Tài liệu Luận văn thiết kế hệ thống vi thủy canh đơn giản cho rèn luyện loài oải hương lá xẻ (lavandula dentata l.) in vitro​

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA SINH - KTNN ====== TẠ THỊ THU HOÀI THIẾT KẾ HỆ THỐNG VI THỦY CANH ĐƠN GIẢN CHO RÈN LUYỆN LOÀI OẢI HƯƠNG LÁ XẺ (LAVANDULA DENTATA L.) IN VITRO KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: Sinh lí học Thực vật Hà Nội, 2019 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA SINH - KTNN ====== TẠ THỊ THU HOÀI THIẾT KẾ HỆ THỐNG VI THỦY CANH ĐƠN GIẢN CHO RÈN LUYỆN LOÀI OẢI HƯƠNG LÁ XẺ (LAVANDULA DENTATA L.) IN VITRO KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: Sinh lí học Thực vật Người hướng dẫn khoa học TS. LA VIỆT HỒNG Hà Nội, 2019 LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành khóa luận này, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy TS. La Việt Hồng - Khoa Sinh KTNN Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ và động viên tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài. Tôi xin gửi lời cảm ơn tới Ban Giám hiệu trường ĐHSP Hà Nội 2, Ban Chủ nhiệm khoa Sinh - KTNN trường ĐHSP Hà Nội 2 đã tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành khóa luận này. Qua đây tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành tới tập thể cán bộ Phòng thí nghiệm Sinh lí thực vật, Bộ môn Thực vật - trường ĐHSP Hà Nội 2 đã tạo điều kiện thuận lợi về thiết bị, phương tiện để tôi có thể hoàn thành khóa luận này. Cuối cùng tôi xin cảm ơn gia đình và bạn bè đã luôn động viên, góp ý cho tôi trong quá trình học tập và hoàn thành đề tài. Hà Nội, ngày tháng năm 2019 Sinh viên Tạ Thị Thu Hoài LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi được thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS. La Việt Hồng. Các số liệu, kết quả nghiên cứu của đề tài này đảm bảo tính khách quan, trung thực, chính xác và không trùng lặp với các tác giả khác. Hà Nội, ngày tháng năm 2019 Sinh viên Tạ Thị Thu Hoài DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT HT : Hệ thống Mg/l : miligam/ lít MS : Murashige & Skoog ½MS : Môi trường MS giảm còn một nửa khoáng đa lượng NAA : 1-naphthaleneacetic acid PE : Polyethylene SEM : Scanning electron microscope (Kính hiển vi điện tử quét) DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. Loài Oải hương lá xẻ (Lavandula dentata L.) ................................. 3 Hình 2.1. Chồi Oải hương lá xẻ in vitro 5 tuần tuổi ...................................... 12 Hình 3.1. Thiết kế hệ thống vi thủy canh đơn giản để huấn luyện cây hoa Oải hương lá xẻ in vitro thích nghi với điều kiện tự nhiên ............................ 17 Hình 3.2. Ảnh hưởng của tiền xử lý NAA, bổ sung NAA trực tiếp và dung dịch dinh dưỡng đến tỷ lệ ra rễ và sự sinh trưởng của chồi oải hương ........................................................................................................... 20 Hình 3.3. Chuyển và huấn luyện cây Oải hương từ hệ thống vi thủy canh thích nghi với điều kiện tự nhiên. ................................................................. 23 Hình 3.4. Ảnh chụp SEM của khí khổng cây in vitro và cây vi thủy canh sau 2 tuần nuôi cấy ....................................................................................... 24 Hình 3.5. Ảnh chụp SEM hình thái của khí khổng cây vi thủy canh và cây in vitro sau 5, 6 và 7 ngày nuôi cấy ........................................................ 25 DANH MỤC BẢNG Bảng 3.1. Ảnh hưởng của thời gian tạo lỗ thoáng khí giữa hệ thống vi thủy canh và môi trường đến tỷ lệ sống (%) của chồi Oải hương.................. 18 Bảng 3.2. Ảnh hưởng của tiền xử lý NAA, bổ sung NAA trực tiếp và dung dịch dinh dưỡng đến sự sinh trưởng của chồi Oải hương ..................... 21 MỤC LỤC MỞ ĐẦU ....................................................................................................... 1 1. Lí do chọn đề tài ......................................................................................... 1 2. Mục đích của đề tài .................................................................................... 2 3. Nhiệm vụ.................................................................................................... 2 4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài .................................................... 2 5. Tính mới của đề tài ..................................................................................... 2 NỘI DUNG .................................................................................................... 3 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU ......................................................... 3 1.1. Giới thiệu chung về loài Oải hương lá xẻ (Lavandula dentata L.) ........... 3 1.1.1. Nguồn gốc, phân loại và phân bố .......................................................... 3 1.1.2. Giá trị sử dụng ...................................................................................... 4 1.1.3. Tình hình sản xuất và tiêu thụ cây Oải hương ở Việt Nam.................... 5 1.2. Sơ lược về thủy canh và vi thủy canh ...................................................... 5 1.2.1. Khái niệm ............................................................................................. 5 1.2.2. Các thông số cơ bản của dung dịch thủy canh....................................... 6 1.2.3. Ưu điểm và nhược điểm của phương pháp vi thủy canh ....................... 7 1.2.3.1. Ưu điểm............................................................................................. 7 1.2.3.2. Nhược điểm ....................................................................................... 8 1.2.4. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước về phương pháp thủy canh và vi thủy canh ....................................................................................... 8 1.2.4.1. Trên thế giới ...................................................................................... 8 1.2.4.2. Ở Việt Nam ..................................................................................... 10 CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............. 12 2.1. Đối tượng nghiên cứu ............................................................................ 12 2.2. Phạm vi nghiên cứu, địa điểm và thời gian ............................................ 12 2.3. Thiết bị, dụng cụ và hóa chất nghiên cứu............................................... 12 2.5. Phương pháp nghiên cứu ....................................................................... 13 2.5.1. Phương pháp bố trí thí nghiệm............................................................ 13 2.5.1.1. Thiết lập hệ thống vi thủy canh đơn giản, xác định thời gian tạo lỗ thoáng khí giữa hệ thống và môi trường ................................................... 13 2.5.1.2. Ảnh hưởng của tiền xử lý NAA, bổ sung NAA trực tiếp và dung dịch dinh dưỡng đến sự sinh trưởng của chồi Oải hương in vitro ................. 14 2.5.1.3. Chuyển và huấn luyện cây Oải hương từ hệ thống vi thủy canh thích nghi với điều kiện tự nhiên .................................................................. 15 2.5.1.4. Đánh giá chỉ tiêu hình thái khí khổng của cây Oải hương sinh trưởng trên hệ thống vi thủy canh ................................................................. 16 2.5.2. Phương pháp xử lý số liệu thống kê .................................................... 16 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ..................................................... 17 3.1. Thiết lập hệ thống vi thủy canh đơn giản, xác định thời gian tạo lỗ thoáng khí giữa hệ thống và môi trường ....................................................... 17 3.2. Ảnh hưởng của tiền xử lý NAA, bổ sung NAA trực tiếp và dung dịch dinh dưỡng đến sự sinh trưởng của chồi Oải hương in vitro ................. 20 3.3. Chuyển và huấn luyện cây Oải hương từ hệ thống vi thủy canh thích nghi với điều kiện tự nhiên ........................................................................... 22 3.4. Đánh giá chỉ tiêu hình thái khí khổng của cây Oải hương sinh trưởng trên hệ thống vi thủy canh ............................................................................ 23 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................... 27 Kết luận........................................................................................................ 27 Kiến nghị: .................................................................................................... 27 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 28 MỞ ĐẦU 1. Lí do chọn đề tài Chi Oải hương Lavandula thuộc họ Hoa môi (Lamiaceae), gồm có 39 loài và gần 400 giống lai [12], xuất xứ từ vùng Địa Trung Hải, là loại cây bụi thường niên thường có màu tím đặc trưng và mùi thơm nồng, có khả năng chịu hạn cao, không ưa ẩm. Oải hương có rất nhiều công dụng, trong đó nhiều loài được trồng để tách chiết lấy tinh dầu, làm dược liệu và nguyên liệu cho các ngành công nghiệp khác. Đây là lý do chi Lavandula ngày càng được ưa chuộng và quan tâm nghiên cứu nhiều nhằm nhân rộng số lượng và cải thiện chất lượng cây [12]. Phương pháp nhân giống vô tính in vitro chi Lavandula đã được hoàn thiện và áp dụng thành công trong nhiều năm qua, chủ yếu thông qua sự phát triển của chồi nách hoặc chồi bất định và sự phát sinh phôi soma [12]. Đến nay, mặc dù các kỹ thuật nhân giống in vitro đã được hoàn thiện nhằm sản xuất số lượng lớn cây Oải hương chất lượng cao, đồng đều và sạch bệnh, tuy nhiên, tỷ lệ chết cao của cây invitro thường được ghi nhận khi chuyển ra điều kiện bán tự nhiên [12]. Vì vậy, khả năng thích nghi của cây in vitro từ phòng thí nghiệm ra tự nhiên là một điểm mấu chốt trong sản xuất với quy mô công nghiệp. Ngày nay, cùng với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật đã có nhiều công trình nghiên cứu nhằm khắc phục các nhược điểm của nhân giống vô tính in vitro nhưng vẫn tạo ra được số lượng cây lớn đảm bảo thị trường. Hệ thống vi thủy canh ra đời là sự kết hợp những ưu điểm của kỹ thuật nhân giống in vitro và phương pháp trồng thủy canh. Các hệ thống thủy canh ngày càng được sử dụng như một trong những phương pháp tiêu chuẩn cho nghiên cứu sinh học thực vật. Nó đã được sử dụng thành công cho sản xuất thương mại các loại cây trồng phát triển nhanh như rau diếp, dâu tây, cà chua, dưa chuột và cây cảnh [24]. Ở Việt Nam, hệ thống thủy canh kết hợp vi nhân giống đã được thiết kế nhằm nhân nhanh cây hoa cúc với số lượng lớn [23]. Tuy nhiên, chưa có ghi 1 nhận nào về thiết kế hệ thống vi thủy canh phục vụ cho sản xuất loài Oải hương lá xẻ ( Lavandula dentata L.) Từ thực tế nêu trên, chúng tôi quyết định chọn đề tài: “Thiết kế hệ thống vi thủy canh đơn giản cho rèn luyện loài Oải hương lá xẻ (Lavandula dentata L.) in vitro” 2. Mục đích của đề tài Thiết kế hệ thống vi thủy canh cho rèn luyện loài Oải hương lá xẻ (Lavandula dentata L.) in vitro phục vụ cho sản xuất và đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người tiêu dùng. 3. Nhiệm vụ Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố lên khả năng sinh trưởng của chồi Oải hương in vitro. Chuyển và huấn luyện cây Oải hương từ hệ thống vi thủy canh thích nghi với điều kiện tự nhiên. Đánh giá chỉ tiêu hình thái khí khổng của cây Oải hương sinh trưởng trên hệ thống vi thủy canh. 4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 4.1 Ý nghĩa khoa học Kết quả của đề tài góp phần thiết kế hệ thống vi thủy canh áp dụng cho công đoạn huấn luyện loài Oải hương lá xẻ (Lavandula dentata L.) in vitro thích nghi với điều kiện tự nhiên. Đề tài cũng là tài liệu tham khảo cho học tập và nghiên cứu về lĩnh vực nhân giống thực vật. 4.2 Ý nghĩa thực tiễn Mô hình vi thủy canh này có tiềm năng trong lĩnh vực nhân giống cây trồng, tạo được nguồn cây giống đồng nhất với số lượng lớn. 5. Tính mới của đề tài Lần đầu tiên thiết kế hệ thống thủy canh rèn luyện loài Oải hương lá xẻ (Lavandula dentata L.) nhằm tăng tỷ lệ sống của cây in vitro giai đoạn rèn luyện. 2 NỘI DUNG CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Giới thiệu chung về loài Oải hương lá xẻ (Lavandula dentata L.) 1.1.1. Nguồn gốc, phân loại và phân bố Hình 1.1. Loài Oải hương lá xẻ (Lavandula dentata L.) ( Nguồn: https://vi.wikipedia.org/wiki/Lavandula_dentata) Giới: Plantae Ngành: Magoliophyta Phân lớp: Asteridae Bộ: Lamiales Họ: Lamiaceae Chi: Lavandula Loài: L. dentata 3 Tên khoa học: Lavandula dentata L. Tên Việt Nam: Oải hương lá xẻ Chi Oải hương Lavandula thuộc họ Hoa môi (Lamiaceae), gồm có 39 loài và gần 400 giống lai [12], xuất xứ từ vùng Địa Trung Hải. Hoa Oải hương từ lâu đã nổi tiếng là loài hoa tượng trưng cho tình yêu chung thủy, có mùi hương quyến rũ cùng với nhiều tác dụng tốt cho sức khỏe và làm đẹp. Nó là loại cây đặc trưng của vùng Provence, Pháp, các cánh đồng hoa oải hương thường rộng lớn và là nơi thu hút các khách tham quan du lịch [25]. Với khí hậu ở Việt Nam thì một vài nơi như Đà Lạt rất thích hợp để trồng Oải hương thậm chí là trồng quanh năm. Các tỉnh miền Bắc thời tiết khắc nghiệt hơn nên gieo vào mùa thu, miền Nam thì vào khoảng tháng 11 - 12. Trên thế giới, Oải hương được trồng rộng rãi ở nhiều nước như: Provence (Pháp), Banstead (Anh), Furano - Hokkaido (Nhật Bản), Dungeness Sequim (Mỹ), Y Lê (Trung Quốc). Ở nước ta, Oải hương chỉ mới được trồng nhiều ở Đà Lạt và các sản phẩm từ Oải hương ngày càng được ưa chuộng và phổ biến. 1.1.2. Giá trị sử dụng Hoa Oải hương từ lâu đã nổi tiếng là loài hoa tượng trưng cho tình yêu chung thủy, có mùi hương quyến rũ cùng với nhiều tác dụng tốt cho sức khỏe và làm đẹp. Việc sử dụng truyền thống hoa oải hương vừa là nước hoa hoặc cây thuốc đã được biết đến từ thời cổ đại. Ngày nay, ngoài công dụng làm cảnh thì một số loài được trồng rộng rãi để chiết xuất các loại tinh dầu sử dụng trong các sản phẩm như mỹ phẩm, nước hoa hoặc trong các liệu pháp tế bào học. Thành phần chính của tinh dầu Oải hương là linalool, terpinen - 4 -ol, α-tecpineol, linalyl anthranilate, geranyl axetat, cumarin, borneol, lavandulol acetate và các thành phần khoáng như Mn, Cu, Ca, Mg, Zn, Fe, Na [9]. Tinh dầu Oải hương nổi tiếng là một loại thảo dược thơm và dược liệu mạnh mẽ. Cây được sử dụng trong y học cổ truyền ở các nơi khác nhau trên thế giới cho hoạt động giảm đau và chống viêm [22]. Ngày càng có nhiều công trình nghiên cứu đặc tính dược liệu của tinh dầu Oải hương đến việc 4 phòng và điều trị bệnh. Hichem Sebai và cộng sự (2013) nhận thấy rằng tinh dầu Lavandula stoechas có tác dụng bảo vệ và chống lại bệnh tiểu đường một phần là do đặc tính chống oxy hóa mạnh của nó [21]. Tinh dầu Oải hương còn được sử dụng để điều trị một số bệnh rối loạn tiêu hóa, thần kinh và thấp khớp. Trong nghiên cứu của Rasool Soltani và cộng sự (2013) bước đầu đã đánh giá hiệu quả của liệu pháp mùi hương với tinh dầu oải hương sau phẫu thuật cắt amidan ở trẻ em [22]. 1.1.3. Tình hình sản xuất và tiêu thụ cây Oải hương ở Việt Nam Trên thế giới, Oải hương được trồng rộng rãi ở nhiều nước như: Provence (Pháp), Banstead (Anh), Furano - Hokkaido (Nhật Bản), Dungeness Sequim (Mỹ), Y Lê (Trung Quốc). Riêng ở nước ta, 5 năm trở lại đây các sản phẩm từ Oải hương ngày càng được ưu chuộng, tuy nhiên lại chỉ mới được trồng nhiều ở Đà Lạt. Các sản phẩm được nhiều người biết đến như các loại nước hoa, túi thơm và sản phẩm dược liệu, đặc biệt nhu cầu sử dụng hoa oải hương khô rất lớn. Lợi nhuận trồng hoa oải hương cao gấp 2 - 3 lần so với hoa cúc. Tuy nhiên, ngoài chi phí cho nhập khẩu hoa là khá cao thì nguồn cung trong nước vẫn chưa được đảm bảo do những khó khăn trong quá trình trồng trọt, chăm sóc, đặc biệt là chất lượng cây giống [8]. Nếu trồng bằng hạt phải 7,5 tháng mới cho thu hoạch. Nhiều công trình nghiên cứu nuôi cấy mô in vitro Lavandula dentata L. đã được hoàn thiện nhưng vẫn gặp nhiều khó khăn trong giai đoạn rèn luyện, tỷ lệ sống sót của cây mô sau khi chuyển sang môi trường tự nhiên còn thấp. Vì vậy, việc hoàn thiện một quy trình sản xuất cây giống với số lượng lớn, sạch bệnh và đáp ứng nhu cầu thị trường là vấn đề rất đáng được quan tâm. 1.2. Sơ lược về thủy canh và vi thủy canh 1.2.1. Khái niệm Thủy canh thường được định nghĩa là “trồng cây trong nước”, là kỹ thuật trồng cây không dùng đất mà trồng trực tiếp vào môi trường dinh dưỡng hoặc giá thể mà không phải là đất. Các giá thể có thể là cát, trấu, vỏ xơ dừa, than bùn, vermiculite perlite. Trong hệ thống thủy canh cần cung cấp đủ chất 5 dinh dưỡng, ánh sáng, CO2 cho quá trình quang hợp, O2 cho quá trình hô hấp thì cây trồng mới có thể phát triển khỏe mạnh theo ý muốn của người trồng [27]. Phương pháp nhân giống vô tính in vitro ra đời cho thấy được nhiều ưu điểm, giúp cung cấp nhanh với số lượng lớn các giống cây trồng theo yêu cầu mà vẫn giữ được các đặc tính di truyền của thực vật [3]. Tuy nhiên, trong hệ thống nuôi cấy in vitro truyền thống đòi hỏi điều kiện môi trường khắt khe, nghiêm ngặt. Độ ẩm tương đối cao; nhiệt độ không đổi; cường độ dòng photon quang hợp thấp; nồng độ CO2 dao động lớn; cần bổ sung đường, muối và các chất điều hòa sinh trưởng ở nồng độ cao trong môi trường; không có sự hiện diện của vi sinh vật [15]. Chính vì điều này dẫn đến tốc độ tăng trưởng hạn chế trong quá trình nhân giống, rễ kém phát triển và tỷ lệ sống sót thấp của cây con trong quá trình thích nghi [15]. Để khắc phục các nhược điểm của phương pháp truyền thống, nhiều công trình nghiên cứu ra đời nhằm cải tiến và tìm ra một hệ thống vi nhân giống mới. Hệ thống vi thủy canh là sự kết hợp những ưu điểm của kỹ thuật nhân giống in vitro và phương pháp trồng thủy canh. Bước đầu, phương pháp này đã thể hiện được nhiều ưu điểm, đặc biệt là các cây trong hệ thống vi thủy canh có đáp ứng tốt hơn và tỷ lệ sống sót cao hơn phương pháp vi nhân giống khi chuyển sang giai đoạn huấn luyện. Trong nghiên cứu gần đây của Hoàng Thanh Tùng và cộng sự (2018) đã thiết kế thành công hệ thống vi thủy canh với giá thể film nylon ống và các hộp nhựa tròn Đại Đồng Tiến trên đối tượng cây hoa cúc (Chrysanthemum morifolium) [23]. Trong đề tài này, hệ thống vi thủy canh được thiết kế gồm hộp PE trong suốt, giá thể là bọt biển có tạo khe nhỏ để gắn chồi Oải hương in vitro. 1.2.2. Các thông số cơ bản của dung dịch thủy canh Trong một dung dịch, hoặc môi trường trơ, việc duy trì độ axit hay độ kiềm (dựa vào pH), độ dẫn điện (Electrical Conductivity – EC) trong một khoảng giá trị phù hợp với hệ thống rễ của thực vật được gọi là hoạt động 6 đệm [23]. Để cây sinh trưởng và phát triển bình thường thì hệ thống thủy canh cần duy trì các thông số cơ bản sau [24]: - Dung dịch dinh dưỡng thường có độ dẫn điện nằm trong khoảng phạm vi từ 2 ÷ 5 m S/cm và pH nằm trong khoảng từ 5,5 ÷ 6,8 [4]. Các giá trị độ dẫn điện và pH thay đổi đều ảnh hưởng ít nhiều đến các hoạt động trao đổi chất và sinh lý của cây. - Duy trì nhiệt độ của dung dịch luôn ổn định do độ dẫn điện thay đổi theo nhiệt độ khoảng 2%/0C [4]. Nhiệt độ của dung dịch dinh dưỡng còn ảnh hưởng đến sự hấp thu của nước và chất dinh dưỡng [24]. Mỗi loại cây trồng khác nhau thích nghi với một nhiệt độ khác nhau vì vậy cần lưu ý đến việc điều chỉnh nhiệt độ cho hợp lý. - Luôn đảm bảo lượng oxygen hoà tan tối đa trong dung dịch dinh dưỡng để rễ có thể hấp thu tốt. Nồng độ oxy trong dung dịch dinh dưỡng cũng phụ thuộc vào nhu cầu của cây trồng, đặc biệt khi hoạt động quang hợp tăng nhu cầu về oxy cũng lớn hơn. Giảm 3 hoặc 4 mg L-1 oxy hòa tan sẽ làm ức chế sự phát triển của rễ, nếu rễ có hiện tượng chuyển sang màu nâu thì điều này được coi là triệu chứng đầu tiên của việc thiếu oxy [24]. 1.2.3. Ưu điểm và nhược điểm của phương pháp vi thủy canh 1.2.3.1. Ưu điểm Vi thủy canh thường được áp dụng vào giai đoạn rèn luyện của quá trình nuôi cấy in vitro. Ưu điểm nổi trội của phương pháp vi thủy canh là điều kiện nuôi cấy không cần vô trùng, vì vậy vừa có thể kiểm soát dinh dưỡng cây trồng mà không lo thiệt hại do nhiễm nấm, khuẩn. Việc thiết kế thí nghiệm cũng đơn giản hơn phương pháp nhân giống in vitro và nhiều hệ thống dễ dàng thiết lập, cải tiến và có thể tái chế sử dụng cho các thí nghiệm tiếp theo. Từ đó có thể rút ngắn bớt quy trình nhân giống bằng việc kết hợp giai đoạn ra rễ với giai đoạn thuần dưỡng ex vitro. Điều kiện môi trường của hệ thống vi thủy canh gần với điều kiện tự nhiên nên việc thuần hoá cây con ngoài vườn ươm cũng thuận lợi hơn rất nhiều. Các chồi cây in vitro trong hệ thống vi thủy canh được rèn luyện dần 7 trong điều kiện gần điều kiện tự nhiên (môi trường không vô trùng, độ thoáng khí cao,...) giúp cho cây có thể tự quang hợp để lấy nguồn carbon từ CO2, thay vì từ đường như hệ thống vi nhân giống truyền thống [23]. Vì vậy, khi chuyển ra vườn ươm cây có thể dễ dàng thích nghi với môi trường mới. 1.2.3.2. Nhược điểm Nhược điểm đầu tiên thường nhắc đến của vi thủy canh là chi phí đầu tư cao. Trên thế giới có nhiều dạng hệ thống, cấu trúc đa dạng, lắp đặt ở nhiều vùng khác nhau và giá thành không thống nhất. Điểm chung của các hệ thống này là chi phí cao cho các thiết bị ban đầu. Cụ thể, hệ thống trồng cây trên cát mịn do Roe thống kê có giá thành lên đến 1.032.600 bảng (Anh)/ ha. Trong khi đó con số này lớn hơn nhiều là 1.760.500 bảng (Anh)/ ha với hệ thống kỹ thuật màng dinh dưỡng, do phải dùng khay và giá đỡ kim loại [4]. Các số liệu trên chưa đề cập đến các chi phí cho phòng thí nghiệm, hóa chất, kiểm soát môi trường, chi phí vận hành. Điều này làm cho việc ứng dụng phương pháp vi thủy canh vào sản xuất đại trà các loại cây trồng có giá trị gặp khó khăn. Yêu cầu về trình độ kỹ thuật cao đòi hỏi người thực hiện phải có các kiến thức về các nguyên lý sinh học cây trồng, các kiến thức khoa học cơ bản về hóa học cũng như hiểu biết sâu về sinh trưởng của cây trồng. Mỗi loài cây chỉ sinh trưởng tốt trong môi trường dinh dưỡng nhất định, chỉ cần một sai sót nhỏ trong thành phần dinh dưỡng hoặc thay đổi liều lượng các chất điều hòa sinh trưởng cũng có thể gây hại cho cây trồng. Hơn nữa, các cây trồng trong hệ thống thủy canh luôn sinh trưởng trên một môi trường đồng nhất, vì vậy nếu có sai sót xảy ra thì hậu quả sẽ ảnh hưởng đến toàn bộ cây trồng. Kỹ thuật vi thủy canh chắn chắn không phải là kỹ thuật dễ dàng để áp dụng trên nhiều đối tượng cây trồng và nó đòi hỏi trình độ của đội ngũ lao động. Tuy nhiên, kỹ thuật này đang ngày càng được cải tiến, góp phần nâng cao chất lượng, số lượng cây trồng và hứa hẹn là một phương pháp triển vọng trong sản xuất cây trồng trong tương lai. 1.2.4. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước về phương pháp thủy canh và vi thủy canh 1.2.4.1. Trên thế giới 8 Thủy canh đã được sử dụng từ rất lâu. Từ nhiều thế kỷ trước ở các vùng Amazon, Babylon, Ai Cập, Trung Quốc và Ấn Độ, người xưa đã biết sử dụng phân bón hòa tan để trồng dưa chuột, dưa hấu và nhiều loại rau củ khác [4]. Tuy nhiên khoa học hiện đại chỉ thực sự chú ý đến thủy canh vào năm 1937, William F. Goricke đã thành công trong việc trồng cây cà chua đạt kích thước 7.5 m trong dung dịch dinh dưỡng. Ông là người đầu tiên sử dụng thuật ngữ hydroponics nhằm mô tả hình thức canh tác trong dung dịch nước đã hòa tan các chất dinh dưỡng [27]. Từ đó, thủy canh được ứng dụng, phát triển rộng rãi, và mở rộng thành các phương pháp trồng cây trên môi trường rắn trơ sử dụng dung dịch dinh dưỡng [27]. Từ thập niên 80, kỹ thuật thủy canh ngày càng được ứng dụng rộng rãi để sản xuất rau quả và hoa có giá trị thương mại. Nhiều người hiện nay tin rằng canh tác bằng phương pháp thủy canh là "tương lai" của nền nông nghiệp hiện đại [27]. Thủy canh không phải là khái niệm mới mẻ đối với các nước trong khối ASEAN. Ứng dụng nguyên lý của thủy canh, Smits và Yasman (1988) đã áp dụng thành công phương pháp giâm cành trong bể sục khí để nhân giống thực vật các loài Anisoptera margita, Shoreasmithiana, S. laevis, S. ovalis, S. blanco và S. pauciflora . Phần gốc của cành giâm được ngâm trong dung dịch axit indolebutyric (IBA) 100 ppm khoảng 1 giờ, sau đó đặt gốc cành giâm ngập trong dung dịch của thùng sục khí. Phương pháp này cho kết quả 90 – 100% rễ phát triển [4]. Năm 2012, Toshiki Asao trong cuốn sách của mình đã đánh giá thủy canh là một phương pháp tiêu chuẩn cho nghiên cứu sinh học thực vật. Phương pháp này cho phép kiểm soát chính xác hơn các điều kiện tăng trưởng, giúp dễ dàng nghiên cứu các yếu tố hoặc tham số biến. Tuy nhiên, hệ thống nuôi cấy có nhược điểm là bị giới hạn ở mức đầu tư ban đầu cao và năng lượng đầu vào không đổi. Do đó, công nghệ thủy canh đã trở nên phổ biến để sản xuất các loại cây trồng có giá trị cao ở các nước phát triển như Hoa Kỳ, Canada, Châu Âu và Nhật Bản [24]. 9 Yuri Shavrukov và cộng sự (2012) đã sử dụng 2 mô hình thủy canh để nghiên cứu các phản ứng của thực vật đối với các căng thẳng phi sinh học. Hệ thống 1 (Flood-drain systems): dung dịch tăng trưởng được bơm nhiều lần vào bình kèm theo hệ thống thoát nước, sự chuyển động liên tục của dung dịch trong các chu kỳ thoát nước bơm tạo điều kiện cung cấp oxy đến rễ. Hệ thống 2 (Continuous aeration) sục khí liên tục: rễ của cây con nảy mầm được ngập trực tiếp trong dung dịch tăng trưởng có sục khí và chồi được hỗ trợ để phát triển trên dung dịch [24]. Xego và cộng sự (2017) đã nghiên cứu sự ảnh hưởng của môi trường thủy canh đến việc sản xuất cây dược liệu để làm tăng khả năng tích lũy sinh khối chất lượng cao và tối ưu hóa sản xuất các chất chuyển hóa thứ cấp [20]. 1.2.4.2. Ở Việt Nam Việc nuôi trồng thủy canh được biết khá lâu, nhưng chưa được nghiên cứu có hệ thống và được sử dụng để trồng các loại cây cảnh nhiều hơn. Nhut và cộng sự (2004) đã nghiên cứu về quá trình hình thành củ bi trực tiếp của loài Khoai sọ (Colocasia esculenta) cũng như cảm ứng tăng trưởng của cây con ở giai đoạn vườn ươm trong hai hệ thống (1) nuôi trồng trong đất (2) và nuôi trồng trong hệ thống thủy canh hộp xốp sau 15 hoặc 30 ngày [18]. Dương Tấn Nhựt và cộng sự (2005) đã nghiên cứu phương pháp thủy canh in vitro trong việc nâng cao chất lượng cây hoa African violet phục vụ người trồng hoa [6]. Đến nay, mặc dù nhiều công trình nghiên cứu đã thiết kế thành công được mô hình nhân giống in vitro nhằm sản xuất số lượng lớn cây trồng nhưng giai đoạn rèn luyện gặp nhiều khó khăn, tỷ lệ sống sót thấp. Các nghiên cứu gần đây đã chứng minh hiệu quả của phương pháp vi thủy canh so với phương pháp vi nhân giống trong sản xuất đặc biệt là giai đoạn rèn luyện. Đối với đối tượng là cây hoa Chuông (Sinningia speciosa) Nhut và cộng sự (2005) nhận thấy rằng các cây nuôi cấy trong hệ thống vi thủy canh có chiều cao, khối lượng tươi cao hơn và số lá nhiều hơn so với hệ thống bình thủy tinh sau 6 tuần nuôi cấy. Ngoài ra khả năng tạo rễ ở các cây vi thủy canh 10 mạnh hơn, tất cả các cây được chuyển ra vườn ươm có tỷ lệ sống sót cao (khoảng 80% cây từ hệ thống bình thuỷ tinh và 98% cây từ hệ thống vi thuỷ canh) [5]. Hoàng Thanh Tùng và cộng sự (2018) đã thiết kế thành công hệ thống thủy canh kết hợp vi nhân giống nhằm nhân nhanh cây hoa cúc với số lượng lớn [23]. 11