BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
Trường Đại học Đà Lạt
-----------o0o------------
ĐIỀU TRA VÀ NGHIÊN CỨU BẢO TỒN NGUỒN GEN
CÁC GIỐNG HOA CÚC VÀ HOA LAN CẮT CÀNH
HIỆN ĐANG SẢN XUẤT TẠI ĐÀ LẠT
ĐỀ TÀI CẤP TRƯỜNG TRỌNG ĐIỂM
MÃ SỐ:
B2005-29-41-TĐ
B2005-29-41-TD
Cơ quan quản lý: Bộ Giáo dục và Đào tạo
Cơ quan chủ trì: Trường Đại học Đà Lạt
Chủ nhiệm đề tài: Nguyễn Văn Kết NHểM THC HIN TI
Cỏn b tham gia thc hin ti:
1. TS. Nguyn Vn Kt
2. Th.S. Cao Th Ln
3. Th.S. Nguyn Thnh Sum
4. NCV. Phng Mai
còn lại khoảng 54 giống còn có thể phục hồi. Nhằm bảo tồn các giống hoa này, chúng
tôi đã tiến hành các biện pháp kiểm tra hiện trạng lây nhiễm các loại virus, và đã phục
tráng thành công 14 giống địa lan, 54 giống cúc in vitro.
Abstrast
Lam Dong Province of Vietnam has an exceptional diversity of cutting flower of
Cymbidium and Chrysanthemum with approximately 38 and 72 varieties respectively.
Plant tissue culture and micropropagation techniques play an important role in
conservation programme and management of botanical collection.
Chrysanthemum and Cymbidium plants collected from farmers were identified the
highest virus infection rate among of these species. The results obtained by
observation samples of 54 varieties Chrysanthemum and 14 varieties Cymbidium.
Using meristem culture and treated with Virazol in vitro suggest that the possibility
could be obtained virus free plants through cultures. 2
Mở đầu
1. Tính cấp thiết của đề tài
Việc du nhập ngày càng nhiều các giống hoa cắt cành là một xu hương cần thiết
đề đáp ứng nhu cầu thưởng thức hoa của người dân cũng như để xuất khNu. Tuy nhiên
song song với việc chạy đua thay đổi về giống trên thị trường sản xuất hiện nay thì
đồng thời cũng có rất nhiều giống dần dần bị lãng quên, không phải vì các giống hoa
này không đảm bảo chất lượng mà là do thị hiếu của người tiêu dùng. Việc nghiên
cứu các biện pháp công nghệ trong lĩnh vực nhân giống các loài hoa cắt cành có giá
trị kinh tế của địa phương nhằm mục đích bảo tồn nguồn gen trong tập đoàn hoa cắt
cành là một biện pháp cần thiết cho xu hướng phát triển đa dạng về hoa cắt cành trong
tương lai và tránh lãng phí một số lớn các giống hoa mà bản thân đất nước chúng ta
hiện nay chưa thể lai tạo được.
NCV Nghiên cứu viên
PLB Protocorm like body
TDZ Thidiazuron (N-phenyl-N
,
-1,2,3-thiadiazol-5-ylurea)
VW Vacin and Went (1949)
2,4-D 2,4-dichlorophenoxyacetic acid.
LSD 0.5: Sai khác tối thiểu có ý nghĩa ở P = 0.5
CV% Hệ số sai dị
FrW: Trọng lượng tươi
NTL: Đường Nguyên Tử Lực – Đà Lạt
4
Chương 1
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1. Sơ lược về cấy mô trong công tác nhân giống cây trồng
1.1 Tính toàn năng của tế bào thực vật trong nuôi cấy mô
Nuôi cấy mô thực vật (hay còn gọi là nuôi cấy thực vật in vitro) là quá trình
nhân giống vô tính thực vật trong ống nghiệm. Nuôi cấy mô thực vật là phạm trù khái
niệm chung cho tất cả các kỹ thuật nuôi cấy các bộ phận khác nhau (tế bào, mô, cơ
quan) thực vật trong môi trường nhân tạo dưới điều kiện vô trùng (15, 22, 29)..
Kỹ thuật nuôi cấy mô tế bào thực vật dựa trên cơ sở lý luận khoa học về tính
toàn năng và khả năng phân hóa, phản phân hóa của tế bào thực vật. Cuối thế kỷ 19,
nhà bác học người Đức Haberlangt (1902) là người đầu tiên đề xuất phương pháp
nuôi cấy mô tế bào thực vật để chứng minh tính toàn năng của tế bào. Theo ông, mỗi
tế bào của bất kỳ cơ thể sinh vật nào đều mang toàn bộ lượng thông tin di truyền của
cả sinh vật đó, vì vậy khi gặp điều kiện thích hợp mỗi tế bào đều có thể phát triển
1.2 Công nghệ sinh học thực vật trong nhân giống cây trồng
Công nghệ sinh học thực vật hình thành do áp lực tự nhiên của xã hội theo hai
khuynh hướng: áp lực gia tăng năng suất và áp lực giảm năng suất mùa màng. Trước
những xu hướng đó, đòi hỏi ngày càng phải đưa nhanh kỹ thuật mới vào công tác lựa
chọn, nhân giống cây trồng.
Sự phát triển của công nghệ sinh học thực vật theo thời gian có thể được tóm
tắt như sau: từ những năm 1920 bắt đầu là lai chéo, năm 1960 là kỹ thuật gây đột biến,
năm 1970 là sự phát triển kỹ thuật cấy mô, đến năm 1980 là kỹ thuật dung hợp tế bào
trần và từ những năm 1990 đến nay là sự phát triển của kỹ thuật gen (10, 12, 15. 22,
30).
Nhờ sự kết hợp giữa nuôi cấy mô thực vật và công nghệ gen, người ta đã tạo ra
được những thuộc tính mới cho cây trồng một cách có định hướng và hiệu quả. Nhờ
thuộc tính totipotent của thực vật, người ta có thể hoàn toàn tái tạo nên một loạt các
cây mới hoàn chỉnh từ một tế bào mang đặc tính mới chỉ trong một thời gian ngắn.
Nhờ sự kết hợp này đã giúp cho công nghệ sinh học thực vật nói chung và nuôi
cấy mô nói riêng có những bước tiến mang lại hiệu quả kinh tế rất lớn. Có thể nói một
cách khái quát những ưu điểm của công nghệ này là:
- Chọn lọc nhanh những tính trạng mong muốn, nuôi cấy mô là con đường
nhanh nhất giúp chọn lọc và biểu hiện tính trạng.
- Nuôi cấy mô tạo nguồn nguyên liệu thực vật tuyệt vời cho quá trình chuyển
gen ở thực vật.
- Nuôi cấy mô kết hợp với kỹ thuật dung hợp tế bào trần và đột biến có thể tạo
ra các dòng lai khác loài.
- Giúp nhân giống vô tính với tốc độ và số lượng lớn.
- Giúp tạo được cây sạch bệnh.
- Thực vật nuôi cấy mô là nguồn nguyên liệu tốt để sản xuất các chất quý hiếm,
đặc biệt là các dược chất.
- Các cây mô là đối tượng tốt và hiệu quả của những nghiên cứu về sinh lý,
sinh hóa, di truyền, bệnh lý, sinh học phân tử.
- Các cây mô giúp trao đổi quốc tế nguồn giống thực vật rất dễ dàng.
-12
g/ml) thì mới có tác dụng kích thích sinh trưởng của rễ, vượt qua ngưỡng
này (10
-8
mg/l) thì lại thể hiện tác dụng ức chế.
IAA kích thích sự ra rễ và kìm hãm sự phát triển callus. Ngược lại, 2,4-D kích
thích sự hình thành callus và kìm hãm sự hình thành rễ trong môi trường nuôi cấy.
Mặc dù cùng nhóm chất auxin nhưng hai chất này lại có tính chất đối kháng..
NAA được Went và Thimann (1937) tìm ra. Chất này có tác dụng làm tăng hô
hấp của tế bào và mô nuôi cấy, tăng hoạt tính enzim và ảnh hưởng mạnh đến trao đổi
chất của nitơ, tăng khả năng tiếp nhận và sử dụng đường trong môi trường nuôi cấy
(10, 12, 40, 41).
1.3.2 Cytokinin
Cytokinin là chất điều tiết sinh trưởng có tác dụng làm tăng sự phân chia tế bào.
Các cytokinin thường gặp là 6-benzyl aminopurin (BAP), Kinetin.
Kinetin được Shoog phát hiện ngẫu nhiên trong khi chiết xuất axit nucleic.
Kinetin là dẫn xuất của base nitơ adenin. BAP là cytokinin tổng hợp nhân tạo nhưng
có hoạt tính mạnh hơn kinetin.
Kinetin và BAP cùng có tác dụng kích thích phân chia tế bào, kéo dài thời gian
hoạt động của tế bào phân sinh và làm hạn chế sự hóa già của tế bào. Ngoài ra các
chất này có tác dụng lên quá trình trao đổi chất, quá trình tổng hợp ADN, tổng hợp
protein và tăng cường hoạt động của một số enzim (10, 40, 41).
Benjamin và cs. (1987) đã cho rằng nồng độ BA cao (1-5ppm) kích thích sự
phát triển của chồi đỉnh và đầu rễ của cây Atropa belladona. Lat và cs. (1988) cho
rằng khi sử dụng kinetin để nhân nhanh cây Picrohiza kurroa phải dùng nồng độ từ 1-
5mg/l.
Những nghiên cứu của Miller và Skoog (1963) đã cho thấy không phải các
chất điều tiết sinh trưởng ngoại sinh tác dụng độc lập với các chất điều tiết sinh
và các nhân tố sinh trưởng.
1.4 Kỹ thuật vi nhân giống (micropropagation)
Trong 5 thập kỷ qua đã có nhiều báo cáo về kỹ thuật vi nhân giống (Arditi và
Krikorian, 1996; Chakrabarty và cs., 2001; Rasai và cs., 1995; Rout và cs., 2000). Vi
nhân giống là sự nhân giống vô tính với số lượng của cây trồng thông qua nuôi cấy
mô in vitro. Kỹ thuật nuôi cấy này đã được ứng dụng rộng rãi trong việc nhân giống
các loài cây cảnh và những loài khác trên toàn thế giới (Chu 1992; Huetteman và
Preece 1993; Mantell và cs., 1985; Prerik, 1987).
Một trong những dạng thú vị và quan trọng của kỹ thuật nuôi cấy mô in vitro là
khả năng tái sinh và sinh sản của cây từ nuôi cấy tế bào và mô. Dạng đơn giản nhất
của tái sinh cây in vitro là kích thích sự phát triển của chồi. Kỹ thuật này tận dụng sự
phát triển cá thể cho sự phát triển chồi bằng đỉnh sinh trưởng hoặc chồi bên. Trạng
thái ngủ của những chồi này bị phá hũy và sự phát triển của các chồi non được kích 8
thích bằng tổ hợp các chất điều tiết sinh trưởng (thường sử dụng cytokinin) để tái sinh
ra chồi con. Các chồi con này sau đó được tách ra cho phát triển rễ để tái sinh cây con.
Sự tái sinh cây từ nuôi cấy mô có thể được thực hiện bằng cách nuôi cấy từ
đỉnh sinh trưởng, từ callus và từ tế bào, hoặc chồi nách vì chồi nách là tiền thân của
đỉnh sinh trưởng. Ngược lại, sự tái sinh bất định diễn ra tại những vị trí khác như là
các đốt thân, từ lá mầm, vùng kéo dài ra của rễ. Sự tái sinh chồi bất định thường phụ
thuộc vào sự có mặt của gen cấu trúc. Nhưng sự tái sinh cây từ callus và từ tế bào
thường không có mặt của gen cấu trúc.
Sự phát sinh cơ quan là sự hình thành các cơ quan riêng biệt như chồi hoặc rễ.
Sự tái sinh phôi soma là sự hình thành cấu trúc lưỡng cực chứa cả chồi và rễ. Hầu hết
các cây trồng có thể tái sinh cây theo cách phát sinh cơ quan hoặc phôi soma nhưng
rất ít loài có thể được cả hai cách. Một số loài có thể tái sinh một cách dễ dàng từ nuôi
cấy mô và tế bào trong khi một số loài chỉ có thể tái sinh bằng quá trình bất định.
9
Môi trường dinh dưỡng bao gồm các loại muối vô cơ, nguồn cacbon, vitamin
và chất điều tiết sinh trưởng. Một số thành phần khác có thể được bổ sung thêm như
nitơ vô cơ, acid vô cơ và chất chiết cây trồng (Gamborg, 1986).
Các muối khoáng được sử dụng như là thành phần của môi trường nuôi cấy mô
tế bào. Hầu hết các môi trường chứa ít nhất 30mM nitơ vô cơ và kali vô cơ. Muối
amonium có thể được sử sụng từ 2-20mM. Ảnh hưởng của muối amonium có thể thay
đổi từ ức chế đến hiệu quả. Nồng độ Ca, SO
4
, photphat và muối Mg từ 1-3 mM là
thích hợp. Ngoài ra trong môi trường cũng cần bổ sung thêm một số khoáng vi lượng.
Môi trường MS (1962) hoặc Linsmainer và Skoog (1965) (LS) được sử dụng
rộng rãi, đặc biệt là trong quá trình tái sinh cây. Môi trường B5 (Gamborg và cs.,
1968), N6 (Chu, 1978), Nisch và Nitsch (1969) (NN) và các dẫn xuất từ các môi
trường này có thể được sử dụng rộng hơn cho nhiều loại cây. Theo Huang và cs.,
Indra D. Bhatt và Uppeandra Dhar (2000), cây dâu tây phát triển thích hợp trên môi
trường MS.
1.4.2.2 Các chất điều tiết sinh trưởng.
Liều lượng chất điều tiết sinh trưởng lên môi trường nuôi cấy quyết định rất
lớn đến sự thành công của nuôi cấy mô thực vật. Mor và Zieslin (1987), Rout và cs.
(2000) đã nghiên cứu ảnh hưởng của các chất điều tiết sinh trưởng và mối tương tác
giữa chúng lên vi nhân giống của nhiều loại cây khác nhau, trong đó đã có báo cáo rất
rõõ về ảnh hưởng của auxin và cytokinin lên sự nhân nhanh chồi của nhiều loại cây
khác nhau. Cytokinin là chất điều tiết sinh trưởng thích hợp cho việc nhân nhanh chồi.
Theo Indra D. Bhatt và Uppeandra Dhar khi sử dụng BA, Kinetin, 2-ip trên
môi trường MS, tốc độ nhân nhanh tốt nhất khi bổ sung BA. Theo kết quả nghiên cứu
của Kang và cs. (1994), BA là chất điều tiết sinh trưởng thích hợp nhất cho sự nhân
nhanh chồi từ mẫu lá của cây dâu Fragaria x ananassa. Loại dâu này sẽ cho số lượng
chồi cao, hiệu quả nhất trên môi trường MS có bổ sung 4,0 µM BA kết hợp với 0,1
dụng hạn chế mức độ chiếu sáng hoặc than hoạt tính có khả năng hấp thụ các chất ức
chế sự ra rễ có trong môi trường nuôi cấy. (Dumas và cs.,1995; George và
Sherrington, 1984).
1.4.2.4 Nhân nhanh chồi
Đây là giai đoạn cốt lõi quyết định đến sự thành công trong nuôi cấy in vitro.
Có 3 cách thường được sử dụng trong vi nhân giống : thông qua callus, sự hình thành
chồi bất định và chồi nách (Bhojwani và cs., 1996). Trong trường thông qua nuôi cấy
chối nách, tốc độ nhân nhanh phụ thuộc vào nồng độ cytokinin thích hợp trên môi
trường và sự cấy chuyển trong quá trình tái sinh cây. Trên cây dâu tây Fragaria x
ananasa, tốc độ nhân nhanh chồi đạt kết quả tốt nhất khi bổ sung vào môi trường MS
các chất điều tiết sinh trưởng BA (4,0 µM) và NAA (0,1 µM) sau 60 ngày nuôi cấy.
Nhưng khi bổ sung vào môi trường nồng độ BA cao hơn 4,0 µM cùng với 0,1 µM
NAA sẽ làm cho chồi sinh trưởng không tốt và chất lượng chồi xấu, do đó tốc độ
nhân nhanh cũng giảm.
1.4.2.5 Sự hình thành rễ
Sự hình thành rễ của nhiều loài cây có thể không cần bổ sung thêm chất điều
tiết sinh trưởng (Saxena và cs., 1998). Rễ của nhiều loài cây có thể được hình thành
dễ dàng khi nồng độ các muối khoáng giảm đi một nữa hoặc giảm hơn, và nồng độ
đường giảm từ 2 hoặc 3% đến 0.5%. (Webb và Street, 1977). Theo Indra D. Bhatt và
Uppeandra Dhar khi nghiên cứu ảnh hưởng của auxin (IBA, NAA) lên sự hình thành
rễ của loài Fragaria x ananasa, cây ra rễ tốt nhất khi sử dụng NAA với liều lượng
thấp (0.1mg/l).
Rễ của một số loài cây có thể được hình thành dễ dàng hơn khi bổ sung thêm
than hoạt tính vào môi trường, đôi khi có bổ sung thêm auxin. Than hoạt tính làm
nâng cao sự phát triển của rễ khi rễ đầu tiên vừa được hình thành (Marthur và cs.,
1999). Sự phát triển của rễ tốt hơn khi trong môi trường có chất hút các chất ức chế ra
rễ hoặc làm giảm mức độ chiếu sáng bằng cách bổ sung than hoạt tính (Druart và cs.,
1993; George và Sherrington, 1984).
Sự phát triển sung mãn của hệ rễ của cây con trong nuôi cấy in vitro là điều
kiện thiết yếu cho sự phát triển tốt của cây con trong điều kiện nhà kính và trên đồng
xuất bản 1993. Trong đó chi Cymbidium.sw có 15 loài:
C.aloifolium (Lindl.).sw, C.atropurpureum (Lindl.) Rolfe., C.banaense Gagn,
C. bicolor lindl, C.dayanum Reich.b.f, C.devonianum Paxt., C.enrifolium (Lindl.).sw,
C.erythrostylum Rolfe, C.filay sonianum Lindl., C.inrigne Rolfe, C.lancifolinum
Hookf, C.lowianum Reich.b.f, C.schroederi Rolfe., C.sinense (Jacks)Willd.,
C.macroshizon Lindl..
Theo Trần Hợp trong cuốn “Phong Lan Việt Nam” tập 1 và 2 xuất bản 1988-
1990 thì họ lan Việt Nam có khoảng 368 loài, trong đó chi Cymbidium có khoảng 10
loài sau:
C.aloifolium (Lindl.).sw, C.dayanum Hookf, C. devonianum Paxt.,
C.enrifolium (Lindl.).sw, C.evrardii Guillaum, C.grandiflorum Griff, C.inrigne Rolfe,
C.lancifolinum Hookf, C.parishii Reich.b., C.poilanei Gagnep.
Theo Võ Văn Chi và Dương Đức Tiến trong cuốn “Phân Loại Học Thực Vật –
Thực Vật Bậc Cao” xuất bản 1978 thì họ lan ở Việt Nam có 91 chi 463 loài, trong đó
chi Cymbidium có khoảng 12 loài sau: 12
C.aloifolium Swartz., C.cyperifolium Wallex Lindl, C.dayanum Reich.b.f, C.
devonianum Paxt., C.ebarneum Reich.b.f, C.enrifolium Swartz., C.erythrostylum
Lindl., C.giganteum Wall., C.inringne Reich.b.f., C.lancifolinum Hookf, C.polanei
Gagn., C.munronianum kinget plant.
2.2 Một vài nét về địa lan Đà Lạt.
Hiện nay, nhu cầu hoa tươi nói chung và hoa lan nói riêng trên thế giới và
trong nước đang ngày càng tăng. Trong năm 2000 kim ngạch xuất khNu hoa lan cắt
cành và giống cây lan trên thế giới đạt 150 triệu USD, trong đó chỉ riêng hoa lan cắt
cành đã chiếm 128 triệu USD. Do đó việc trồng lan đã trở thành một hướng phát triển
kinh tế của nhiều nước trên thế giới và đang phát triển mạnh mẽ ở khu vực Đông
Nam Á.
Họ lan là họ có số lượng loài lớn thứ 2 với khoảng 20000 - 25000 loài. Trong
đó Cymbidium được mệnh danh là nữ hoàng của các loài hoa, Cymbidium có những 13
đặc điểm nổi bật cả về giá trị thNm mĩ lẫn giá trị khoa học. Vẻ tao nhã, hài hòa của
chúng từ lâu đã hiện diện trong văn học nghệ thuật và gắn liền với đời sống văn hóa
của con người Phương Đông.
2.3 Hình thái bên ngoài của địa lan.
Về hình thái bên ngoài địa lan là những cây thân thảo, đa niên, đẻ nhánh hàng
năm tạo thành những bụi nhỏ. Thân ngầm của địa lan (căn hành) thường ngắn nối
những củ với nhau, … các củ lan thực chất là những cành ngắn của căn hành. Củ già,
khi bị tách khỏi căn hành cũ có thể phát sinh đoạn căn hành mới, từ đó mọc lên những
cây con, do đó người ta xếp Cymbidium vào nhóm lan đa thân.
Củ lan (giả hành) thường có dạng con quay hay dạng hột xoài. Đường kính của
giả hành từ 1cm đến 15cm. Giả hành được bao bọc bởi các bẹ lá xếp xít nhau, do đó
giả hành của địa lan không rõ ràng như một số loài lan khác như denrobium, catleya.
Rễ của một số loài địa lan bì sinh hay phụ sinh thường mọc bám trên vỏ cây,
mặt đất. Một số loài khác có rễ ăn sâu trong bọng cây, trong đất mùn (địa sinh hay
thực sinh). Những rễ mới thường chỉ mọc ở cây con, còn cây mẹ ít khi hình thành rễ
mới mà chỉ thấy những rễ phụ phân nhánh từ rễ củ.
Lá địa lan thường có hai dạng, dạng vảy đính theo một đoạn căn hành và dạng
thực đính trên giả hành. Lá ở dạng thực đính trên giả hành thường có cuống lá, giữa
bẹ lá và cuống lá có một phần phân cách, khi phiến lá rụng vẫn còn đoạn bẹ ôm lấy
giả hành, một số loài không có cuống lá. Tùy theo từng loài mà hình dáng của phiến
lá, gân lá rất khác nhau, gân dọc nổi rõ hay gân chìm trong thịt lá. Một số loài ít chịu
rợp có phiến lá màu vàng xanh, còn lại thường là màu xanh đậm. Bản lá và độ dày
của lá thay đổi tùy theo từng loài, các loài sống ở trảng trống có lá hẹp và dày hơn các
loài ưa bóng rợp. Lá có dạng dải, dạng mũi mác hay dạng phiến. Đầu lá thường là
hạt lan nảy mầm là rất thấp, do đó khi chưa có công nghệ nuôi cấy mô thì việc trồng
và nhân giống lan cần thời gian lâu và gặp nhiều khó khăn.
2.4 Phân loại địa lan.
Trong hệ thống phân loại họ lan là một họ lớn thứ hai với 20.000- 25.000 loài
chỉ sau họ cúc (A.L. Takhtajan). Loài địa lan thuộc
Ngành: Magnoliophyta- Angiospermae
Lớp: Liliopsida- monocotyledemes
Bộ: Orchidales
Họ: Orchidaceae
Chi: Cymbidium.
Theo các tác giả Võ Văn Chi và một số tác giả khác thì trong tự nhiên có chi
Cymbidium có khoảng hơn 50 loài, và ở Việt Nam có 15 loài trong đó chỉ riêng Đà
Lạt có tới 12 loài.
- Cymbidium aloifolium Swartz (Hay Cymbidium aimulans Rolfe; Cymbidum
Pubesecens Lindl).
- Cymbidium cyperifolium.
- Cymbidium dayanum Reichb.F
- Cymbidium devoniaum Paxt
- Cymbidium eburneum Reichb
- Cymbidium ensifolium Swartz (hay Cymbidium sudaicum Schltr)
- Cymbidium erythrostylum Lindl (hay Cymbidium longifolium Don;
Cymbidium Limodorum Angustiflorum Ham)
- Cymbidium gagiteum Wall (hay Cymbidium gradnifolium Griff; Cymbidium
hookerianum. R)
- Cymbidum insigne Rolfe
- Cymbidium Lancifolium Hook. F (hay Cymbidium gibsonii Paxt; Cymbidium
javancum Hook. F.)
- Cymbidium polanei Gagn.
- Cymbidium munronianum King et Plan.
hóa nghiêm trọng các cây trồng nhân giống vô tính. Hiện nay, các cây đang trồng
cũng như cây mô ở Đà Lạt đều không hoàn toàn sạch bệnh, và virus là nguyên nhân
gây bệnh nghiêm trọng nhất cản trở sự phát triển của sản xuất trồng trọt hiện đại. Việc
nghiên cứu và phòng bệnh virus giúp giảm thiệt hại do bệnh virus gây ra là rất cần
thiết, đặc biệt là những nước có nền kinh tế dựa vào nông nghiệp là chính như nước ta.
Ivanopski là người đầu tiên khám phá ra thế giới virus khi nghiên cứu bệnh
trên cây thuốc lá vào năm 1892. Virus được phát hiện đầu tiên đó gây những vết
khảm trên lá cây thuốc lá là Tobaco Mosaic Virus và đây cũng chính là loài virus có
phổ cây chủ lớn nhất hiện nay. Cho đến nay, với sự phát triển của sinh học và sự trợ
giúp của trang thiết bị, phương tiện hiện đại, con người đã phát hiện được trên 4 ngàn
loại virus, trong đó có hơn 100 loại là virus hại thực vật và có tới hơn 25 loài virus
gây hại trên cây lan.
Như vậy, virus thực vật là những vi sinh vật có kích thước vô cùng nhỏ bé và
có những đặc điểm sau đây (PGS.TS Vũ Triệu Mẫn và PGS.TS Lê Lương Tề, 2002). 16
Virus là những nucleoprotein rất nhỏ bé do đó phải quan sát chúng trên kính
hiển vi điện tử. Virus có cấu tạo rất đơn giản: có hai phần chính là lõi axit nucleic và
vỏ protein.
Thông thường virus thực vật có vật chất di truyền là ARN, một số ít còn lại có
vật chất di truyền là ADN.
Virus là vi sinh vật kí sinh ở mức độ tế bào. Virus thực vật có thể nhiễm bệnh
cho một hay nhiều loài cây, và mỗi loại cây có thể nhiễm một hay nhiều loài virus.
Virus thực vật cũng như virus động vật, sau khi xâm nhiễm vào tế bào cây chủ
chúng bắt đầu tác động đến sự trao đổi chất của tế bào, virus sử dụng vật chất của tế
bào để tạo thành vô số virus con mới. Do vậy cơ thể thực vật bị kiệt quệ dần dần,
thoái hóa và suy tàn có khi bị chết. Khoảng thời gian từ lúc virus bắt đầu xâm nhiễm
đến khi cây thoái hóa và chết phụ thuộc vào đặc điểm gây bệnh của các loài khác
17
Ví dụ : Tobaco Mosaic Virus: đây là virus gây hại trên cây thuốc lá, đặc điểm
bệnh là gây khảm lá.
Odontoglossum Ringspott Virus: virus này gây hại trên cây lan thuộc chi
Odontoglossum, lá cây bị bệnh có các vết bệnh hình đốm vòng.
Virus là một loại kí sinh phân tử không có cấu tạo tế bào, nhưng cũng không
sinh sản bằng cách phân đôi như vi khuNn, virus sinh sản bằng cách kí sinh vài tế bào
sống và “ bắt ” tế bào cung cấp vật chất cần thiết cho virus tổng hợp thành protein và
vật chất di truyền của virus, sau đó các thành phần này lắp ráp với nhau tạo thành
virus con. Phương thức sinh sản này người ta gọi là sinh sản tái tạo (multiplication).
Như vậy sự sinh sản của virus hoàn toàn dựa vào vật chất của tế bào, làm cho tế bào
kiệt quệ và dẫn đến chết.
Virus thực vật muốn kí sinh và gây bệnh cho cây chủ thì virus phải bám được
vào thành tế bào và xâm nhiễm vào trong tế bào. Bản thân virus không chủ động di
chuyển và xâm nhập vào bên trong tế bào được. Sự xâm nhiễm của virus thực vật vào
cây chủ có thể thông qua các vectơ truyền bệnh như côn trùng, bét nhện,… hoặc qua
các vết thương cơ giới do con người gây ra trong quá trình cắt tỉa cây trồng. Sau khi
xâm nhập được vào bên trong tế bào, sự lây lan của virus từ tế bào này sang tế bào
khác có thể qua cầu nguyên sinh giữa các tế bào, hoặc qua dòng vận chuyển vật chất.
Người ta cũng phát hiện ra rằng trên tế bào có một số điểm nhận biết đặc biệt mà
virus có khả năng bám vào để từ đó xâm nhập vào tế bào, gọi là các thụ thể.
Sau khi xâm nhiễm vào tế bào cây chủ, virus sẽ giải phóng vật chất di truyền
(RNA, DNA) quá trình này gọi là sự lột áo (uncoating). Tiếp đó là quá trình tái tạo
vật chất di truyền và biểu đạt gen.
Đối với virus có vật chất di truyền là ARN (ARN virus), quá trình tái tạo ARN
gồm tái tạo ARN của virus và mARN protein của virus. “ARN virus ” lợi dụng
ribosom của cây chủ phiên dịch ra là enzym ARN- phụ thuộc ARN (ARN- dependent
ARN polymerasa, RdRp). Dưới tác dụng của RdRp tế bào sẽ tổng hợp ra hàng loạt
ARN con của virus và ARN tổ gen của virus, lúc này ARN tổ gen sẽ tiến hành phiên
antoxianit, carotinoit sẽ tăng lên, làm cho lá cây nhiễm bệnh virus chuyển màu từ màu
xanh sang màu vàng hay nâu đỏ.
Bên cạnh đó, virus thực vật còn làm thay đổi tốc độ trao đổi gluxit trong cây.
Ban đầu cây bị bệnh ở bộ phận hoa, lá cây sẽ tích lũy các chất đường ở vị trí nhiễm
bệnh. Nhưng về sau hàm lượng đường ở các lá bị bệnh sẽ thấp hơn so với các lá khỏe.
Nguyên nhân là do virus ban đầu làm cản trở quá trình vận chuyển ở các bộ phận bị
bệnh đến các bộ phận khác dẫn đến việc tích lũy đường ở các bộ phận này. Sau đó,
virus sử dụng vật chất của tế bào, thúc đNy quá trình hô hấp nên hàm lượng đường ở
bộ phận bị bệnh sẽ thấp hơn các bộ phận khác trong cây.
2.5.4 Virus gây biến đổi về hình thái.
Thông thường cây chủ chỉ có biểu hiện bệnh ra bên ngoài khi mà đã bị nhiễm
bệnh khá nặng. Một số triệu chứng về hình thái do virus gây ra:
- Triệu chứng khảm lá: Là triệu chứng rất phổ biến của nhiều bệnh virus mới hại
thực vật. Lá cây loang lổ chỗ xanh đậm, chỗ xanh nhạt, chỗ biến vàng (Mosaic
- khảm lá). Khảm lá thường xảy ra ở các bệnh như: Virus khảm thuốc lá, khảm
ớt, dưa chuột, khảm lá đậu, khảm lá táo tây.
- Đốm chết hình nhẫn: Thương gặp là khảm và tạo ra đốm chết loại hình nhẫn
(đốm vòng) như bệnh đốm hình nhẫn ở cây đu đủ, cây mận, cây thuốc lá, cây
hoa cNm chướng.
- Triệu chứng hại gân lá: Là hiện tượng bệnh phá hoại ở gân lá dẫn đến gân sáng,
gân chết, gân biến dạng… như virus Y hại cây thuốc lá tạo gân sáng, virus Y
hại một số giống khoai tây (tạo gân biến dạng).
- Khảm lá, lùn cây: Là hiện tượng khảm lá kèm theo cây lùn như Maize mosaic
dwarf virus hay khảm sóc lá (Maize strerk trip mosaic virus) ở ngô, lúa, và các
cây đơn tử diệp.
- Xoăn, cuốn lá: Biến dạng lá như xoăn lá cà chua, cuốn lá khoai tây, xoăn lá
cây ớt, hồ tiêu.
- Biến màu và biến vàng: Là những triệu chứng gây biến vàng (ở lúa), gây hoá
xanh (ở cam, chanh).
theo tác động của yếu tố môi trường, đặc điểm sinh lí của cây chủ. Do đó những biểu
hiện bệnh bên ngoài của cây cũng thay đổi gây nhầm lẫn cho người trồng. Và đến khi
cây chủ không còn khả năng phục hồi theo chu kì bệnh thì cây sẽ hoàn toàn tàn lụi. Ví
dụ bệnh virus hại địa lan tại Đà Lạt, trong điều kiện mùa khô, nhiệt độ cao diễn biến
bệnh virus chậm chạp, nhưng vào mùa mưa lại bùng phát.
2.6 Virus hại địa lan
Những triệu trứng bệnh virus đầu tiên được miêu tả vào năm 1943 trước khi
Ivanopski phát hiện ra sự tồn tại của thế giới virus. Virus thực vật gây hại trên rất
nhiều loại cây trồng, có thể thấy trong tự nhiên đa số cây đều bị nhiễm virus. Ở nước
ta mà đặc biệt ở Đà lạt, trong những năm gần đây cùng với sự gia tăng về nhu cầu và
qui mô trồng lan thì bệnh virus hại lan cũng bùng phát và đã gây ra nhiều thiệt hại
nặng nề về kinh tế cho người trồng lan.
Theo ước tính thì đến nay có khoảng 25 loài virus hại lan. Những triệu chứng
biểu hiện bệnh virus gây hại trên lan rất đa dạng và không theo qui tắc nào cả. Đa số
virus thực vật gây vàng, chết mô hay hoại mô (thối nhũn) và biểu hiện ban đầu của 20
virus nhiều khi giống với bệnh sinh lí. Ví dụ: Bệnh trên địa lan do Cymbidium Mosaie
Virus gây ra, ban đầu giống với biểu hiện khi bón quá nhiều urê cho cây.
Trong họ lan thì địa lan là cây đặc thù của xứ lạnh và được trồng khá lâu ở Đà
lạt và có giá trị kinh tế cao. Ngày nay, dưới sự phát triển của kĩ thuật nuôi cấy mô,
việc mở rộng qui mô sản xuất lan đang gặp nhiều thuận lợi, bên cạnh đó thì việc lây
lan bệnh virus cũng đang là nguy cơ số một cho người trồng lan nếu cây lan không
sạch bệnh virus.
Trong số những loài virus hại địa lan hiện nay thì tại Đà Lạt có một số loài gây
hại chủ yếu: Cymbidium Mosaic Virus (CyMV), Tobaco Mosaic Virus (TMV),
Tomato Spotted Wilt Virus (TSWV), Cybidium Ringspot Virus (CyRV), Odotoglosum
(ORSV)...
trên cây địa lan
Phần lá trên cây bị bệnh do virus CyRV thường có nhiều sọc vàng nhạt phân
biệt rõ với cùng xanh của phiến lá. Cây bị bệnh nặng thì các vết bệnh liên kết lại với
nhau làm cho cây bị vàng, các lá xếp sít với nhau và dựng thẳng đứng.
Bệnh thường xuất hiện ở cây con 6 tháng tuổi với bộ lá dày có màu vàng nhạt.
Trên cây lớn thì bệnh khiến cho phát hoa thấp ngắn, tuy có nụ hoa nhưng lại
không nở được.
2.7 Một số biện pháp đã được áp dụng để có cây sạch bệnh virus
Ngày nay, việc tạo ra các cây giống sạch bệnh để cung cấp cho người trồng là
vô cùng quan trọng và cần thiết. Hiện nay chỉ có hai phương pháp được sử dụng để có
cây trồng sạch bệnh là cây gieo từ hạt không bị tổn thương và phương pháp phục
tráng giống bằng cách nuôi cấy đỉnh sinh trưởng.
2.7.1 Về phương pháp gieo hạt
Phương pháp nhân giống bằng hạt hiện nay là phương pháp nhân giống thường
được sử dụng cho lan. Đây là phương pháp tạo ra được số lượng lớn các cây con và
chủ yếu áp dụng với những cây mà thời gian tạo cây con bằng phương pháp nhân
giống vô tính là rất lâu và khó nảy mầm trong điều kiện tự nhiên. Bên cạnh đó để
nâng cao tỉ lệ hạt nảy mầm cho những cây có thể nảy mầm trong điều kiện tự nhiên
như lan, người ta gieo hạt trong điều kiện phòng thí nghiệm.
Vấn đề quan trọng nhất trong phương pháp này là tìm ra môi trường gieo hạt
tối ưu để rút ngắn thời gian và tăng tỉ lệ hạt nảy mầm.
2.7.2 Về phương pháp nuôi cấy đỉnh sinh trưởng
Đây là một trong những phương thức nuôi cấy mô trong phòng thí nghiệm
(nhân giống in- vitro). Nhân giống in- vitro hay nuôi cấy mô đều là thuật ngữ mô tả
các phương thức nuôi cấy các bộ phận thực vật trong ống nghiệm có chứa môi trường
xác định ở điều kiện vô trùng. Môi trường có chứa các chất dinh dưỡng thích hợp như
muối khoáng, các hormone tăng trưởng, carbon, và một số chất bổ trợ khác. Kĩ thuật
nuôi cấy mô cho phép tái sinh chồi hoặc cơ quan (sự phát sinh cơ quan) từ các mô
như lá, thân hoặc rễ.
2.7.3 Một số biện pháp bổ trợ khác
Trong giai đầu của quá trình tìm kiếm, các nhà khoa học đã tìm thấy một số
hoạt chất như: Iot deoxyuridin, 2 - thiouracil,… Đây là những chất đồng dạng với
purin, pirimidin. Những chất này có tác dụng làm rối loạn sự tổng hợp bình thường
của các axit nucleic của virus. Bên cạnh đó những hoạt chất được tìm thấy trong thời
gian này tuy có tác dụng ức chế tác động của virus nhưng đồng thời cũng gây độc cho
tế bào.
Hợp chất được sử dụng sớm nhất trong là 2 – thiouracil, đựơc tìm ra vào năm
1952 do hai nhà khoa học là Commoner và Mercer. Từ lâu người ta đã biết đa số
virus có vật chất di truyền chứa uracil là một phần của acid nucleic. Do đó Commoner
và Mercer đã ức chế sự tái bản của virus trong cây thuốc lá bằng cách sử dụng 2 -
thiouracil.
Vào năm 1953, Jeener và Rosseels nhờ việc sử dụng đồng vị của sulfua (S
35)
của 2 - thiouraci và chứng minh được rằng S
35
đã tham gia vào acid nucleic của virus.
Sau đó hàng loạt những chất hoá học khác thuộc nhóm này được nghiên cứu.
Một số chất chất khác như 5- Fluorouracil (Heidelberger và cộng sự, 1957), 5 -
Chlorouracil, Azaguanin (Matthews, 1953),…
8 - Azaguanin là một hợp chất không có trong tự nhiên và được tổng hợp do
Matthews vào năm 1953. Matthews đã sử dụng 8 - Azaguanin trong thí nghiệm ức
chế sự nhân bản của virus CMV (Cucumber Mosaic Virus) và virus TMV (Tobaco
MosaicVirus).
Và thực tế là việc sử dụng 2 - thiouracil và một số chất hoá học khác thời kì
này đều không hiệu quả (Tam, 1959). Những chất này không chỉ ức chế sự tái bản
của virus mà đồng thời ức chế sự sinh trưởng và thậm chí gây chết đối với tế bào.
Nhưng dù sao, 2 - thiouracil khi sử dụng ở nồng độ phù hợp cũng thu được một số
thành công trong việc ức chế được sự tái bản của virus (Holmes,1955).
Ngày nay, ribazole là một hóa chất do con người tổng hợp được sử dụng rộng