Vấn đề rào cản sinh học sinh sản trong lai hữu tính giữa các thể đa bội của 2 loài Keo nhiệt đới và bước đầu nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật cứu phôi sử dụng vật liệu nhị bội

Keo tai tượng (Acacia mangium Willd.) và Keo lá tràm (A. auriculiformis A.Cunn. ex Benth) là 2 loài keo nhiệt đới đang được sử dụng để trồng rừng sản xuất gỗ luân kỳ ngắn (6 - 8 năm) ở Việt Nam. Tuy nhiên, việc tăng nhanh diện tích rừng trồng các loài keo này có thể dẫn đến xâm lấn các loài cây bản địa và một số cây trồng khác.

Vì vậy, việc phát triển các dòng tam bội (3x) bất thụ được xem là một trong những cách tiếp cận hiệu quả để giải quyết vấn đề xâm lấn cũng như tận dụng một số đặc tính ưu trội do biến đổi về số lượng nhiễm sắc thể (NST) đem lại, chẳng hạn ưu thế về sinh trưởng và một số tính chất sợi gỗ, cải thiện tính chống chịu sâu bệnh hại, thích ứng tốt hơn với biến đổi khí hậu, cũng như vượt qua được rào cản sinh học sinh sản trong quá trình lai tạo và phát triển các giống bất thụ.

Nghiên cứu vấn đề rào cản sinh học sinh sản trong lai hữu tính giữa các cá thể có độ bội thể khác nhau thông qua quá trình phát triển quả và hạt, cũng như đánh giá khả năng bất thụ của một số dòng keo tam bội (3x) tạo được nhằm xây dựng một chiến lược chọn tạo giống đa bội đúng hướng và dài hạn cho các loài keo có giá trị thương mại lớn như 2 loài keo này ở Việt Nam. Kết quả được công bố trên 2 bài báo mà nhóm nghiên cứu là tác giả (Nghiem et al. 2018; Nghiem et al. 2016).

Những khó khăn để có được cây lai 3x từ phép lai giữa cây nhị bội (2x) và tứ bội (4x) đã được công bố trên nhiều loài cây có múi. Nguyên nhân hạt 3x không phát triển bình thường được cho là do tỷ lệ bộ NST giữa phôi, nội nhũ và mô sinh sản có sai khác so với tỷ lệ 2:3:2 ở hạt 2x thông thường. Việc ứng dụng công nghệ cứu phôi in vitro cho những hạt lai 3x có sức sống yếu là một nỗ lực cần thiết và là bước đi quyết định sự thành công của chương trình chọn tạo và sử dụng giống 3x cho keo ở Việt Nam. Kết quả là một quy trình kỹ thuật nuôi cấy cứu phôi in vitro đã bước đầu được hoàn thiện từ kỹ thuật khử trùng phôi hạt đến tái sinh chồi, nhân chồi và ra rễ với tỷ lệ tái sinh chồi đạt 20,4 %.

Xuất phát từ thực tế trên TS. Nghiêm Quỳnh Chi và các nhà nghiên cứu thuộc Viện nghiên cứu Giống và CNSH Lâm nghiệp đã thực hiện dự án “Vấn đề rào cản sinh học sinh sản trong lai hữu tính giữa các thể đa bội của 2 loài Keo nhiệt đới và bước đầu nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật cứu phôi sử dụng vật liệu nhị bội” với mục tiêu: Nghiên cứu góp phần cải thiện kiến thức về sinh học sinh sản của keo đa bội và đề xuất được giải pháp kỹ thuật nhằm hỗ trợ tích cực cho chương trình chọn tạo giống keo tam bội (3x) bất thụ, một chương trình được kỳ vọng sẽ hạn chế sự xâm lấn của keo nhập nội đối với hệ sinh thái rừng, giảm chi phí quản lý các cánh rừng trồng, cải thiện khả năng sinh trưởng và chất lượng gỗ.

Sau đây là một số kết quả nổi bật của đề tài sau một thời gian nghiên cứu và thực hiện:

- Nội dung 1: Nghiên cứu vấn đề rào cản sinh học sinh sản trong lai hữu tính giữa các cá thể có độ bội thể khác nhau thông qua quá trình phát triển quả và hạt và đánh giá tính bất thụ của một số dòng keo tam bội (3x).

Kết quả: 2 bài báo công bố quốc tế trên tạp trí thuộc danh mục ISI

1. Bài báo thứ nhất đã in Nghiem QC, Griffin AR, Harwood CE, Harbard JL, Ha Huy T, Koutoulis A (2016) Seed development following reciprocal crossing among autotetraploid and diploid Acacia mangium and diploid A. auriculiformis. Australian Journal of Botany 64, 20-31.

2. Bài báo thứ 2 đã in Nghiem CQ, Griffin RA, Harbard JL, Harwood CE, Le S, Nguyen KD, Pham BV (2018) Reduced fertility in triploids of Acacia auriculiformis and its hybrid with A. mangium. Euphytica 214, 77

- Nội dung 2: Xác định quy trình kỹ thuật nuôi cấy in vitro cho phôi/hạt keo ở các giai đoạn phát triển khác nhau

Kết quả nuôi cấy in vitro cho phôi/hạt keo ở các giai đoạn phát triển 9, 12 và 18 tuần tuổi được tiến hành và quy trình kỹ thuật được đề xuất như sau:

1. Khử trùng mẫu quả

- Quả thu về được rửa sạch dưới vòi nước chảy trong 3 - 5 phút, lắc trong dung dịch tẩy rửa (10% nước rửa chén) trong 5 phút, và rửa lại bằng nước máy trong 10 phút

- Mẫu tiếp tục được lắc bằng dung dịch ethanol 70% trong 1 phút và rử lại 3 lần bằng nước cất

- Chuyển mẫu sang bình tam giác chứa dung dịch thủy ngân (HgCl2) 0,05% hoặc dung dịch Javen 2,5% ngâm trong 5 - 7 phút, thao tác trong bốc cấy vô trùng 7

- Rửa lại mẫu bằng nước cất 3 lần trước khi đưa vào tách vỏ quả theo chiều dọc để lấy phôi/ hạt bên trong đưa vào môi trường nuôi cấy

2. Tạo mô sẹo:

 Sử dụng môi trường: MS* + 1 mg/L 2,4D + 25 g/L đường sucrose + 4,8 mg/L agar pH môi trường: 5,7 Thời gian tạo mô sẹo 25 - 45 ngày

Kết quả: tỷ lệ nhiễm mẫu hoặc mẫu không có mô sẹo > 83%, tỷ lệ mẫu tạo được mô sẹo < 2 %, hơn 15 % hạt lấy từ quả 18 tuần tuổi là có khả năng nảy mầm

3. Tái sinh chồi:

Sử dụng môi trường: MS* + 1 mg/L BAP + 0,5 mg/L GA3 + 30 g/L đường sucrose + 4,2 mg/L agar pH môi trường: 5,7

Thời gian chồi tái sinh: hơn 35 ngày

Kết quả: tỷ lệ mẫu nhiễm hoặc không tái sinh > 82%, tỷ lệ mẫu tái sinh chồi < 18 %

4. Nhân chồi:

Sử dụng môi trường: MS* + 1 mg/L BAP + 1 mg/L GA3 + 30 g/L đường sucrose + 4,2 mg/L agar pH môi trường: 5,7

Thời gian chồi tái sinh: 25 - 30 ngày

Kết quả: tỷ lệ chồi hữu hiệu đạt khoảng 55 % và số chồi/ cụm: 12 - 15 chồi

5. Ra rễ: Sử dụng 2 loại môi trường:

+ Tiền ra rễ: MS* + 1 mg/L BAP + 0,5 mg/L GA3 + 2 g/L than hoạt tính + 30 g/L đường sucrose + 4,2 mg/L agar

+ Ra rễ: ½ MS* + 2 mg/L IBA + 15 g/L đường sucrose + 4,2 mg/L agar pH môi trường: 5,7

Thời gian chồi tái sinh: 20 - 25 ngày

Kết quả: tỷ lệ ra rễ trên 85%

Kết quả đạt được có ý nghĩa thực tiễn rất lớn, song không đủ hàm lượng khoa học để xây dựng một bài báo quốc tế, đề tài sẽ xem xét để viết bài trên tạp trí chuyên ngành trong nước.

Có thể tìm đọc toàn văn báo cáo kết quả nghiên cứu (Mã số 15144/2018) tại Cục Thông tin Khoa học và Công nghệ Quốc gia.

P.K.L (NASATI)