Nghiên cứu ứng dụng công nghệ khí canh trong nhân giống vô tính cây đinh lăng lá nhỏ (polyscias fruticosa)

102 Tạp chí Khoa học Công nghệ Nông nghiệp Việt Nam - Số 1(86)/2018 seedlings; the growth of the seedlings ís very well. The result identified some parameters needed for propagation of Gymnema plant with high multiplication rate via aeroponic method. Gymnema cuttings including one and two pairs of leaf were the most suitable materials for propagation on the aeroponic system. After two weeks, the rooting rate of cuttings was 96.6%, the average number of roots was 7.53 per cutting and the average length of root was 42.07 cm. The improved Hoagland nutrient solution at the electrical conductivity (EC) of 1,500 μS/cm was selected for Gymnema propagation on aeroponic system. The best spraying cycle for growth of Gymnema was in 20 seconds and then interrupted spraying in 10 minutes. The multiplication coefficient of Gymnema was 20.0 cuttings per month per plant on the aeroponic system. Keywords: Gymnema sylvestre, propagation, aeroponic system NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ KHÍ CANH TRONG NHÂN GIỐNG VÔ TÍNH CÂY ĐINH LĂNG LÁ NHỎ (Polyscias fruticosa) Trương Thanh Hưng1, Nguyễn Quang Thạch1, Trần Thị Quý1, Ngô Thị Lam Giang1, Phạm Hữu Nhượng1 TÓM TẮT Cây đinh lăng lá nhỏ (Polyscias fruticosa L. Harms) là cây trồng có chứa saponin và được ứng dụng nhiều trong y học cổ truyền cũng như y học hiện đại. Việc nhân nhanh cây giống phục vụ sản xuất loại dược liệu này là cần thiết. Trong khi phương pháp nhân giống truyền thống (giâm hom trên đất và giá thể) không cung cấp đủ nguồn cây giống chất lượng, thì việc ứng dụng nuôi cấy in vitro giúp tạo ra nguồn nguyên liệu sạch bệnh và cho ra lượng lớn cây giống, nhưng tỷ lệ sống khi chuyển cây ra vườn ươm có mái che còn rất hạn chế. Nghiên cứu này nhằm ứng dụng công nghệ khí canh khi chuyển cây con in vitro ra vườn ươm (có mái che) và nhân giống bằng kỹ thuật giâm cành trên hệ thống khí canh với mục đích khắc phục các tồn tại nêu trên. Kết quả nghiên cứu cho thấy cây đinh lăng sau cấy mô được thuần dưỡng trên hệ thống khí canh là thích hợp nhất, có tỷ lệ sống cao, đạt 95%. Kết quả nghiên cứu kỹ thuật nhân giống bằng hom (từ chồi thân) trên hệ thống khí canh cho thấy dung dịch dinh dưỡng Hoagland cải tiến có độ dẫn điện (EC) là 1.500 µS/cm và phun dinh dưỡng theo chu kỳ phun 20 giây - nghỉ 10 phút là thích hợp nhất cho sự sinh trưởng phát triển của hom giâm và cho hệ số nhân cao. Từ khóa: Cây đinh lăng lá nhỏ (Polyscias fruticosa), khí canh, nhân giống vô tính Ngày nhận bài: 25/10/2017 Ngày phản biện: 5/11/2017 Người phản biện: TS. Hà Thị Loan Ngày duyệt đăng: 11/12/2017 I. ĐẶT VẤN ĐỀ Công nghệ khí canh đã được nhiều tác giả trong và ngoài nước nghiên cứu và ứng dụng trên các cây trồng khác nhau (Nguyễn Quang Thạch và ctv., 2006; Mai Bích Liên, 2010; Stoner, 1983; Soffer et al., 1988). Các tác giả đã nhận thấy sự ra rễ của cây rất thuận lợi và sạch bệnh khi trồng trong điều kiện phun mù dinh dưỡng cho phần gốc và rễ cây nằm trong bồn khí canh. Cây đinh lăng lá nhỏ có tên khoa học Polyscias fruticosa  L. Harms đã được trồng khá phổ biến ở Việt Nam và là loại một trong những cây dược liệu quý. Cây nhỏ dạng bụi, cao 1,5 - 2 m, đã được Phạm Hoàng Hộ (2003) mô tả khá chi tiết về đặc điểm thực vật học và được Đỗ Tất Lợi (2003) đưa vào danh mục cây thuốc Việt Nam. Kỹ thuật nhân giống cây đinh lăng bằng phương pháp nuôi cấy mô để có số lượng cây lớn đã được một số tác giả trong nước tiến hành (Phạm Thị Tố Liên và ctv., 2007; Nguyễn Ngọc Dung, 1998; Phạm Văn Lộc, 2014; Salwa, 2014). Tuy nhiên, hiện nay việc nhân giống số lượng lớn đang gặp nhiều khó khăn: Cây tái sinh bằng phương pháp nuôi cấy mô khi chuyển ra vườn ươm có tỷ lệ chết cao, trong khi phương pháp giâm cành trên đất theo cách truyền thống lại cho hệ số nhân rất thấp, thời gian ra rễ lâu và chất lượng cây không tốt do tác nhân gây bệnh làm hư hại cây giống và cây không đồng đều. Vì vậy, việc nghiên cứu ứng dụng hệ thống khí canh để nhân giống vô tính cây đinh lăng lá nhỏ là cần thiết nhằm tạo ra số lượng lớn cây giống có chất lượng tốt phục vụ sản xuất. 1 Viện Sinh học Nông nghiệp Tất Thành - Đại học Nguyễn Tất Thành 103 Tạp chí Khoa học Công nghệ Nông nghiệp Việt Nam - Số 1(86)/2018 II. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Vật liệu nghiên cứu - Cây đinh lăng lá nhỏ nuôi cấy in vitro được cung cấp từ Khu nông nghiệp Công nghệ cao Tp.HCM. Các cây có chiều cao trung bình ~ 6 cm, 13 - 15 rễ/cây và 4 lá/cây. Cây đinh lăng lá nhỏ cấy mô được nuôi trong hệ thống khí canh sau 8 và 16 tuần tuổi sau đó tiến hành cắt lấy cành nách để (7 - 10 cm) làm vật liệu cho các nghiên cứu tiếp theo. - Hệ thống khí canh: Hệ thống sử dụng trong nghiên cứu là theo thiết kế cải tiến của Viện Sinh học Nông nghiệp Tất Thành - Đại học Nguyễn Tất Thành (Nguyễn Quang Thạch và ctv., 2015). - Các thiết bị đo pH, đo EC (cây đo đa năng 3 chỉ tiêu pH, EC và ppm - công ty Hanna). - Các loại dung dịch dinh dưỡng Knop, dinh dưỡng Gelrigeli, dinh dưỡng Imai và dung dịch dinh dưỡng Hoagland cảỉ tiến. Thành phần dung dịch Hoagland cải tiến dùng trong nghiên cứu (Nguyễn Quang Thạch và ctv., 2015): 2.2. Phương pháp nghiên cứu 2.2.1. Đánh giá ảnh hưởng của các phương thức ra cây khác nhau đến khả năng thích ứng của cây đinh lăng nuôi cấy mô ở bồn mạ Cây con đầy đủ rễ và lá trong chai cấy mô được lấy ra rửa sạch bộ rễ, rồi trồng trên các điều kiện khác nhau gồm: trồng trên giá thể bột xơ dừa (trực tiếp trên giá thể đã xử lý sạch tanin). Đối với cây trồng trên bồn khí canh và trên hệ thống thủy canh tĩnh thì cuốn một miếng xốp mềm quanh gốc và đặt vào các lỗ có sẵn trên tấm xốp dày 1,5 cm, đặt trên bồn khí canh và bồn thủy canh. Tiến hành theo dõi các chỉ tiêu chiều cao cây (cm), số lá/cây và tỷ lệ cây sống (%) khi cây được 6 tuần tuổi. Sử dụng dung dịch Hoagland cảỉ tiến để cung cấp dinh dưỡng cho cây con với nồng độ tăng dần, mức EC = 400 µs/cm trong 2 tuần đầu, sau đó tăng mức EC lên 1.500 µs/cm, pH: 5,5 - 6,0. 2.2.2. Nghiên cứu xác định dung dịch dinh dưỡng thích hợp cho cây đinh lăng trồng trong hệ thống khí canh Cây con được tách từ chồi bên của cây đinh lăng đã ươm ra trên 13 rễ, đạt yêu cầu để đưa vào thí nghiệm xác định dinh dưỡng. Thí nghiệm được triển khai trên 4 công thức gồm: Dung dịch dinh dưỡng Knop, dung dịch dinh dưỡng Gelrigeli, dung dịch dinh dưỡng Imai và dung dịch dinh dưỡng Hoagland cải tiến. Mỗi lần lặp lại 10 cây/công thức, theo dõi tất cả các cây có trên các công thức. Duy trì thời gian phun 20 giây và nghỉ phun 10 phút, pH: 5,5- 6,0; EC: 400 µs/cm cho cây 2 tuần kể từ khi trồng và tăng EC lên 1.500 µs/cm giai đoạn sau. Theo dõi các chỉ tiêu chiều cao cây (cm), số lá/cây và hệ số nhân cây giống (số cây con tạo được trên 1 cây mẹ) khi cây được 16 tuần tuổi. 2.2.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của độ dẫn điện (EC) của dung dịch trồng khí canh lên sinh trưởng và hệ số nhân của cây đinh lăng trên hệ thống khí canh Sử dụng cây đinh lăng con được tách từ chồi bên của cây đinh lăng đã ươm ra trên 13 rễ, đạt yêu cầu để đưa vào thí nghiệm với 4 mức EC: EC = 500 µs/ cm; EC = 1.000 µs/cm; EC = 1.500 µs/cm; EC = 2.000 µs/cm. Mỗi lần lặp lại 10 cây/công thức, theo dõi tất cả các cây có trên các công thức. Sử dụng dung dịch dinh dưỡng Hoagland cải tiến, với chu kỳ phun nghỉ là: phun 20 giây và nghỉ 10 phút, pH: 5,5 - 6,0; EC: 400 µs/cm cho cây 2 tuần kể từ khi trồng và tăng EC lên 1.500 µs/cm giai đoạn sau. Theo dõi các chỉ tiêu chiều cao cây (cm), số lá/cây và hệ số nhân cây giống (số cây con tạo được trên 1 cây mẹ) khi cây được 8 tuần tuổi. 2.2.4. Nghiên cứu ảnh hưởng của chu kỳ phun dung dịch dinh dưỡng lên sinh trưởng và hệ số nhân của cây đinh lăng trên hệ thống khí canh Sử dụng cây con được tách từ chồi bên của cây đinh lăng đã ươm ra trên 13 rễ đạt yêu cầu để đưa vào thí nghiệm với các chu trình gồm: Phun 20 giây, nghỉ 5 phút; Phun 20 giây, nghỉ 10 phút; Phun 20 giây, nghỉ 15 phút; Phun 20 giây, nghỉ 20 phút. Mỗi lần lặp lại 10 cây/công thức, theo dõi tất cả các cây có trên các công thức. Sử dụng dung dịch dinh dưỡng Hoagland cải tiến, với chu kỳ phun nghỉ là: phun 20 giây và nghỉ 10 phút, pH: 5,5 - 6,0; Thành phần nguyên tố Hàm lượng (ppm) Thành phần nguyên tố Hàm lượng (ppm) N (NO3-) 200,056 Zn 0,050 N (NH4+) 9,944 B 0,500 P 34,669 Mn 0,500 K 233,547 Cu 0,020 Mg 48,000 Mo 0,010 Ca 197,166 Na 0,005 S 63,637 Si 0,025 Fe 4,000 Cl 0,000 104 Tạp chí Khoa học Công nghệ Nông nghiệp Việt Nam - Số 1(86)/2018 EC: 400 µs/cm cho cây 2 tuần kể từ khi trồng và tăng EC lên 1.500 µs/cm giai đoạn sau. Theo dõi các chỉ tiêu chiều cao cây (cm), số lá/ cây và hệ số nhân cây giống (số cây con tạo được trên 1 cây mẹ) khi cây được 8 tuần tuổi. Các thí nghiệm đều được bố trí hoàn toàn ngẫu nhiên (RCD), nhắc lại 3 lần. Số liệu trong các thí nghiệm được xử lý thống kê theo phần mềm SAS 9.3.1 và Excel 2010. 2.3. Thời gian và địa điểm nghiên cứu Nghiên cứu được thực hiện từ 5/2012 - 10/2017 tại Viện Sinh học Nông nghiệp Tất Thành, Đại học Nguyễn Tất Thành. III. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Ảnh hưởng của các phương thức ra cây đến khả năng thích ứng của cây đinh lăng nuôi cấy mô ở bồn mạ Phương thức ra cây có ảnh hưởng rất lớn đến tỷ lệ sống của cây khi chuyển cây ra ngoài bình nuôi cấy mô. Số liệu bảng 1 cho thấy, cây ra trên hệ thống khí canh là tốt nhất với tỷ lệ cây sống 95%, chiều cao cây 12,2 cm, và 6,17 lá/cây. Trên hệ thống thủy canh cho kết quả kém nhất, chỉ sống được 35% số cây và chiều cao 8,43 cm với 3,93 lá/cây. Bảng 1. Chiều cao cây, số lá và tỷ lệ sống của cây con đinh lăng hậu cấy mô ở các phương thức ra cây khác nhau sau 6 tuần tuổi Ghi chú: Bảng 1 - 4: Các chữ cái khác nhau trong cùng một cột biểu hiện sự sai khác có ỹ nghĩa thống kê Như vậy, việc sử dụng công nghệ khí canh đã giúp khắc phục được hạn chế khi đưa cây từ bình nuôi ra môi trường tự nhiên. Cây con trong bình nuôi cấy mô nằm trong điều kiện môi trường tối ưu trong khoảng thời gian dài, khi chuyển ra môi trường trồng tự nhiên có nhiều thay đổi đột ngột, cây khó thích ứng ngay, tỷ lệ chết cao. Phương pháp khí canh đã duy trì được điều kiện môi trường thuận lợi giúp cây con mau chóng thích ứng và cây sau nuôi cấy in vitro sinh trưởng tốt. 3.2. Nghiên cứu xác định dung dịch dinh dưỡng thích hợp cho cây đinh lăng trồng trong khí canh Các cây đưa vào thí nghiệm có chiều cao tương đương nhau (khoảng 10 cm), có số lá/cây là như nhau (2 lá) và có số rễ từ 8 - 10 rễ. Sau khi cây được 16 tuần thì theo dõi các chỉ tiêu, kết quả thu được tại Bảng 2. Các chỉ tiêu sinh trưởng (chiều cao cây, số lá/ cây) của cây đinh lăng trồng trên hệ thống khí canh, sử dụng dung dịch Hoagland cải tiến là cao nhất lần lượt là 55,95 cm, 51 lá và hệ số nhân là 43 cây con từ mỗi cây mẹ 16 tuần tuổi, tiếp đến là dung dịch Knop và dung dịch Imai. Dung dịch dinh dưỡng Gelrigeli cho các chỉ tiêu như: chiều cao cây, số lá/cây là thấp nhất lần lượt là 42,69 cm, 35 lá và hệ số nhân 22 cây cây con từ 1 cây mẹ 16 tuần tuổi. Bảng 2. Chiều cao cây, số lá/cây và hệ số nhân của cây đinh lăng lá nhỏ sau 16 tuần tuổi được trồng trên hệ thống khí canh với các công thức dinh dưỡng khác nhau Trong thí nghiệm này, với chỉ một yếu tố dinh dưỡng Hoagland cải tiến đã cho hệ số nhân cây rất cao, khác biệt có ý nghĩa với các loại dinh dương khác. Rõ ràng dinh dưỡng Hoagland cải tiến phù hợp nhất cho sự sinh trưởng, phát triển của cây đinh lăng: cây cao, lá dày, có màu xanh đậm không bị vàng hay héo lá. 3.3 Ảnh hưởng của độ dẫn điện (EC) của dung dịch trồng khí canh lên sinh trưởng và hệ số nhân của cây đinh lăng trên hệ thống khí canh Độ dẫn điện (EC) của dung dịch liên quan đến hàm lượng muối hòa tan có trong dung dịch. Mỗi loại cây trồng thích hợp với một giá trị EC nhất định. Từ kết quả chỉ ra trong bảng 3 cho thấy nồng độ dung dịch dinh dưỡng có ảnh hưởng rõ rệt đến sự sinh trưởng phát triển của cây đinh lăng trồng trên hệ thống khí canh. Tại mức EC là 1.500 µS/cm cây có chiều cao là 30,33 cm/cây; số lá là 23 lá/cây, và hệ số nhân là 16 cây. Khi tăng mức EC lên 2.000µS/cm thì sự sinh trưởng của cây cũng tương tự như mức 1.500 µS/cm. Điều này chứng tỏ nồng độ dinh dưỡng tại mức EC = 1.500 µS/cm là ngưỡng tối đa cho sinh trưởng của cây. Dung dịch ở mức 500 µS/cm Công thức thí nghiệm Chiều cao cây (cm) Số lá (lá/cây) Tỷ lệ cây sống (%) CT1: Ra cây trên hệ thống khí canh 12,20a 6,17a 95 CT2: Ra cây trên hệ thống thủy canh 8,43c 3,93b 35 CT3: Ra cây trên khay mụn dừa 10,40b 6,13a 58 CV (%) 4,75 3,69 Thành phần dung dịch dinh dưỡng Chiều cao cây (cm) Số lá (lá/cây) Hệ số nhân (∑cây con/ cây mẹ) DD Knop 48,69b 40,93b 29,07b DD Gelrigeli 42,69c 34,77c 21,60c DD Imai 50,02b 41,40b 30,50b DD Hoagland cải tiến 55,95a 50,83a 43,17a CV (%) 6,08 7,31 9,07 105 Tạp chí Khoa học Công nghệ Nông nghiệp Việt Nam - Số 1(86)/2018 và 1.000 µS/cm không cung cấp đủ dinh dưỡng cho cây đinh lăng, nên cây sinh trưởng chậm hơn so với các mức ở công thức 3 và 4. Vì vậy, để cây đinh lăng có thể sinh trưởng phát triển tốt và sử dụng dinh dưỡng một cách hiệu quả thì EC của dung dịch khí canh thích hợp là 1.500 µS/cm. Bảng 3. Một số chỉ tiêu sinh trưởng và hệ số nhân của cây đinh lăng lá nhỏ vào thời điểm 8 tuần tuổi 3.4. Ảnh hưởng của chu kỳ phun dung dịch dinh dưỡng lên sinh trưởng và hệ số nhân của cây đinh lăng trên hệ thống khí canh Việc thiết lập chu kỳ phun như thế nào để vừa cung cấp đủ nguồn dinh dưỡng, đủ ẩm độ cho cây sinh trưởng phát triển chúng ta cần phải tính toán một cách thận trọng. Thí nghiệm này được sử dụng môi trường Hoagland cải tiến, EC = 1500 µS/cm, với chu kỳ phun có thời gian phun 20 giây, thời gian nghỉ phun thay đổi (5 phút; 10 phút; 15 phút; 20 phút). Sau khi theo dõi khả năng sinh trưởng phát triển và hệ số nhân của cây đinh lăng vào lúc 8 tuần tuổi, kết quả thu được ở bảng 4 và hình 1. Chế độ phun có thời gian nghỉ 10 phút cho kết quả là tốt nhất: cao cây đạt 46,57 cm, số lá 40 lá và hệ số nhân là 29 cây con từ 1 cây mẹ giai đoạn 8 tuần tuổi, sai khác với các công thức khác có ý nghĩa thống kê. Bảng 4. Chiều cao cây, số lá và hệ số nhân của cây đinh lăng lá nhỏ giai đoạn 8 tuần tuổi trong điều kiện chu kỳ phun và nghỉ phun khác nhau Cùng với chiều cao cây, số lá/cây và hệ số nhân của cây đinh lăng 8 tuần tuổi trên công thức phun 20 giây và nghỉ 10 phút đạt cao nhất, tương ứng là 46,57 cm; 39,80 lá/cây và 29,40 cây từ một cây mẹ, cao hơn các công thức khác có ý nghĩa thống kê. Đối với các công thức khác với thời gian nghỉ phun ngắn (5 phút) và dài hơn 10 phút đều cho kết quả kém. Thời gian nghỉ phun có ảnh hưởng rất rõ lên sinh trưởng phát triển cũng như hệ số nhân của cây đinh lăng lá nhỏ. Thời gian nghỉ phun quá ngắn, độ ẩm bồn khí canh quá cao, độ háo khí thấp không tạo điều kiện thuận lợi cho sự hấp thụ dinh dưỡng của cây một cách tốt nhất. Thời gian nghỉ phun quá dài, rễ cây thiếu ẩm độ, không hấp thu đủ nước và dinh dưỡng để cây sinh trưởng và phát triển tối ưu. Hình 1. Lá (hình trái) và rễ (hình phải) của cây đinh lăng lá nhỏ được phun dinh dưỡng Hoagland cải tiến ở 16 tuần tuổi IV. KẾT LUẬN Trong ba phương thức ra cây đã khảo sát (trên giá thể bột dừa, trên hệ thống thủy canh và trên hệ thống khí canh), cây đinh lăng nuôi cấy mô khi được ra cây trên hệ thống khí canh cho tỷ lệ cây sống cao nhất đạt 95%, cây sinh trưởng và phát triển tốt nhất. Hệ thống khí canh sử dụng dung dịch dinh dưỡng Hoagland cải tiến với độ dẫn điện 1.500µs/cm, chu kỳ phun dinh dưỡng 20 giây và nghỉ phun 10 phút là thích hợp nhất cho sự sinh trưởng và phát triển của cây đinh lăng, cho hệ số nhân giống cao. LỜI CẢM ƠN Kết quả công bố trên được trích từ kết quả nghiên cứu của đề tài cấp Thành phố của thành phố Hồ Chí Minh. Nhóm thực hiện đề tài xin chân thành cảm ơn Sở Khoa học Công nghệ thành phố Hồ Chí Minh đã cấp kinh phí và tạo mọi điều kiện thuận lợi để thực hiện thành công đề tài. TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Ngọc Dung, 1998. Nhân giống cây Đinh lăng (Polyscia fruticosa (L.) Harms) thông qua con đường tạo phôi soma trong nuôi cấy in vitro. NXB Nông Nghiệp. TP. HCM, tr. 442-445. Phạm Hoàng Hộ, 2003. Cây cỏ Việt Nam, Quyển II. Nhà xuất bản Trẻ, tr. 668. Mai Bích Liên, 2010. Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật khí Độ EC dung dịch (µs/cm) Chiều cao cây (cm) Số lá (lá/cây) Hệ số nhân (∑cây con/ cây mẹ) 500 19,17c 12,37c 6,40c 1.000 24,53b 16,67b 11,33b 1.500 30,33a 22,63a 16,63a 2.000 32,63a 24,93a 17,40a CV (%) 10,59 9,32 7,99 Chu trình phun Chiều cao cây (cm) Số lá (lá/cây) Hệ số nhân (∑ cây con/ cây mẹ) Phun 20 giây, nghỉ 5 phút 39,90b 35,40b 24,70b Phun 20 giây, nghỉ 10 phút 46,57a 39,80a 29,40a Phun 20 giây, nghỉ 15 phút 33,27c 26,60c 18,20c Phun 20 giây, nghỉ 20 phút 26,63d 22,60d 14,27d CV (%) 9,33 5,01 4,85