Nhân giống hoa cúc quy mô lớn bằng phương pháp vi thủy canh

Phương pháp nhân giống mới

Cây hoa Cúc (Chrysanthemum morifolium) là một loài cây hoa trồng chậu và cắt cành phổ biến trên thế giới với hàng tỷ cành được bán ra mỗi năm và được ưa chuộng bởi màu sắc phong phú (trắng, vàng, xanh, đỏ, tím, hồng,…) cũng như hình dáng và kích cỡ hoa rất đa dạng. Ở Việt Nam, cây hoa cúc được du nhập từ thế kỷ XV, người Việt xem hoa cúc là biểu tượng của sự thanh cao, một trong bốn loài thảo mộc được xếp vào hàng tứ quý “Tùng, Cúc, Trúc, Mai”. Cây hoa Cúc chiếm tỉ trọng khoảng 25 - 30% trong các loại hoa cắt cành trên thế giới cũng như tại Việt Nam. Hiện nay, cây hoa Cúc được trồng khắp nước ta, nó có mặt ở mọi nơi từ núi cao đến đồng bằng, từ nông thôn đến thành thị nhưng chủ yếu tập trung ở các vùng trồng hoa truyền thống của Lâm Đồng, Hà Nội, Hải Phòng, Quảng Ninh, Thanh Hoá, Hồ Chí Minh, Đồng Tháp,... với tổng diện tích trồng hoa trên 2000 ha.

Khi nhu cầu hoa chậu và hoa cắt cành tăng nhanh thì yêu cầu về cây giống cũng tăng theo. Tuy nhiên, các phương pháp nhân giống hiện nay (vi nhân giống kết hợp với giâm cành, gieo hạt, tách đầu mầm,…) chưa đáp ứng được nhu cầu về giống. Các phương pháp nhân giống trên có thể được thực hiện hầu hết bởi người nông dân ngoài đồng ruộng, những phương pháp này không đòi hỏi trình độ kỹ thuật cao, chỉ cần thuê nhân công theo mùa vụ và dễ thực hiện. Ngoài ra, việc canh tác hoa và sản xuất cây giống Cúc tại Việt Nam trong những năm qua vẫn chưa đáp ứng về chất lượng và quy mô cũng như nhu cầu về cây giống. Những phương pháp truyền thống cho hệ số nhân giống thấp hoặc chất lượng cây giống chưa đáp ứng được yêu cầu; do đó, hiệu quả kinh tế mang lại là rất thấp. Bên cạnh đó, xuất khẩu cây giống Cúc ra nước ngoài vẫn đang gặp một số khó khăn như: cây giống chưa sạch bệnh; thích nghi vườn ươm chưa cao; vận chuyển còn khó khăn và đóng gói rất cồng kềnh; sản xuất trong hệ thống nhỏ;… Yêu cầu đặt ra hiện nay là tìm ra một phương pháp nhân giống mới có thể khắc phục những nhược điểm trên nhằm gia tăng chất lượng cây giống, cải tiến hệ thệ thống nuôi cấy với số lượng lớn, đóng gói dễ dàng và thuận tiện để hướng tới xuất khẩu cây giống là vấn đề cấp thiết.

Trong công trình nghiên cứu của TS. Hoàng Thanh Tùng, hệ thống vi thủy canh (microponic system) là hệ thống nhân giống kết hợp giữa vi nhân giống (micro-propagation) và thủy canh (hydroponic). Phương pháp này có tiềm năng trong sản xuất cây giống (cây sinh trưởng và phát triển tốt, nuôi cấy không cần điều kiện vô trùng, không cần bổ sung đường, agar vào môi trường nuôi cấy, dễ thực hiện và áp dụng thực tiễn). Đây là nghiên cứu đầu tiên trên thế giới được thực hiện hoàn toàn tại Việt Nam về việc sử dụng một kỹ thuật mới trong nhân giống thực vật, mà nơi áp dụng hệ thống này là tỉnh Lâm Đồng (diện tích canh tác, nhu cầu sản xuất cây giống Cúc hướng tới xuất khẩu lớn nhất ở Việt Nam). Đây là một phương pháp đơn giản nhưng rất hiệu quả trong sản xuất cây giống với quy mô lớn. Phương pháp này hoàn toàn có thể thay thế phương pháp nhân giống hiện nay và mở ra hướng nghiên cứu mới cũng như sản xuất cây giống ở quy mô thương mại trên nhiều đối tượng cây trồng khác nhau.

TS. Hoàng Thanh Tùng làm việc trong phòng thí nghiệm (Ảnh do nhân vật cung cấp)
 

Tài liệu có giá trị khoa học cao

Hiện nay, hệ thống này có thể nghiên cứu theo hai xu hướng: hiện đại hóa các thiết bị nhằm tối ưu hóa điều kiện nuôi cấy; đơn giản hóa với các thiết bị, vật liệu, rẻ tiền nhưng vẫn đảm bảo được sự phát triển tốt của cây, nâng cao chất lượng cây giống, dễ dàng áp dụng trên quy mô lớn.

Vì vậy, xu hướng thứ hai được tác giả lựa chọn nhằm đơn giản quy trình sản xuất cũng như dễ ứng dụng vào thực tiễn sản xuất. Nghiên cứu này được thực hiện nhằm đánh giá khả năng tăng trưởng của cây hoa cúc trong hệ thống vi thủy canh, đánh giá được hiệu quả nhân giống, đưa ra một mô hình sản xuất cây giống trong hệ thống vi thủy canh phù hợp và có thể nhân giống với số lượng lớn. Bên cạnh đó, vai trò của ánh sáng đơn sắc cũng như nano bạc bổ sung vào môi trường nuôi cấy cũng được nghiên cứu. Hệ thống vi thủy canh có các ưu điểm so với các phương pháp truyền thống như sau:

Vi thủy canh là một hệ thống mở.  Phương pháp này có thể rút ngắn bớt giai đoạn trong quy trình nhân giống vô tính bằng việc kết hợp giai đoạn ra rễ với giai đoạn thuần dưỡng cây giống trong nuôi cấy in vitro (cây giống vừa ra rễ, vừa thích nghi trong hệ thống này nên không cần phải trải qua giai đoạn chuyển cây ra vườn ươm như các phương pháp trước đây); vì vậy, khi chuyển ra vườn ươm cây có tỷ lệ sống sót cao đạt tỉ lệ 100%.

Phương pháp này cũng giúp tiết kiệm chi phí.  Phương pháp này có thể tiết kiệm chi phí do không sử dụng đường, agar, cồn trong quá trình nuôi cấy cũng như tiết kiệm điện năng do không cần hấp tiệt trùng môi trường và nuôi cấy dưới điều kiện chiếu sáng LED.

Với nghiên cứu trên cũng đã giúp việc đóng gói dễ dàng hơn trong các hộp đựng mứt nhỏ cũng như vận chuyển bằng máy bay nhờ khối lượng nhỏ (0,5 kg/hộp) và có thể xếp chồng lên nhau, chúng hiệu quả hơn 20 lần so với phương pháp nhân giống thông thường có khối lượng khoảng 10 kg (cần khoảng 10 vỉ xốp 60 cây/vỉ).

Ngoài ra, công trình nghiên cứu đã góp phần đơn giản và dễ thiết kế các hộp nhựa hình chữ nhật và giá thể film nylon dễ mua trên thị trường, dễ dàng thiết kế, đảm bảo độ bền, nhẹ và quan trọng là có thể tái sử dụng nhiều lần. Đặc biệt là tăng chất lượng cây giống. TS. Hoàng Thanh Tùng cho biết, trong nghiên cứu này, vai trò của nano bạc và ánh sáng LED trong hệ thống vi thủy canh cũng được nghiên cứu, kết quả chỉ ra rằng bổ sung 7,5 ppm nano bạc vào môi trường nuôi cấy vi thủy canh và nuôi cấy dưới điều kiện chiếu sáng kết hợp 70% đèn LED đỏ với 30% đèn LED xanh giúp gia tăng sự sinh trưởng và chất lượng của cây giống cũng như có hiệu quả làm giảm số lượng của 8 loài vi khuẩn nên cây sẽ thích ứng tốt hơn khi chuyển ra đồng ruộng so với cây có nguồn gốc nhân giống khác và cho phép sản xuất ở quy mô lớn.

Kết quả nghiên cứu của công trình sẽ cung cấp các dẫn liệu khoa học mới có giá trị về việc đưa ra hệ thống nhân giống vi thủy canh cây hoa Cúc. Đồng thời cũng là tài liệu tham khảo hữu ích cho nghiên cứu và giảng dạy về lĩnh vực nhân giống ở thực vật. Bên cạnh đó, đây là hướng nghiên cứu có tiềm năng ứng dụng trong lĩnh vực nhân giống thực vật. Nghiên cứu đã đề xuất mô hình vi thủy canh phù hợp, tạo được nguồn cây giống đồng nhất với số lượng lớn, dễ dàng áp dụng cho người nông dân mà không cần trình độ khoa học kỹ thuật quá cao, chỉ cần đào tạo cơ bản là có thể thực hiện được.

Đây là nghiên cứu đầu tiên trên thế giới về việc sử dụng một kỹ thuật mới trong nhân giống thực vật. Phương pháp này hoàn toàn có thể thay thế phương pháp vi nhân giống hiện nay và mở ra hướng nghiên cứu mới cũng như sản xuất cây giống ở quy mô thương mại.

TS. Hoàng Thanh Tùng (Đứng thứ 2 từ phải sang trái) chụp ảnh lưu niệm cùng đồng nghiệp (Ảnh do nhân vật cung cấp)