Luận án Hoàn thiện hệ thống nhân giống vi thủy canh cây hoa Cúc Trắng

ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC ***** HOÀNG THANH TÙNG HOÀN THIỆN HỆ THỐNG NHÂN GIỐNG VI THỦY CANH CÂY HOA CÚC TRẮNG (Chrysanthemum morifolium) LUẬN ÁN TIẾN SĨ SINH LÝ THỰC VẬT HUẾ - NĂM 2017 ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC ***** HOÀNG THANH TÙNG HOÀN THIỆN HỆ THỐNG NHÂN GIỐNG VI THỦY CANH CÂY HOA CÚC TRẮNG (Chrysanthemum morifolium) Chuyên ngành: Mã số: Sinh lý học thực vật 62 42 01 12 LUẬN ÁN TIẾN SĨ SINH LÝ THỰC VẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. PGS.TS. Dương Tấn Nhựt 2. PGS.TS. Trương Thị Bích Phượng HUẾ - 2017 LỜI CẢM ƠN Thời gian làm luận án có lẽ là thời gian làm tôi nhớ nhất trong suốt cuộc đời. Nó đã để lại cho tôi rất nhiều niềm vui, sự hy vọng, lo lắng hay cả những nỗi buồn, đó là khoảng thời gian tôi gặp thử thách, khó khăn và đó chính là những điều cần thiết để giúp tôi bước vào đời. Chính trong những lúc gặp khó khăn thử thách nhất, tôi đã nhận được rất nhiều sự quan tâm giúp đỡ và chia sẽ của rất nhiều người để tôi có thể hoàn thành luận án của mình. Tôi xin chân thành cảm ơn tới sự quan tâm giúp đỡ của mọi người, của những người đã dạy dỗ tôi trong khoảng thời gian vừa qua. Người đã giúp đỡ tôi nhiều nhất và tôi muốn cảm ơn nhất là Thầy - PGS.TS. Dương Tấn Nhựt, người Thầy đáng kính trọng, trong suốt hơn 5 năm thực tập, làm luận án và đồng nghiệp, Thầy đã tận tình chỉ bảo, quan tâm lo lắng không những cho tôi mà cho tất cả mọi người. Ở Thầy, tôi đã học hỏi được rất nhiều điều không những về kiến thức mà còn những kinh nghiệm sống. Thầy là một người rất gần gũi, thân quen, luôn luôn đam mê với những nghiên cứu khoa học của mình và giúp sinh viên mình vượt qua khó khăn, học tập tốt hơn để trở thành những nhà khoa học thực thụ phục vụ cho việc xây dựng quê hương, đất nước. Tôi cũng xin chân thành gửi lời cảm ơn tới Cô giáo – PGS.TS. Trương Thị Bích Phượng. Cô luôn tận tình giúp đỡ cũng như động viên tôi trong suốt quá trình học tập và làm luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn tới các anh, chị ở Phòng Sinh học Phân tử và Chọn tạo Giống cây trồng, nơi tôi đã gắn bó trong hơn 5 năm vừa qua. Các anh, chị đã giúp đỡ và động viên tôi trong lúc đầu ngỡ ngàng thực tập và quá trình thực hiện luận án. Tôi xin gửi lời tới Ban lãnh đạo và cán bộ nhân viên Viện Nghiên cứu Khoa học Tây Nguyên đã tạo điều kiện và giúp đỡ tối rất nhiều trong suốt quá trình thực hiện luận án. Tôi xin cảm ơn Ban giám hiệu Trường Đại học Khoa học Huế, các Thầy, Cô giảng dạy ở Khoa Sinh học đã truyền đạt những kiến thức quý báu cho tôi và Phòng đào tạo Sau đại học đã giúp đỡ tôi trong quá trình học tập tại trường. Xin cảm ơn các anh chị và các bạn sinh viên đang thực tập của Đại học Nông lâm Tp. HCM, Đại học Tự nhiên Tp. HCM, Đại học Kỹ thuật Công nghệ Tp. HCM, Đại học Yersin - Đà Lạt, Đại học Đà Lạt, tại Phòng Sinh học Phân tử và Chọn tạo Giống cây trồng thuộc Viện Nghiên cứu Khoa học Tây Nguyên đã giúp đỡ tôi hết mình, cùng vui chơi và cùng chia sẽ khó khăn trong suốt thời gian thực tập tại đây. Tôi xin cảm ơn tới những người bạn, những người tôi và những người tôi yêu quý nhất đã cùng học, cùng chơi và cùng trải qua những khó khăn thử thách. Tôi sẽ luôn nhớ mọi người. Cuối cùng, con xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Ba, Mẹ đã sinh thành, dạy dỗ con nên người. Ba, Mẹ là chỗ dựa vật chất lẫn tinh thần trong suốt thời gian vừa qua. Mỗi lần chán nãn hay gặp thất bại chính Ba, Mẹ là người lo lắng và quan tâm con nhiều nhất, luôn động viên con cố gắng học tập để trở thành người có ích cho xã hội. Đà Lạt, tháng 12 năm 2017 Hoàng Thanh Tùng i LỜI CAM ĐOAN Nghiên cứu của tôi do chính tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn của PGS.TS. Dương Tấn Nhựt và PGS.TS. Trương Thị Bích Phượng. Nghiên cứu này được thực hiện bởi sự hỗ trợ kinh phí của đề tài “Hoàn thiện quy trình nhân giống cây sâm Ngọc Linh (Panax vietnamensis Ha et Grushv.) với số lượng lớn dưới hệ thống chiếu sáng đơn sắc (LED) phục vụ nhu cầu giống của tỉnh Quảng Nam” của Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam và đề tài “Nghiên cứu tác động của hạt nano kim loại lên khả năng tái sinh, sinh trưởng, phát triển và tích lũy hoạt chất trong quá trình nhân giống vô tính một số cây trồng có giá trị kinh tế cao ở Việt Nam” thuộc Hợp phần IV: “Nghiên cứu cơ chế tác động và đánh giá an toàn sinh học của các chế phẩm nano được nghiên cứu trong dự án”, mã số: VAST.TĐ.NANO.04/15-18. Đề tài nghiên cứu này được thực hiện tại phòng Sinh học Phân tử và Chọn tạo Giống cây trồng thuộc Viện Nghiên cứu Khoa học Tây Nguyên. Các số liệu trong luận án là kết quả nghiên cứu của tôi từ tháng 10/2014 đến tháng 06/2017. Tôi xin cam đoan các số liệu và kết quả trong luận án là hoàn toàn trung thực. Tôi xin chịu trách nhiệm về cam đoan này. Đà Lạt, tháng 12 năm 2017 Tác giả Hoàng Thanh Tùng ii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ¼MS : Môi trường MS giảm còn một phần tư khoáng đa lượng ½MS : Môi trường MS giảm còn một nửa khoáng đa lượng ACC : Aminocyclopropane-1-carboxylic acid B : LED xanh dương (Blue light) BA : 6-Benzyladenine CĐHST : Chất điều hòa sinh trưởng EC : Độ dẫn điện (Electrical Conductivity) G : LED xanh lá cây (Green light) HCN1 : Hộp nhựa hình chữ nhật với 300 film nylon HCN2 : Hộp nhựa hình chữ nhật với 600 film nylon HT : Hộp nhựa tròn IAA : Indole-3-acetic acid IBA : Indole-3-butyric acid LED : Light-Emitting Diode (Ánh sáng LED) MS : Môi trường Murashige và Skoog, 1962 MS½ : Môi trường MS giảm còn một nửa NAA : α-Naphtaleneacetic acid PE : Polyethylene PP : Polypropylene R : LED đỏ (Red light) R:Fr : Red:Far Red (Đỏ:Đỏ xa) SPAD : Soil Plant Analysis Development (Chỉ số Chlorophyll) iii TP.HCM : Thành phố Hồ Chí Minh Y : LED vàng (Yellow light) iv MỤC LỤC Lời cảm ơn .................................................................................................................... Lời cam đoan ................................................................................................................ i Danh mục chữ viết tắt ................................................................................................ ii Mục lục ....................................................................................................................... iv Danh mục các hình và biểu đồ .................................................................................. xii Danh mục các bảng .................................................................................................. xvi MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1 Chương 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU ...................................................................... 5 1.1. THỦY CANH ...................................................................................................... 5 1.1.1. Khái niệm ...................................................................................................... 5 1.1.2. Các yêu cầu cơ bản của hệ thống thuỷ canh ................................................. 6 1.1.3. Dung dịch dinh dưỡng thủy canh ................................................................. 7 1.2. VI THỦY CANH ................................................................................................. 8 1.2.1. Sơ lược về phương pháp vi thủy canh .......................................................... 8 1.2.2. Ưu điểm của phương pháp vi thủy canh ....................................................... 9 1.2.3. Tình hình nghiên cứu về phương pháp thủy canh in vitro và vi thủy canh ............................................................................................................ 10 1.2.3.1. Phương pháp thủy canh in vitro .......................................................... 10 1.2.3.2. Phương pháp vi thủy canh ................................................................... 11 1.2.4. Những hạn chế của các nghiên cứu trước đây ............................................ 13 1.3. SƠ LƯỢC VỀ CÂY HOA CÚC ........................................................................ 14 1.3.1. Phân loại ..................................................................................................... 15 v 1.3.2. Giá trị kinh tế .............................................................................................. 15 1.3.3. Tình hình sản xuất và tiêu thụ giống cây hoa cúc tại Đà Lạt – Lâm Đồng ........................................................................................................... 16 1.4. CÁC PHƯƠNG PHÁP NHÂN GIỐNG CÂY HOA CÚC ............................... 17 1.4.1. Các phương pháp nhân giống cây hoa cúc truyền thống ............................ 17 1.4.1.1. Phương pháp gieo hạt ......................................................................... 17 1.4.1.2. Phương pháp tách mầm giá ................................................................ 17 1.4.1.3. Phương pháp giâm cành ..................................................................... 18 1.4.1.4. Những hạn chế của phương pháp nhân giống truyền thống .............. 20 1.4.2. Nhân giống cây hoa cúc bằng phương pháp vi nhân giống ........................ 21 1.5. ẢNH HƯỞNG CỦA ĐIỀU KIỆN MÔI TRƯỜNG LÊN SỰ SINH TRƯỞNG VÀ PHÁT TRIỂN CỦA CÂY ......................................................... 23 1.5.1. Sự thoáng khí và nồng độ khí CO2 và O2 ................................................... 23 1.5.2. Thành phần và thể tích môi trường ............................................................. 24 1.5.3. Giá thể ......................................................................................................... 24 1.5.3.1. Định nghĩa ........................................................................................... 24 1.5.3.2. Agar và một số loại giá thể ................................................................. 25 1.5.3.3. Giá thể film nylon ................................................................................ 25 1.6. NANO BẠC ....................................................................................................... 27 1.6.1. Giới thiệu .................................................................................................... 27 1.6.2. Hiệu quả kháng vi sinh vật của nano bạc ................................................... 28 1.6.3. Hiệu quả của hạt nano lên sự sinh trưởng và phát triển của thực vật ......... 30 1.6.4. Hiệu quả của hạt nano lên quá trình quang hợp ......................................... 32 1.6.5. Tính an toàn của nano bạc .......................................................................... 32 vi 1.7. HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG ĐƠN SẮC ............................................................ 33 1.7.1. Hệ thống chiếu sáng đơn sắc trong nhân giống vô tính thực vật ................ 33 1.7.2. Vai trò của ánh sáng đơn sắc trong nghiên cứu sự tái sinh, sinh trưởng và phát triển của thực vật ............................................................... 34 Chương 2. VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..... 38 2.1. VẬT LIỆU ......................................................................................................... 38 2.1.1. Vật liệu thực vật .......................................................................................... 38 2.1.2. Thiết bị, dụng cụ và hóa chất ...................................................................... 38 2.1.3. Thiết bị chiếu sáng ...................................................................................... 39 2.1.4. Giá thể film nylon ....................................................................................... 40 2.1.5. Hệ thống nuôi cấy ....................................................................................... 40 2.1.6. Môi trường nuôi cấy ................................................................................... 41 2.2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU .............................................................................. 41 2.2.1. Thiết lập hệ thống vi thủy canh ................................................................. 41 2.2.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố lên khả năng tăng trưởng chồi cúc trong hệ thống vi thủy canh hộp nhựa tròn ................................. 41 2.2.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của nano bạc lên khả năng kháng khuẩn trong môi trường vi thủy canh hộp nhựa tròn ..................................................... 41 2.2.4. Nghiên cứu ảnh hưởng của hệ thống chiếu sáng LED lên sự gia tăng sinh trưởng của cây cúc trong hệ thống vi thủy canh hộp nhựa tròn ......... 41 2.2.5. Đánh giá hiệu quả nhân giống của phương pháp vi thủy canh so với phương pháp nhân giống in vitro ............................................................... 42 2.2.6. Trồng thử nghiệm cây cúc trong hệ thống vi thủy canh ra vườn ươm đến giai đoạn ra hoa ................................................................................... 42 vii 2.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...................................................................... 42 2.3.1. Phương pháp bố trí thí nghiệm .................................................................. 42 2.3.1.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của tiền xử lý IBA lên khả năng ra rễ của cây cúc trong hệ thống vi thủy canh hộp nhựa tròn ............................ 42 2.3.1.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của thể tích môi trường nuôi cấy lên sự tăng trưởng của cây cúc trong hệ thống vi thủy canh hộp nhựa tròn ...................................................................................................... 43 2.3.1.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của mật độ mẫu cấy lên sự tăng trưởng của cây cúc trong hệ thống vi thủy canh hộp nhựa tròn ..................... 43 2.3.1.4. Nghiên cứu ảnh hưởng của điều kiện thoáng khí lên sự tăng trưởng của cây cúc trong hệ thống vi thủy canh hộp nhựa tròn ........ 43 2.3.1.5. Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ nano bạc trong môi trường nuôi cấy vi thủy canh hộp nhựa tròn đến khả năng tăng trưởng của cây cúc ......................................................................................... 44 2.3.1.6. Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ nano bạc trong môi trường nuôi cấy vi thủy canh hộp nhựa tròn đến khả năng kháng vi sinh vật ........................................................................................................ 44 2.3.1.7. Nghiên cứu ảnh hưởng của nano bạc trong môi trường nuôi cấy vi thủy canh hộp nhựa tròn đến khả năng tăng trưởng của cây cúc ở giai đoạn vườn ươm ................................................................... 44 2.2.1.8. Nghiên cứu ảnh hưởng của loại ánh sáng khác nhau lên sự tăng trưởng của cây cúc trong hệ thống vi thủy canh hộp nhựa tròn ......... 45 2.2.1.9. Nghiên cứu ảnh hưởng của các loại ánh sáng khác nhau lên khả năng tích lũy chlorophyll trong lá của cây cúc trong hệ thống vi thủy canh hộp nhựa tròn ..................................................................... 45 viii 2.2.1.10. Đánh giá hiệu quả của phương pháp vi thủy canh và vi nhân giống cây hoa cúc.............................................................................. 46 2.2.1.11. Nghiên cứu ảnh hưởng của các hệ thống vi thủy canh hộp nhựa tròn và hình chữ nhật lên sự tăng trưởng của cây cúc ..................... 46 2.2.1.12. Trồng thử nghiệm cây cúc trong hệ thống vi thủy canh ra vườn ươm đến giai đoạn ra hoa ................................................................. 46 2.3.2. Phương pháp theo dõi các chỉ tiêu .............................................................. 47 2.3.2.1. Xác định các chỉ tiêu tăng trưởng ....................................................... 47 2.3.2.2. Một số công thức tính được tiến hành khi thu nhận số liệu ................ 47 2.3.2.3. Quan sát hình thái khí khẩu ................................................................ 48 2.3.3. Phương pháp xử lý thống kê ...................................................................... 48 2.4. ĐIỀU KIỆN NUÔI CẤY ................................................................................... 48 2.4.1. Điều kiện nuôi cấy in vitro ........................................................................ 48 2.4.2. Điều kiện nuôi cấy vườn ươm .................................................................... 49 2.4.3. Điều kiện trồng và chăm sóc ở đồng ruộng ................................................ 49 2.5. ĐỊA ĐIỂM VÀ THỜI GIAN TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM .............................. 51 Chương 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU .................................................................. 52 3.1. THIẾT LẬP HỆ THỐNG VI THỦY CANH ................................................... 52 3.2. ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ LÊN KHẢ NĂNG TĂNG TRƯỞNG CỦA CHỒI CÚC TRONG HỆ THỐNG VI THỦY CANH HỘP NHỰA TRÒN ......................................................................................... 55 3.2.1. Ảnh hưởng của tiền xử lý IBA lên khả năng ra rễ của cây cúc trong hệ thống vi thủy canh hộp nhựa tròn ......................................................... 55 3.2.2. Ảnh hưởng thể tích môi trường nuôi cấy lên sự tăng trưởng của cây cúc trong hệ thống vi thủy canh hộp nhựa tròn ......................................... 58 ix 3.2.3. Ảnh hưởng của mật độ mẫu cấy lên sự tăng trưởng của cây cúc trong hệ thống vi thủy canh hộp nhựa tròn ......................................................... 62 3.2.4. Ảnh hưởng của điều kiện thoáng khí lên sự tăng trưởng của cây cúc trong hệ thống vi thủy canh hộp nhựa tròn ................................................ 65 3.3. ẢNH HƯỞNG CỦA NANO BẠC LÊN KHẢ NĂNG TĂNG TRƯỞNG VÀ KHÁNG KHUẨN TRONG MÔI TRƯỜNG VI THỦY CANH HỘP NHỰA TRÒN .................................................................................................. 70 3.3.1. Ảnh hưởng của nồng độ nano bạc đến khả năng tăng trưởng của cây cúc trong hệ thống vi thủy canh hộp nhựa tròn ......................................... 70 3.3.2. Ảnh hưởng của nồng độ nano bạc đến khả năng kháng vi sinh vật trong môi trường nuôi cấy vi thủy canh hộp nhựa tròn ............................. 73 3.3.3. Ảnh hưởng của nano bạc trong hệ thống vi thủy canh hộp nhựa tròn đến khả năng tăng trưởng của cây cúc ở giai đoạn vườn ươm .................. 75 3.4. ẢNH HƯỞNG CỦA HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG LED LÊN SỰ GIA TĂNG SINH TRƯỞNG CÂY CÚC TRONG HỆ THỐNG VI THỦY CANH HỘP NHỰA TRÒN ............................................................................. 78 3.4.1. Ảnh hưởng của loại ánh sáng khác nhau lên sự tăng trưởng của cây cúc trong hệ thống vi thủy canh hộp nhựa tròn ......................................... 78 3.4.2. Khả năng tích lũy chlorophyll trong lá của cây cúc trong hệ thống vi thủy canh hộp nhựa tròn dưới các loại ánh sáng khác nhau ...................... 80 3.4.3. Khả năng thích nghi và tăng trưởng cây cúc trong hệ thống vi thủy canh hộp nhựa tròn dưới điều kiện chiếu sáng khác nhau ở giai đoạn vườn ươm ................................................................................................... 81 3.5. HIỆU QUẢ NHÂN GIỐNG CỦA PHƯƠNG PHÁP VI THỦY CANH SO VỚI PHƯƠNG PHÁP NHÂN GIỐNG IN VITRO .................................... 83 3.5.1. Hiệu quả nhân giống của phương pháp vi thủy canh và phương pháp vi nhân giống ............................................................................................. 83 x 3.5.2. Ảnh hưởng của các hệ thống vi thủy canh hộp nhựa tròn và hộp nhựa hình chữ nhật lên sự tăng trưởng của cây cúc ........................................... 89 3.6. TRỒNG THỬ NGHIỆM CÂY CÚC TRONG HỆ THỐNG VI THỦY CANH RA VƯỜN ƯƠM ĐẾN GIAI ĐOẠN RA HOA ................................. 91 Chương 4. BÀN LUẬN .......................................................................