Ứng dụng bioreactor trong sản xuất giống cây cà phê

Trong tái canh cà phê, yếu tố quan trọng nhất là cây giống cà phê chất lượng cao, đồng đều. Trước nay, nông dân và các nhà khoa học thường áp dụng hai phương pháp nhân giống cây cà phê là nhân giống vô tính truyền thống (ghép) và nuôi cấy mô thông thường.

Tuy nhiên, phương pháp ghép có nhược điểm là: Nguồn chồi rất lớn nên cần một diện tích vườn nhân chồi lớn; một cây chỉ lấy được 20 - 30 chồi/vụ; thời vụ sản xuất (ghép chồi) ngắn, chỉ từ 2 - 3 tháng; nguồn gốc giống dễ bị lẫn tạp từ gốc cây mẹ nếu không kiểm soát kỹ; khó kiểm soát được nguồn gốc của chồi ghép, cây ghép và cây giống ghép của các cơ sở tư nhân. Phương pháp nuôi cấy mô thông thường có nhược điểm: Thời gian nhân giống kéo dài ít nhất là 24 tháng để tạo thành cây hoàn chỉnh; mức độ đồng đều của cây giống không cao, tỷ lệ ra rễ thấp, rễ không thẳng, ngắn, ra thành rễ chùm (nhiều rễ) nên khó xác định được rễ chính; phải cấy chuyền nhiều lần nên tốn nhiều công, từ đó làm chi phí tăng cao so với cây ghép...

Từ thực tế đó, ThS. Trần Thị Hoàng Anh đã chủ trì cùng các cộng sự tại Viện Khoa học kỹ thuật Nông lâm nghiệp Tây Nguyên tiến hành nghiên cứu và thực hiện giải pháp: “Ứng dụng bioreactor trong sản xuất giống cây cà phê bằng công nghệ nuôi cấy mô tế bào”.

(Ảnh Internet)

Bioreactor là một hệ thống bao gồm nhiều bình nuôi cấy (RITA), có một hoặc nhiều hệ thống bơm khí để điều khiển dung dịch ngập chìm theo thời gian đặt cố định, với hệ thống ống dẫn khí, hệ thống màng lọc vô trùng. Một bình nuôi cấy có dung tích 1 lít gồm có 2 phần: phần trên chứa phôi hoặc cây và phần dưới chứa môi trường. Bơm sẽ cung cấp một áp suất khí vừa đủ để làm dâng môi trường từ phần dưới lên ngăn chứa phôi (cây) phía trên (phần trên) và làm ngập phôi (hoặc cây) trong dung dịch dinh dưỡng, không khí sẽ được cung cấp qua hệ thống cung cấp khí. Trong thời gian làm ngập môi trường ngăn trên, dòng môi trường chuyển động xoáy ốc từ dưới lên với tốc độ chậm làm cho mẫu cấy xoay trở và các mặt đều được tiếp xúc với môi trường, lượng không khí sau đó được thoát ra bên ngoài thông qua ống thoát có màng lọc không khí. Dinh dưỡng trong bình được duy trì trong suốt thời gian nuôi cấy mà không cần thay mới môi trường, điều này làm giảm mức độ nhiễm nấm, vi khuẩn của các phôi và tế bào trong bình, giảm được công cấy chuyền và tăng tỷ lệ phát sinh lá mầm, rễ và sinh khối của cây.         

Công nghệ nhân giống cà phê bằng công nghệ bioreactor gồm các công đoạn: Tạo mẫu sạch (chọn mẫu lá không bị sâu bệnh, rửa sạch dưới vòi nước chảy, sau đó nhúng vào dung dịch khử trùng mẫu); tạo tế bào mô sẹo (mẫu lá vô trùng được cấy lên môi trường kích thích phản ứng của tế bào tạo mô sẹo); tăng hệ số nhân tế bào mô sẹo (chọn tế bào mô sẹo có khả năng tái sinh, tăng hệ số nhân đưa vào nuôi cấy trong môi trường lỏng được lắc thường xuyên trên máy lắc); tái sinh phôi (mô sẹo có khả năng tái sinh phôi được cấy vào môi trường lỏng và được lắc để tạo phôi); tái sinh phôi thành cây (chọn lọc những phôi không bị biến dạng bất thường, có khả năng tái sinh thành cây, đưa vào bình bioreactor để nuôi phôi phát triển thành cây); huấn luyện chăm sóc cây ngoài vườn ươm (cây con được chọn lọc có rễ cọc, 1-2 cặp lá thật đem huấn luyện ngoài vườn ươm và được chăm sóc đạt tiêu chuẩn xuất vườn).

Về mặt kỹ thuật, giải pháp đã làm đảm bảo được tính ổn định về mặt di truyền của giống, cây giống đồng đều, phát triển tốt và không bị phân li như phương pháp gieo hạt. Cây giống đồng đều, giải quyết được hiện tượng cây phát triển kém do không tiếp hợp hoặc tiếp hợp kém giữa gốc ghép và chồi ghép. Tăng nhanh tốc độ đưa cây giống được chọn lọc vào trồng đại trà chỉ từ 1 hoặc vài cây giống được chọn lọc ban đầu, 1 cm2 lá có thể tạo ra 1.000 – 2.000 cây giống.

So với phương pháp ghép chồi, phương pháp này tăng tốc độ nhân giống gấp 1.000 – 2.000 lần. So với phương pháp nhân giống bằng nuôi cấy mô tế bào không sử dụng bioreactor thì giải pháp đã làm tăng hiệu quả về: tỷ lệ phôi chuyển thành cây cao hơn 30%, thời gian rút ngắn 2 - 3 tháng, rễ dài và thẳng, tỷ lệ cây sống khi ra vườn ươm cao 90 - 95% so với 70-75% phương pháp cũ, tỷ lệ cây tạo cặp lá thật cao hơn 20 - 30%, sinh khối cây giống cao hơn.

Đây là giải pháp có tính sáng tạo cao trong ứng dụng khoa học công nghệ tiên tiến, công nghệ mới, công nghệ có trình độ cao trong nhân giống cây cà phê. Đồng thời cũng là cơ sở để có những nghiên cứu và ứng dụng bioreactor trên các cây thân gỗ khác tương tự cây cà phê trên địa bàn Tây Nguyên như: cacao, điều, bơ, macadamia…

Đoàn Văn Thanh