t bào lá làm cơ sở cho vi c sản xuất cây giống in vitro. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu Luận án nghi n c u tr n ối tượng cây cọc rào giống Ấn Độ. Giống này ược nhập nội và khảo nghi m từ ề tài: “Nghiên cứu tuyển chọn giống và công nghệ trồng cây dầu mè Jatropha curcas L. để sản xuất diesel sinh học góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường thành phố” ược thực hi n do B n quản lý Khu N ng nghi p C ng ngh c o thành phố Hồ Chí Minh chủ trì từ năm 2007 - 2010.

Lá củ nh ng cây cọc rào trưởng thành ược thu nhận và sử d ng làm vật li u trong nghi n c u. Phạm vi nghi n c u: + Sử d ng nh ng phương pháp nu i cấy m t bào thực vật trong xây dựng quy trình vi nhân giống cây cọc rào từ ph i som , + Sử d ng nh ng c ng c hi n ại trong ánh giá m c ộ ổn nh di truyền ở cây giống từ ph i som , + Sử d ng nh ng phương pháp giải phẫu m t bào thực vật và qu n sát hình thái trong nghi n c u phát sinh hình thái. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn a. Ý nghĩa khoa học: - Đây là một hướng nghi n c u mới trong nu i cấy in vitro tại Vi t N m tr n ối tượng cây cọc rào.

- Đề tài óng góp một số k t quả nghi n c u về phát sinh hình thái, di truyền chọn giống cũng như vi nhân giống cây thân g. Ý nghĩa thực tiễn: - Từ quy trình vi nhân giống củ luận án có th sản xuất cây giống cọc rào ổn nh về mặt di truyền, có năng suất và hàm lượng dầu c o áp ng nhu cầu củ x hội. - Một số cá nhân, cơ qu n có nhu cầu nghi n c u có th sử d ng th m khảo quy trình c ng ngh vi nhân giống cây cọc rào từ k t quả củ luận án. 4 - Một số cơ qu n nghi n c u, do nh nghi p cần ược chuy n gi o quy trình c ng ngh vi nhân giống cây cọc rào từ k t quả củ luận án.

Những đóng góp mới của luận án Luận án xây dựng ược quy trình vi nhân giống từ ph i som cây cọc rào th ng qu kỹ thuật nu i cấy lớp mỏng t bào lá. Quy trình ảm bảo các m c ti u có hi u suất nhân giống c o, ổn nh di truyền, chất lượng tốt. Đây là quy trình ược xây dựng ầu ti n ở Vi t N m và có một vài i m cải ti n so với nh ng k t quả nghi n c u tr n th giới. Trong luận án này, các chất iều hò sinh trưởng thực vật ngoại sinh ược th y th bằng một số cid mine và poly mine trong một số gi i oạn củ quá trình phát sinh ph i som tr n cây cọc rào.

Đây có th ược xem là tính mới củ luận án so với nh ng k t quả nghi n c u trước ây. K t quả củ luận án là tiền ề trong nh ng nghi n c u chuy n gen m c ti u vào cây cọc rào. TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI 1. Tổng quan về cây cọc rào 1.