Công nghệ sản xuất giống khoai tây sạch bệnh
Mở đầu
Cây khoai tây ( Solanum tuberosum L.) có nguồn gốc ở vùng cao thuộc dãy núi Andes, Nam Mỹ. Cây khoai tây đã từ Nam Mỹ du nhập vào Tây Ban Nha vào khoảng năm 1570 và Anh Quốc vào năm 1590. Sau đó, nó được lan truyền khắp châu Âu và tiếp theo là châu Á (Hawkes 1994). Thế kỷ 17, người Châu Âu đã bắt đầu ăn khoai tây và nó đã trở thành một cây lương thực quan trọng của thế giới.
Trên thế giới, cây khoai tây được coi là cây lương thực có tầm quan trọng đứng hàng thứ tư sau lúa mì, lúa nước và ngô (Steveson, Loria, Frane và Weingartner, 2001). Cây khoai tây vốn là một cây ưa lạnh có nguồn gốc ở vùng cao nhiệt đới (từ 1000 m trở lên). Trải qua quá trình chọn lọc và thuần hoá, nó có thể được trồng ở các vùng khí hậu khác nhau bao gồm các vùng ôn đới, á nhiệt đới và nhiệt đới với các điều kiện sinh thái nông nghiệp khác nhau từ vùng đồng bằng đến vùng núi cao (Struik and Wiersema, 1999).
Ở Việt Nam , có thời kỳ coi khoai tây là nhóm cây lương thực có tầm quan trọng thứ ba sau lúa và ngô. Khoai tây có thời gian sinh trưởng ngắn, từ 80 - 100 ngày, nhưng có khả năng cho năng suất từ 15 - 30 tấn củ/ha với giá trị dinh dưỡng cao. Trong quá trình phát triển kinh tế xã hội, nhu cầu tiêu thụ khoai tây của thị trường nói chung, đặc biệt là các đô thị, khu công nghiệp và khu du lịch, sẽ ngày càng tăng.
Việt Nam có khả năng phát triển mạnh khoai tây, nhất là ở vùng đồng bằng Bắc Bộ, miền núi phía Bắc, Bắc Trung Bộ và Tây Nguyên. ước tính, ít nhất có vào khoảng 200.000 ha đất có thể trồng được khoai tây. Tuy nhiên, những năm gần đây, diện tích trồng khoai tây chỉ dao động trong khoảng 30.000 - 35.000 ha với năng suất bình quân khoảng từ 10 - 11 tấn/ha. Một trong những nguyên nhân chủ yếu dẫn đến năng suất thấp và diện tích trồng giảm dần là do thiếu nguồn củ giống tốt, củ giống trồng phổ biến là loại củ giống chất lượng thấp (tỷ lệ nhiễm bệnh virus cao, già sinh lý và độ thuần chủng thấp).
Như vậy, việc xây dựng hệ thống sản xuất, kiểm định, xác nhận, bảo quản và cung ứng giống khoai tây có ý nghĩa rất quan trọng để thúc đẩy sản xuất khoai tây phát triển. Trong đó phát triển công nghệ sản xuất giống khoai tây sạch bệnh đóng vai trò then chốt.
Công nghệ sản xuất khoai tây giống sạch bệnh bao gồm một hệ thống các phương pháp cụ thể và phức tạp. Bài viết này chỉ đề cập một cách khái quát những vấn đề chung nhất về công nghệ sản xuất khoai tây giống sạch bệnh.
Công nghệ nhân nhanh,sản xuất tiền gốc và giống đực
Trồng khoai tây trong ống nghiệm ở điều kiện vô trùng và hoàn toàn nhân tạo được gọi là nuôi cấy khoai tây in vitro. Trồng khoai tây ở ngoài đồng ruộng gọi là trồng khoai tây in vivo. Có loại trồng trọt trung gian giữa hai loại trên, đó là trồng trọt khoai tây trong nhà kính hoặc nhà lưới. Trồng trọt như vậy gọi là trồng trọt bán in vitro(semi in vitro) hoặc bán in vivo(semi in vivo).
Phương pháp cổ điển nhân giống khoai tây là sản xuất khoai tây giống ở ngoài đồng. Phương pháp này thường được gọi là chọn dòng. Phương pháp chọn dòng thường tốn công sức và thời gian, tốc độ nhân giống chậm.
Các công nghệ nhân giống khoai tây in vitro và bán in vitrođảm bảo nhân giống sạch bệnh với tốc độ nhanh. Hiện nay, hầu hết các chương trình nhân giống khoai tây trên thế giới dựa vào công nghệ nhân giống này. Nó có thể tạo ra được giống xác nhận từ 3 - 5 năm sau vụ trồng đầu tiên trên đồng ruộng.
Các phương pháp nhân giống in vitrovà bán in vitrocó thể được áp dụng xen kẽ vào các thời kỳ khác nhau của chương trình nhân giống chủ yếu là để tạo ra các vật liệu giống sạch bệnh ban đầu, là nguồn giống hạt nhân hoặc giống gốc.
Phương pháp in vitro:
Các bộ phận của cây được nhân và tái tạo thành các cây hoàn chỉnh hoạc củ trong các điều kiện nhân tạo, vô trùng. Có ba loại vật liệu thường được dùng trong nhân nhanh giống khoai tây in vitro:
- Các đoạn cắt.
- Các đoạn ngọn cắt.
- Các củ siêu nhỏ (microtubers).
- Thông thường, các vật liệu in vitro được gọi là giống tiền gốc.
Các phương pháp bán in vitro:
Các vật liệu bán in vitro được trồng trong điều kiện nửa tự nhiên, nửa nhân tạo, bao gồm (thường là ở trong nhà kính hoặc nhà lưới):
- Sản xuất các đoạn cắt mầm.
- Sản xuất các các đoạn cắt thân.
- Sản xuất đoạn cắt chồi lá kép.
- Sản xuất các đoạn cắt một đốt.
- Sản xuất các củ nhỏ (minitubers).
Các củ nhỏ này có thể được sản xuất trên giá thể đông đặc (các khay nhựa hoặc bồn xi măng có chứa hỗn hợp, mùn và đất sạch đã được khử trung với tỷ lệ thích hợp) hoặc trên giá thể lỏng, thường được gọi là thuỷ canh (hydroponic culture).
Nhân giống tiền gốc và giống gốc :
Trên thế giới, trong một hệ thống nhân giống chuẩn, càng giảm được số vụ trồng ở ngoài đồng càng nhiều càng tốt. Bởi vì, nhân giống ở ngoài đồng hiệu quả thấp (do giá chi phí cao), liên tục có sự rủi ro do các bệnh hại chủ yếu như các loại virus, vi khuẩn, nấm và các loại sâu hại.
Trong sản xuất giống khoai tây, điều mong muốn nhất là: giống phải có độ sạch bệnh cao, ít sử dụng hoá chất độc hại cho môi trường và giống thương mại phải được sản xuất ra từ giống gốc tạo ra bằng điều kiện nhân tạo.
Trong trường hợp, nguồn củ giống của một số giống phổ biến bị thoái hoá, và cần phải được tái tạo từ một số ít vật liệu giống sạch bệnh, việc nhân nhanh giống sạch bệnh sẽ đảm bảo an toàn cho thị phần của giống.
Hơn nữa, trong trường hợp giống đang tồn tại được cải tiến bằng công nghệ chuyển gen, muốn nhanh chóng có đủ lượng giống thương mại, cần phải tổ chức nhân nhanh giống.
Cuối cùng, để sử dụng nguồn vật liệu di truyền nước ngoài hoặc đưa nhanh giống mới vào sản xuất, cũng cần phải áp dụng công nghệ nhân nhanh giống.
Sản xuất giống khoai tây sạch bệnh ở một số nước tiền tiến
Trước khi thảo luận về giống khoai tây sạch bệnh ở Việt Nam , có thể liên hệ tới những phương pháp chung nhất về sản xuất giống khoai tây ở một số nước trồng khoai tây.
Ở Ban Lan và Hungari, các nhà chọn tạo giống ở các Viện nghiên cứu quốc gia chịu trách nhiệm về sản xuất giống tiền gốc (prebasic seed). Ở Hungari 100% các vật liệu khởi đầu là từ nhân giống in vitro. Ở Ba Lan gần 100% các vật liệu khởi đầu là từ nhân giống in vitro.
Ở tất cả các nước khác thuộc Châu Âu, việc sản xuất giống tiền gốc đều được tư nhân hoá. Ở Scotland , các củ nhỏ đã được xác định là sạch bệnh được cung cấp do người sản xuất giống tiền gốc có đăng ký. Giống có thể được trồng trên đồng ruộng hoặc sản xuất ra các củ nhỏ mới ở trong nhà lưới.
Ở Denmarks , các vật liệu in vitro do các phòng thí nghiệm được giao nhiệm vụ sản xuất, các vật liệu này do những người sản xuất được chọn lọc tiến hành trồng trọt.
Ở Pháp, Liên đoàn những người trồng khoai tây chịu trách nhiệm sản xuất các vật liệu in vitro.
Ở Đức, các nhà chọn tạo giống chịu trách nhiệm về sản xuất giống tiền gốc với mức độ 95% từ in vitro.
Ở Hà Lan, việc sử dụng các vật liệu in vitrođang tăng lên một cách vững chắc, nhưng phần lớn (60%) các giống gốc được sản xuất bằng phương pháp truyền thống. Trên thực tế, dùng phương pháp truyền thống chọn tạo một cây mẹ khoẻ mạnh (sạch bệnh), tiếp theo là cách ly và nhân giống qua một số năm vẫn cho các kết quả tốt. Hơn nữa, nhân giống in vitrođã cho thấy không phải là không có rủi ro về tính đúng giống và độ thuần của giống. Các đột biến và những sai sót về tính đúng giống đã gây ra những thất bại nghiêm trọng và những trở ngại cho việc lập kế hoạch nhân giống.
Mỗi một nước có hệ thống thế hệ (đời) nhân giống riêng của mình bao gồm một số thế hệ nhân giống tiền gốc, tiếp theo là nhân giống gốc và giống xác nhận. Số thế hệ nhân giống tối đa thay đổi tuỳ theo nước, từ 11 ở Denmark đến 7 ở Đức và Hungari, 9 ở Pháp, Hà Lan và Ba Lan, 10 ở Liên Hiệp Anh (UK). Trên thực tế, mỗi một hệ thống đều giảm bớt đi từ 2 - 3 đời. Lý do chính là vì, cứ mỗi đời tỷ lệ bệnh virus lại tăng lên, cho nên mỗi hệ thống đều làm giảm số lượng đời nhân giống.
Ở Hà Lan, những người sản xuất giống có khả năng tự sản xuất tất cả các đời (generations).
Gần đây, phương pháp "thuỷ canh" (hydroponics) ngày càng được chú ý nhiều hơn. Kỹ thuật thuỷ canh bao gồm sản xuất củ ở trong nhà lưới bằng trồng cây trong dung dịch, tương tự như những dung dịch được dùng trong các phương tiện sản xuất ở nhà lưới đối với cà chua với kỹ thuật thu hoạch nhiều lần. Với kỹ thuật mới này, khi được thiết lập, một số lớn các củ sạch bệnh trên một củ có thể sản xuất với giá có thể chấp nhận được.
Ở Hàn Quốc, công nghệ sản xuất giống khoai tây sạch bệnh đã phát triển ở trình độ cao. Giống khoai tây sạch bệnh chủ yếu được sản xuất từ in vitro( in vitromicrotubers) và công nghệ thuỷ canh (hydroponics). Tuy vậy, cho tới năm 2001, diện tích sản xuất khoai tây bằng nguồn giống khoai tây sạch bệnh chiếm khoảng 50% tổng diện tích sản xuất khoai tây ở Hàn Quốc.
Tình hình sản xuất giống khoai tây sạch bệnh ở Việt Nam
Như đã trình bày ở trên, cho đến nay, Việt nam chưa có hệ thống sản xuất, xác nhận giống và cung ứng giống khoai tây hoàn chỉnh. Tuy nhiên, nhiều cơ quan nhà nước như Viện KHKT Nông nghiệp Việt Nam, Viện Cây lương thực và CTP, Trường ĐHNN I, Công ty Giống cây trồng Trung ương I, Trung tâm Khảo kiểm nghiệm giống Cây trồng Trung ương đã và đang nỗ lực sản xuất ra ngày càng nhiều giống khoai tây sạch bệnh. Một số tổ chức xã hội và các đơn vị thuộc thành phần kinh tế tư nhân cũng đã và đang có nhiều đóng góp cho sản xuất giống khoai tây sạch bệnh. Một số giống khoai tây mới như KT3 và VC 38-6, với tiềm năng năng suất cao, khả năng chống chịu bệnh tốt, tốc độ thoái hoá chậm đang được phát triển mạnh.
Công nghệ bảo quản khoai tây giống bằng kho lạnh đã và đang góp phần to lớn vào việc xây dựng hệ thống sản xuất, bảo quản, xác nhận và cung ứng khoai tây giống sạch bệnh ở Việt Nam .
Về xác nhận giống, gần đây, Trung tâm Khảo kiểm nghiệm Giống Cây trồng Trung ương đã soạn thảo và đề nghị Bộ NN & PTNT ban hành văn bản qui phạm về hệ thống tiêu chuẩn giống khoai tây của Việt Nam để làm cơ sở cho việc sản xuất, kiểm định và xác nhận chất lượng giống khoai tây.
Nhiều cơ quan khoa học đã có các cơ sở vật chất như các phòng nuôi cấy in vitro, các phòng kiểm tra bệnh, hệ thống nhà lưới. Tuy nhiên, so với yêu cầu, các cơ sở vật chất nói trên vẫn còn thiếu rất nhiều.
Viện KHKT Nông nghiệp Việt Nam , Viện cây lương thực và CTP, Trường ĐHNN I Hà Nội, Công ty Giống cây trồng TW I hiện đang là những cơ quan chủ yếu trong hệ thống sản xuất giống khoai tây sạch bệnh. Về nguồn lực, các cơ quan nhà nước, tổ chức xã hội và tư nhân đã có năng lực ở mức độ nhất định để đẩy mạnh sản xuất, xác nhận và cung ứng giống sạch bệnh.
Về địa điểm nhân giống Việt Nam, các kết quả trong nghiên cứu sản xuất giống khoai tây sạch bệnh trong hơn 10 năm qua đã cho thấy, sản xuất giống khoai tây sạch bệnh bằng nuôi cấy in vitrovà bán in vitroở các vùng có độ cao khoảng 1500 m so với mặt nước biển (Đà Lạt, Sapa) là có rất nhiều thuận lợi. Về nguyên lý, do nhiệt độ không khí mát mẻ quanh năm, trung bình khoảng 15 - 25 oC, rất thích hợp cho cây khoai tây, tiết kiệm được chi phí điện năng dùng cho các phòng thí nghiệm nuôi cấy mô và nhà lưới. Ở các vùng cao này, sản xuất giống khoai tây bằng phương pháp in vitro, bán in vitrovà thuỷ canh (hydroponics) là rất thuận lợi và có thể làm được liên tục nhiều vụ trong một năm.
Các kết quả nghiên cứu trong những năm qua đã cho thấy rõ, các củ nhỏ (mini tubers) sạch bệnh được sản xuất từ in vitro, bán in vitrovà thuỷ canh (hydroponics culture) nếu được trồng trên đồng ruộng cách ly ở độ cao từ 1000 m trở lên là thích hợp nhất. Ở các vùng cao phía Bắc, đặc biệt để tránh mối đục củ và bệnh héo xanh, ruộng nhân giống cách ly ở các độ cao nói trên phải là ruộng lúa nước một vụ, với thời vụ thích hợp nhất cho việc nhân giống khoai tây là vụ Xuân - Hè (trồng từ tháng 2 đến tháng 3, thu hoạch từ tháng 5 đến tháng 6). Như vậy, củ giống thu hoạch ở vùng cao trong vụ Xuân Hè có tuổi sinh lý trẻ hơn củ giống cùng loại trồng ở vụ Đông (thu hoạch tháng 1) và vụ Xuân (thu hoạch tháng 3) ở ĐB Sồng Hồng từ tháng 3 - 4.
Thuận lợi cơ bản nữa là, tại đồng ruộng cách ly ở các vùng cao có độ cao từ 1000m trở lên, mật độ rệp hại (đặc biệt là rệp đào, Myzus persicea), tác nhân chủ yếu truyền bệnh virus, là rất thấp so với ở đồng bằng. Do đó, củ giống cùng loại sản xuất ở vùng cao thường có độ sạch bệnh cao hơn ở đồng bằng. Như vậy, tốc độ thoái hoá giống khoai tây ở vùng cao thấp hơn nhiều so với ở đồng bằng.
Củ giống sản xuất ở vùng cao có độ tuổi sinh lý trẻ hơn và độ sạch bệnh cao hơn đảm bảo có thể nhân giống ở vùng cao được nhiều thế hệ và năng suất cao hơn hẳn đối với giống cùng loại và cùng thế hệ sản xuất ở đồng bằng.
Hệ thống sản xuất và cung ứng giống khoai tây sạch bệnh(do Trung tâm Nghiên cứu Cây có củ, Viện Khoa học Kỹ thuật Nông nghiệp Việt Nam đề xuất).
Phương pháp in vitrovà bán in vitro:
Trạm Sapa (Lào Cai) ở độ cao 1500 m so với mặt biển: sản xuất các củ siêu nhỏ (microtubers) và các cây trong ống nghiệm bằng phương pháp in vitro(giống tiền gốc). Đồng thời tăng cường sản xuất củ nhỏ (minitubers) bằng phương pháp bán in vitro(semi in vitro), củ giống gốc Go.
Cơ sở sản xuất giống trên đồng ruộng (lúa nước) cách ly tại các vùng cao phía Bắc có độ cao từ 1000 m so với mặt biển trở lên: sử dụng củ nhỏ sản xuất ở Sapa để sản xuất ra củ giống gốc sạch bệnh (G 1). Ở đây có kết hợp phương pháp chọn lọc quần thể thải loại các cây bị bệnh virus. Cũng có thể sản xuất củ giống G1 ở chân ruộng lúa nước tại các vùng đồng bằng ven biển hoặc Hải đảo của tỉnh Quảng Ninh.
Xây dựng mạng lưới các Hợp tác xã tiên tiến ở ĐBSH (Thái Bình, Nam Định, Hà Tây và Hưng Yên) để sản xuất ra giống xác nhận (G 2và G 3) trong vụ Xuân nhằm cung cấp giống cho nông dân. Ở những địa điểm nhân giống này, phương pháp chọn lọc quần thể thải loại các bệnh virus phải được áp dụng nghiêm ngặt.
Tất cả các củ giống thuộc các cấp giống đều có sự kiểm định và xác định của Trung tâm Khảo nghiệm Giống cây trồng Trung ương.
Hệ thống sản xuất giống nói trên bao gồm các cấp giống: giống tiền gốc (các vật liệu in vitronhư microtubers và các cây trong ống nghiệm), giống gốc bao gồm giống G o(củ nhỏ sản xuất trong nhà lưới hoặc sản xuất bằng phương pháp thuỷ canh trong nhà lưới), giống G 1(giống nguyên chủng sản xuất trên đồng ruộng cách ly ở vùng cao hoặc Hải đảo thuộc vùng Đông Bắc), G 2& G 3(giống xác nhận sản xuất ở các vùng cách ly thuộc ĐBSH). Số thế hệ nhân giống chỉ là 4 đời (sau đời tiền gốc). Điều này phù hợp với ý kiến cho rằng các điều kiện ở ĐBSH là không thuận lợi cho việc nhân giống. Tốc độ thoái hoá giống nhanh ngăn cản việc nhân giống có chất lượng (Struick and Wiersema, 1999).
Phương pháp truyền thống:
Nguồn cung cấp giống sạch bệnh (sản xuất trong nước hoặc nhập từ nước ngoài) được trồng duy trì và nhân giống thông qua phương pháp chọn dòng hoặc chọn lọc quần thể thải loại bệnh virus ở vùng có độ cao từ 1000 - 1500 m so với mặt nước biển. Ở những vùng cao này, chủ yếu là duy trì và nhân giống G 1. Sau đó giống được chuyển đến những vùng cách ly (các HTX có chọn lọc ở ĐBSH) để sản xuất giống G 2và G 3(giống xác nhận).
Về không gian, chủ yếu sản xuất giống tiền gốc và giống gốc (G ovà G 1) ở các vùng núi cao có độ cao từ 1500 - 1600 m so với mặt biển. Sản xuất giống gốc cần được tiến hành vào vụ Xuân Hè trên chân ruộng lúa nước ở vùng cách ly có độ cao từ 1000 - 1500 m so với mặt biển. Sản xuất giống xác nhận G 2có thể được tiến hành ở những hợp tác xã nông nghiệp (có chọn lọc) ở Đồng bằng sông Hồng.
