Luận án Tiến sĩ Sinh học: Nghiên cứu đặc điểm thực vật học, sinh lý, hóa sinh và nhân giống in vitro một số giống sen (Nelumbo nucifera Gaertn.) trồng ở Thừa Thiên Huế

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:165

Thêm vào BST

Báo xấu

46
lượt xem 10
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích nghiên cứu của Luận án nhằm xác định được đặc điểm thực vật học, sinh lý, hóa sinh và nhân giống in vitro một số giống sen chính trồng tại Thừa Thiên Huế để làm cơ sở cho việc bảo tồn nguồn gen cây sen và phát triển cây sen có hiệu quả tại Thừa Thiên Huế. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Sinh học: Nghiên cứu đặc điểm thực vật học, sinh lý, hóa sinh và nhân giống in vitro một số giống sen (Nelumbo nucifera Gaertn.) trồng ở Thừa Thiên Huế

ĐẠI HỌC HUẾ TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC NGUYỄN THỊ QUỲNH TRANG NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM THỰC VẬT HỌC, SINH LÝ, HÓA SINH VÀ NHÂN GIỐNG IN VITRO MỘT SỐ GIỐNG SEN (Nelumbo nucifera Gaertn.) TRỒNG Ở THỪA THIÊN HUẾ LUẬN ÁN TIẾN SĨ SINH HỌC Huế, 2021
ĐẠI HỌC HUẾ TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC NGUYỄN THỊ QUỲNH TRANG NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM THỰC VẬT HỌC, SINH LÝ, HÓA SINH VÀ NHÂN GIỐNG IN VITRO MỘT SỐ GIỐNG SEN (Nelumbo nucifera Gaertn.) TRỒNG Ở THỪA THIÊN HUẾ N n : SINH LÝ HỌC THỰC VẬT M số 94.20.112 LUẬN ÁN TIẾN SĨ SINH HỌC N ƣời ƣớng dẫn khoa học: 1. PGS. TS. HOÀNG THỊ KIM HỒNG 2. PGS. TS. VÕ THỊ MAI HƢƠNG Huế, 2021
LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận án này, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc nhất đến PGS.TS. Hoàng Thị Kim Hồng và PGS. TS. Võ Thị Mai Hương, những người Thầy đã tận tâm giúp đỡ, hướng dẫn, chỉ bảo và động viên tôi trong suốt quá trình thực hiện luận án và cả trong cuộc sống hàng ngày. Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Sở Khoa học và Công nghệ tỉnh Thừa Thiên Huế và Quỹ Đổi mới sáng tạo Vingroup (VINIF) đã hỗ trợ kinh phí cho tôi thực hiện đề tài luận án. Xin được bày tỏ lòng biết ơn tới cán bộ giảng viên của Khoa Sinh học, Trường Đại học Khoa học, Đại học Huế; Các phòng thí nghiệm của Bộ môn Sinh học Ứng dụng thuộc Khoa Sinh học, Đại học Huế; phòng thí nghiệm Phân tích, Viện Công nghệ Sinh học, Đại học Huế; phòng thí nghiệm Thực vật học, Khoa Sinh học, Trường Đại học Sư phạm, Đại học Huế đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt thời gian học tập và thực hiện đề tài. Tôi xin gửi lời cảm ơn đến Ban Giám đốc, Ban đào tạo Sau đại học của Đại học Huế, Ban chủ nhiệm Khoa Sinh học và phòng Đào tạo Sau Đại học, Trường Đại học Khoa học; Ban Giám hiệu; Ban chủ nhiệm, Khoa Sinh học, Trường Đại học Sư phạm, Đại học Huế đã có nhiều giúp đỡ quý báu, tạo mọi điều kiện tốt nhất để tôi hoàn thành luận án. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến quý thầy cô giáo, các anh chị em đồng nghiệp, các anh chị em học viên, sinh viên đã động viên, quan tâm và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình làm luận án. Đặc biệt cảm ơn các tác giả có tên trong các bài báo khoa học đã công bố đã hỗ trợ và giúp đỡ tôi trong quá trình tiến hành các thí nghiệm của luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn đến tập thể, cá nhân, bà con nông dân tại Thành phố Huế, các huyện Phong Điền, Hương Trà, Phú Vang, Phú Lộc, Hương Thủy - Tỉnh Thừa Thiên Huế và các anh chị tại Trung tâm bảo tồn Di tích Cố đô Huế đã i
hợp tác giúp đỡ và chia sẻ thông tin, kinh nghiệm quý báu, cung cấp các mẫu giống sen trong quá trình thực hiện đề tài. Để có thể hoàn thành tốt luận án này, tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến gia đình Chú Hùng, Chú Đóa - những hộ dân trồng sen đã luôn sát cánh bên tôi và không ngừng hỗ trợ, giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện đề tài mặc dù có rất nhiều khó khăn và trở ngại. Dù có khó khăn hay thất bại và đôi lúc nản lòng, gia đình luôn là điểm tựa vững chắc giúp tôi vượt qua. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến những người thân trong gia đình tôi đã luôn bên cạnh giúp đỡ, động viên khích lệ, tiếp thêm sức mạnh và nghị lực để tôi hoàn thiện công trình nghiên cứu này. Xin trân trọng cảm ơn! Nguyễn Thị Quỳnh Trang ii
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận án: “Nghiên cứu đặc điểm thực vật học, sinh lý, hóa sinh và nhân giống in vitro một số giống sen (Nelumbo Nucifera Gaertn.) trồng ở Thừa Thiên Huế” là công trình nghiên cứu của tôi dưới sự hướng dẫn của PGS. TS. Hoàng Thị Kim Hồng và PGS. TS. Võ Thị Mai Hương. Luận án được hỗ trợ kinh phí của đề tài khoa học cấp Tỉnh: “Nghiên cứu khai thác và phát triển nguồn gen giống sen địa phương tại Thừa Thiên Huế, mã số TTH.2017.KC.02 do PGS. TS. Hoàng Thị Kim Hồng chủ trì và Chương trình học bổng đào tạo tiến sĩ trong nước của Quỹ Đổi mới sáng tạo Vingroup (VINIF). Tôi xin cam đoan những kết quả và số liệu trong luận án này hoàn toàn trung thực, khách quan, nghiêm túc và chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình khác. Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về lời cam đoan này. Thừa Thiên Huế, tháng 03 năm 2021 Tác giả Nguyễn Thị Quỳnh Trang iii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT 2,4-D : 2,4-D dichlorophenoxy acetic acid ABTS : 2,2′-azinobis-3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid AFLP : Amplified Fragment Length Polymorphism Đa hình độ dài nhân bản chọn lọc BA : N6-Benzyl adenin BAP : Benzyl amino purine Chl : Chlorophyll cs : Cộng sự DPPH : 2,2 - Diphenyl - 1 – picrylhydrazyl ĐHST : Điều hòa sinh trưởng IAA : 1H-indole-3-acetic acid IBA : 1H-indole-3-butyric acid ISSR : Inter-Simple Sequence Repeats - Chuỗi lặp lại đơn giản giữa KIN : Kinetin KTST : Kích thích sinh trưởng MS : Murashige và Skoog N. : Nelumbo N. lutea : Nelumbo lutea N. nucifera : Nelumbo nucifera NAA : α-aphthaleneacetic aid NOA : Naphthoxyacetic acid NSLT : Năng suất lý thuyết ONOO- : Peroxynitrite RAPD : Randomly Amplified Polymorphic DNA - DNA đa hình được nhân bản ngẫu nhiên SSR : Simple Sequence Repeats - Kỹ thuật chuỗi lặp lại đơn giản TDZ : Thidiazuron iv
MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ i LỜI CAM ĐOAN .................................................................................................... iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ........................................... iv MỤC LỤC ..................................................................................................................v PHỤ LỤC ............................................................................................................... viii DANH MỤC BẢNG ................................................................................................ ix DANH MỤC HÌNH ................................................................................................. xi MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1 1. Tính cấp thiết của đề tài ......................................................................................1 2. Mục tiêu của đề tài ..............................................................................................2 2.1. Mục tiêu chung ............................................................................................2 2.2. Mục tiêu cụ thể ............................................................................................3 3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ............................................................3 3.1. Ý nghĩa khoa học .........................................................................................3 3.2. Ý nghĩa thực tiễn .........................................................................................3 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài ......................................................3 4.1. Đối tượng nghiên cứu ..................................................................................3 4.2. Phạm vi nghiên cứu .....................................................................................4 5. Những đóng góp mới của đề tài ..........................................................................4 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ................................5 1.1. Tổng quan chung về cây sen ............................................................................5 1.1.1. Nguồn gốc cây sen ...................................................................................5 1.1.2. Phân loại và phân bố cây sen....................................................................6 1.1.3. Đặc điểm thực vật học cơ bản của cây sen ...............................................7 1.1.4. Giá trị của cây sen ....................................................................................8 1.2. Tình hình nghiên cứu về cây sen trên thế giới và ở Việt Nam ......................13 1.2.1. Nghiên cứu về đặc điểm thực vật học, phân loại, bảo tồn và đa dạng di truyền cây sen ...................................................................................................13 1.2.2. Nghiên cứu về sinh trưởng - phát triển của cây sen ...............................17 1.2.3. Nghiên cứu về thành phần hóa học và vai trò dược liệu của cây sen ....18 1.2.4. Nghiên cứu nhân giống cây sen .............................................................22 v
1.2.5. Một số nghiên cứu khác về cây sen ........................................................22 1.3. Kỹ thuật trồng và chăm sóc cây sen ..............................................................23 1.3.1. Giống ......................................................................................................23 1.3.2. Các phương pháp nhân giống cây sen ....................................................23 1.3.3. Các yếu tố ngoại cảnh ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và phát triển của cây sen ..............................................................................................................25 1.3.4. Kỹ thuật trồng trọt, chăm sóc, quản lý sâu bệnh hại ..............................27 1.4. Nuôi cấy mô tế bào thực vật ..........................................................................28 1.4.1. Đặc điểm chung của nhân giống in vitro................................................28 1.4.2. Cơ sở khoa học của nhân giống in vitro .................................................28 1.4.3. Tầm quan trọng và ứng dụng của nuôi cấy mô và tế bào thực vật.........30 1.4.4. Những yếu tố ảnh hưởng đến kỹ thuật nhân giống vô tính in vitro .......30 1.4.5. Tình hình nghiên cứu nhân giống in vitro cây sen trên thế giới và Việt Nam .... 33 CHƢƠNG 2. VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ......35 2.1. Vật liệu nghiên cứu ........................................................................................35 2.2. Nội dung nghiên cứu......................................................................................35 2.2.1. Điều tra tình hình sản xuất và tiêu thụ các sản phẩm từ cây sen, xây dựng sơ đồ phân bố các mẫu giống sen ở Thừa Thiên Huế .............................35 2.2.2. Nghiên cứu đa dạng di truyền các mẫu giống sen dựa vào kiểu hình - Đánh giá nguồn vật liệu khởi đầu.....................................................................35 2.2.3. Nghiên cứu đặc điểm thực vật học của một số giống sen ở Thừa Thiên Huế.... 35 2.2.4. Nghiên cứu đặc điểm sinh lý của một số giống sen ở Thừa Thiên Huế .....36 2.2.5. Nghiên cứu đặc điểm hóa sinh hạt sen của một số giống sen ở Thừa Thiên Huế .........................................................................................................36 2.2.6. Nhân giống in vitro một số giống sen địa phương được chọn lọc .........36 2.3. Phương pháp nghiên cứu ...............................................................................36 2.3.1. Phương pháp điều tra tình hình sản xuất, tiêu thụ các sản phẩm từ cây sen, xây dựng sơ đồ phân bố các mẫu giống sen ở Thừa Thiên Huế ...............36 2.3.2. Phương pháp phân tích đa dạng di truyền các mẫu giống sen dựa vào kiểu hình ...........................................................................................................37 2.3.3. Phương pháp thu thập các giống sen - tạo nguồn nguyên liệu ...............38 2.3.4. Phương pháp đánh giá đặc điểm thực vật học, sinh lý và hóa sinh của một số giống sen trồng ở Thừa Thiên Huế .......................................................40 vi
2.3.5. Phương pháp nghiên cứu nhân giống in vitro một số giống sen địa phương .. 51 2.3.6. Phương pháp xử lý số liệu ......................................................................52 C ƣơn 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .............................................................53 3.1. Tình hình sản xuất và tiêu thụ các giống sen ở Thừa Thiên Huế ..................53 3.1.1. Địa điểm trồng sen và thành phần các giống sen trồng tại Thừa Thiên Huế 53 3.1.2. Diện tích và cơ cấu các giống sen hiện trồng ở Thừa Thiên Huế ..........55 3.1.3. Phương thức canh tác cây sen tại các điểm điều tra ...............................57 3.1.4. Các sản phẩm từ cây sen và giá trị kinh tế .............................................60 3.1.5. Xây dựng sơ đồ phân bố các giống sen ở Thừa Thiên Huế ...................61 3.2. Đánh giá đa dạng di truyền của các mẫu giống sen dựa vào kiểu hình .........63 3.3. Đánh giá một số đặc điểm thực vật học của các giống sen ở Thừa Thiên Huế ........................................................................................................................66 3.3.1. Đặc điểm hình thái của các giống sen ....................................................66 3.3.2. Cấu tạo giải phẫu rễ, thân rễ, lá của các giống sen ................................85 3.4. Nghiên cứu một số chỉ tiêu sinh lý của các giống sen ...................................94 3.4.1. Thời gian sinh trưởng .............................................................................94 3.4.2. Động thái tăng trưởng của lá ..................................................................96 3.4.3. Động thái tăng trưởng đường kính gương sen .....................................100 3.4.4. Khối lượng tươi, khối lượng khô, cường độ tích lũy chất khô ở lá của các giống sen qua các giai đoạn sinh trưởng ..................................................100 3.4.5. Hàm lượng chlorophyll của các giống sen ...........................................103 3.4.6. Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất của các giống sen ..........105 3.5. Nghiên cứu một số thành phần hóa sinh trong hạt của các giống sen .........108 3.5.1. Hàm lượng các thành phần dinh dưỡng ...............................................108 3.5.2. Hàm lượng một số nguyên tố khoáng ..................................................110 3.5.3. Hoạt độ enzyme catalase và Hàm lượng vitamin C .............................111 3.5.4. Thành phần các hoạt chất trong cao chiết hạt sen ................................112 3.5.5. Các chỉ tiêu liên quan đến độ bở, độ dẻo của hạt sen...........................116 3.5.6. Đánh giá khả năng kháng oxy hóa trong dịch chiết và cao chiết thô từ hạt sen khô ......................................................................................................118 3.6. Bước đầu nghiên cứu nhân giống in vitro một số giống sen địa phương được chọn lọc ...............................................................................................................121 3.6.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian khử trùng ...................................121 vii
3.6.2. Ảnh hưởng của BAP đến khả năng tái sinh chồi .................................123 3.6.3. Khảo sát khả năng nhân chồi ................................................................125 3.6.4. Ảnh hưởng của IBA và α-NAA đến khả năng tạo rễ ...........................132 1. Kết luận ...........................................................................................................135 2. Đề nghị ............................................................................................................136 CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN ..............137 TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................138 PHỤ LỤC viii
DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Giá trị dinh dưỡng trong 100 g củ sen và hạt sen .......................................9 Bảng 2.1. Độ bền gel được phân loại theo chiều dài gel theo quy định ...................49 Bảng 3.1. Thành phần các giống sen tại 66 địa điểm trồng sen được điều tra ở Thừa Thiên Huế, năm 2017-2018 ...................................................................53 Bảng 3.2. Diện tích trồng sen của các khu vực điều tra ở Thừa Thiên Huế .............55 năm 2017-2018..........................................................................................................55 Bảng 3.3. Phương thức canh tác cây sen tại các khu vực điều tra ở Thừa Thiên Huế ..... 58 Bảng 3.4. Giá trị kinh tế và thời gian xuất hiện sản phẩm từ sen địa phương ..........60 Bảng 3.5. Giá trị kinh tế và thời gian xuất hiện sản phẩm từ Sen Cao Sản ..............61 Bảng 3.6. Đặc điểm hình thái thân, lá, rễ của các giống sen ....................................68 Bảng 3.7. Tính trạng số lượng về thân lá của các giống sen.....................................70 Bảng 3.8. Tính trạng và trạng thái biểu hiện nụ hoa và hoa của các giống sen ........72 Bảng 3.9. Tính trạng số lượng về cánh hoa của các giống sen .................................75 Bảng 3.10. Đặc điểm nhị hoa của các giống sen.......................................................76 Bảng 3.11. Tính trạng số lượng về nhị hoa và bao phấn của các giống sen .............77 Bảng 3.12. Đặc điểm gương, hạt của các giống sen .................................................78 Bảng 3.13. Tính trạng số lượng về gương và hạt của các giống sen ........................81 Bảng 3.14. Kích thước thành phần cấu tạo chính của rễ các giống sen ....................85 Bảng 3.15. Kích thước biểu bì và trụ của thân rễ các giống sen ...............................88 Bảng 3.16. Kích thước biểu bì và mô đồng hóa của phiến lá các giống sen ...........90 Bảng 3.17. Số lượng khí khổng trên 1 mm2 diện tích bề mặt trên lá của các giống sen ..........................................................................................................93 Bảng 3.18. Thời gian hoàn thành giai đoạn sinh trưởng (ngày) của các giống sen .......95 Bảng 3.19. Động thái tăng trưởng đường kính lá trãi (cm) của các giống sen qua các thời gian theo dõi ...................................................................................96 Bảng 3.20. Động thái tăng trưởng đường kính của lá dù (cm) của các giống sen qua các thời gian theo dõi ............................................................................98 ix
Bảng 3.21. Động thái tăng trưởng chiều cao cuống lá dù (cm) của các giống sen qua các thời gian theo dõi ............................................................................99 Bảng 3.22. Động thái tăng trưởng đường kính gương (cm) của các giống sen qua các thời kỳ theo dõi .............................................................................100 Bảng 3.23. Khối lượng tươi, khối lượng khô, cường độ tích lũy chất khô ở lá của các giống sen qua các giai đoạn sinh trưởng .......................................101 Bảng 3.24. Hàm lượng Chl (mg/g) của lá các giống sen qua các giai đoạn sinh trưởng ..................................................................................................103 Bảng 3.25. Các chỉ tiêu cấu thành năng suất và năng suất hạt của các giống sen ..106 Bảng 3.26. Hàm lượng của một số thành phần dinh dưỡng cơ bản (g/100g) trong hạt sen khô .................................................................................................109 Bảng 3.27. Hàm lượng một số nguyên tố khoáng (mg/100g) trong hạt sen khô ....110 Bảng 3.28. Hàm lượng của vitamin C và hoạt độ enzyme catalase trong 100 g hạt sen khô .................................................................................................112 Bảng 3.29. Thành phần các hoạt chất trong cao chiết của hạt sen các giống sen ...114 Bảng 3.30. Hàm lượng amylose (g) trong 100 g hạt sen khô .................................116 Bảng 3.31. Đánh giá độ bền gel và độ trở hồ ở các giống sen ................................117 Bảng 3.32. Tỷ lệ % hoạt tính bắt gốc tự do DPPH của dịch chiết hạt sen trong dung môi methanol 70%...............................................................................118 Bảng 3.33. Giá trị IC50 của dịch chiết từ hạt sen trong dung môi methanol 70%...119 Bảng 3.34. Tỷ lệ % hoạt tính bắt gốc tự do DPPH của cao chiết hạt sen trong dung môi methanol 70%...............................................................................119 Bảng 3.35. Giá trị IC50 của cao chiết từ hạt sen trong dung môi methanol 70% ....120 Bảng 3.36. Ảnh hưởng của thời gian khử trùng mẫu bằng HgCl2 0,1%.................122 Bảng 3.37. Ảnh hưởng của BAP đến khả năng tái sinh chồi và cụm chồi .............124 Bảng 3.38. Ảnh hưởng của BAP và KIN đến khả năng nhân chồi .........................126 Bảng 3.39. Ảnh hưởng của BAP phối hợp α-NAA đến khả năng nhân chồi .........129 Bảng 3.40. Ảnh hưởng của BAP và nước dừa đến khả năng nhân chồi .................131 Bảng 3.41. Ảnh hưởng của IBA và α-NAA đến khả năng tạo rễ ...........................133 x
DANH MỤC HÌNH Hình 2.1. Gương sen chứa hạt (a) và tim sen tách ra từ hạt (b) dùng làm vật liệu cho khởi đầu thí nghiệm nhân giống in vitro.................................................35 Hình 2.2. Sơ đồ địa điểm thu mẫu các giống sen được lựa chọn ..............................39 Hình 3.1. Các giống sen ở Thừa Thiên Huế (theo đặc điểm hình thái hoa đặc trưng và xuất xứ) ..............................................................................................54 Hình 3.2. Diện tích trồng sen tại 66 điểm ở Thừa Thiên Huế năm 2017-2018 ........56 Hình 3.3. Diện tích trồng các giống sen địa phương và Sen Cao Sản ở Thừa Thiên Huế ..........................................................................................................57 Hình 3.4. Tỷ lệ (%) diện tích các loại địa hình trồng sen tại 66 địa điểm điều tra ở Thừa thiên Huế năm 2017-2018 .............................................................59 Hình 3.5. Loại hình trồng sen....................................................................................60 Hình 3.6. Các sản phẩm từ cây sen ...........................................................................61 Hình 3.7. Sơ đồ phân bố 66 mẫu giống sen ở Thừa Thiên Huế năm 2017-2018 .....62 Hình 3.8. Sơ đồ hình cây về mối quan hệ di truyền của 66 mẫu giống sen dựa vào kiểu hình với 17 tính trạng hình thái.......................................................64 Hình 3.9. Hình dạng lá của các giống sen ở Thừa Thiên Huế ..................................69 Hình 3.10. Gai trên cuống lá một số giống sen .........................................................70 Hình 3.11. Hình dạng và màu sắc nụ hoa của một số giống sen ..............................73 Hình 3.12. Một số hình ảnh về kiểu hoa, màu sắc hoa, hình dạng cánh hoa của các giống sen .................................................................................................74 Hình 3.13. Nhị hoa bình thường của một số giống sen.............................................76 Hình 3.14. Bề mặt gương sen, vị trí đính hạt và cách sắp xếp hạt trên gương sen ...79 Hình 3.15. Hình dạng hạt sen của một số giống sen .................................................80 Hình 3.16. Màu sắc bên trong vỏ hạt sen của một số giống sen ...............................80 Hình 3.17. Đặc điểm hình thái của giống Sen Cao Sản ............................................82 Hình 3.18. Đặc điểm hình thái giống Sen Hồng Phú Mộng .....................................83 Hình 3.19. Đặc đểm hình thái giống Sen Hồng Gia Long ........................................83 Hình 3.20. Đặc điểm hình thái giống Sen Đỏ Ợt ......................................................84 xi
Hình 3.21. Đặc điểm hình thái giống Sen Trắng Trẹt Lõm ......................................84 Hình 3.22. Đặc điểm hình thái giống Sen Trắng Trẹt Lồi ........................................85 Hình 3.23. Cấu tạo giải phẫu rễ của 6 giống sen nghiên cứu....................................86 Hình 3.24. Cấu tạo giải phẫu hệ mạch dẫn của rễ 6 giống sen nghiên cứu ..............87 Hình 3.25. Cấu tạo giải phẩu thân rễ của một số giống sen nghiên cứu ...................89 Hình 3.26. Cấu tạo giải phẫu phiến lá của 6 giống sen nghiên cứu ..........................91 Hình 3.27. Cấu tạo giải phẫu cuống lá của 6 giống sen nghiên cứu .........................92 Hình 3.28. Tinh thể calcium oxalate trong cuống lá Sen Hồng Phú Mộng (a), Sen Đỏ Ợt (b) và các tế bào gai ở Sen Hồng Phú Mộng (c) ..........................92 Hình 3.29. Đặc điểm giải phẫu bề mặt trên lá dù (a), lá trãi (b), hình ảnh khí khổng ở trạng thái mở (c) và bề mặt dưới lá sen (d) .........................................93 Hình 3.30. Sơ đồ chung về quá trình sinh trưởng của các giống sen trồng ở Thừa Thiên Huế ...............................................................................................96 Hình 3.31. Mẫu sau khi khử trùng được cấy lên môi trường MS để theo dõi tỷ lệ mẫu nhiễm, tỷ lệ mẫu chết và tỷ lệ mẫu sống sót .................................123 Hình 3.32. Mẫu giống Sen Trắng Trẹt Lõm nuôi cấy tái sinh chồi in vitro trên các môi trường MS cơ bản bổ sung BAP ở các nồng độ khác nhau ở 5 tuần sau cấy...................................................................................................124 Hình 3.33. Mẫu giống Sen Đỏ Ợt nuôi cấy tái sinh chồi in vitro trên các môi trường MS cơ bản bổ sung BAP ở các nồng độ khác nhau ở 5 tuần sau cấy ...125 Hình 3.34. Cụm chồi hình thành trên môi trường MS bổ sung 1,0 mg/L (a) và 0,5 mg/L BAP (b) sau 5 tuần nuôi cấy .......................................................128 Hình 3.35. Hình ảnh cụm chồi giống Sen Trắng Trẹt Lõm sinh trưởng trên môi trường MS bổ sung phối hợp BAP và α-NAA sau 5 tuần nuôi cấy .....130 Hình 3.36. Hình ảnh cụm chồi giống Sen Đỏ Ợt sinh trưởng trên môi trường MS bổ sung phối hợp BAP (0,5; 1,5 mg/L) và α-NAA (0,1 mg/L) sau 5 tuần nuôi cấy .................................................................................................130 Hình 3.37. Hình ảnh cụm chồi giống Sen Trắng Trẹt Lõm sinh trưởng trên môi trường 1,0 mg/L BAP bổ sung nước dừa ở các nồng độ khác nhau sau 5 tuần nuôi cấy: a. 5%; b. 10%; c. 15%; d. 20% .....................................132 xii
Hình 3.38. Hình ảnh cụm chồi giống Sen Đỏ Ợt sinh trưởng trên môi trường 0,5 mg/L BAP bổ sung nước dừa ở các nồng độ khác nhau sau 5 tuần nuôi cấy: ........................................................................................................132 Hình 3.39. Mẫu nuôi cấy tạo rễ giống Sen Trắng Trẹt Lõm trên môi trường MS có bổ sung 1,0 mg/L IBA và 0,5 mg/L α-NAA sau 5 tuần nuôi cấy.........133 Hình 3.40. Mẫu nuôi cấy tạo rễ giống Sen Đỏ Ợt trên môi trường MS có bổ 0,5 mg/L α-NAA .........................................................................................134 xiii
MỞ ĐẦU 1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Cây sen (Nelumbo nucifera Gaertn.) là loại cây thủy sinh được con người trồng và sử dụng từ rất lâu đời trên thế giới [57]. Ở nước ta sen được trồng phổ biến ở nhiều làng quê Việt Nam trong các ao, hồ, đồng ruộng, thậm chí có thể sinh trưởng, phát triển tốt ngay cả trong điều kiện đất trũng, nước ngập sâu mà các cây trồng khác không thể tồn tại được. Trong văn hóa Việt Nam, sen không chỉ là loài hoa đẹp mà còn là biểu tượng văn hóa trong tâm thức người Việt, là biểu tượng của nhân cách người Việt. Đây cũng là loài hoa hội tụ đủ trong mình những ý nghĩa nhân sinh cao quý, ý nghĩa triết học, ý nghĩa âm dương ngũ hành và sự vươn dậy mạnh mẽ như dân tộc Việt Nam. Chính vì thế, hoa sen đang được Bộ Văn hóa, thể thao và du lịch xem xét để công nhận là Quốc hoa Việt Nam [13]. Cây sen có nhiều giá trị quan trọng và được sử dụng vào nhiều lĩnh vực khác nhau trong cuộc sống của con người như làm cảnh, làm thực phẩm và làm thuốc [112]. Điều đặc biệt là hầu như tất cả các bộ phận của cây sen đều có giá trị sử dụng. Từ phiến lá, cuống lá, nụ, hoa, hạt đến ngó sen, củ sen đều có thể dùng để chế biến các món ăn, thức uống ngon và bổ dưỡng. Hạt sen và củ sen là những thực phẩm quý, giàu dinh dưỡng, chứa nhiều nguyên tố vi lượng, các vitamin, chất xơ… giúp tăng cường sức khỏe cho con người. Dịch chiết các bộ phận khác nhau của cây sen có giá trị quan trọng trong việc chống oxy hóa, chống ung thư, chống virus, chống béo phì, trầm cảm, tiêu chảy, tim mạch, tăng huyết áp và mất ngủ [57], [69]. Riêng hoa sen còn được sử dụng trong nhiều lễ hội ở các nước châu Á, là biểu tượng của sự tinh khiết, thiêng liêng và bất tử của nhiều nền văn hóa trong nhiều thế kỷ [89]. Năm 2011, theo thống kê sơ bộ toàn tỉnh Thừa Thiên Huế có diện tích trên 200 ha được đưa vào trồng sen. Đa số các giống sen đều cho vẻ đẹp quyến rũ và hương vị rất đặc biệt mà các giống sen ở nơi khác không có được, kể cả sen Hà Nội hay Đồng Tháp [120]. Có nhiều giống sen được trồng ở Thừa Thiên Huế như sen trắng và sen hồng. Trong đó, sen trắng là giống sen địa phương cổ - một loại sen có ý nghĩa sâu sắc gắn liền với hệ thống ao hồ các khu Di tích Huế [18]. Đặc biệt, Thừa Thiên Huế - một trong những trung tâm phật giáo lớn của Việt Nam với hàng trăm ngôi chùa cổ kính trầm mặc - giá trị cây sen không chỉ dừng lại ở ý 1
nghĩa vật chất mà còn nhiều ý nghĩa về mặt tinh thần. Bên cạnh đó, chúng còn tạo nên vẻ đẹp, hài hòa, mềm mại, vẻ duyên dáng đặc biệt cho các công trình kiến trúc truyền thống của Thừa Thiên Huế. Tuy nhiên, hiện nay các giống sen có các đặc tính quý đang suy giảm một cách nghiêm trọng và đứng trước nguy cơ mất dần theo thời gian. Hiện trạng trên do nhiều nguyên nhân như tác động của thời tiết khắc nghiệt, ô nhiễm môi trường nước cùng với phương thức tự để giống, lối canh tác theo kinh nghiệm dân gian, tự phát của người dân. Đồng thời, những năm gần đây, người trồng sen ở Thừa Thiên Huế chủ yếu trồng các giống Sen Cao Sản chuyên cho hạt có năng suất cao, các giống sen địa phương ít được chú ý khai thác. Trong thực tế, tại các hồ trồng sen các giống sen được trồng lẫn với nhau. Hiện tượng này dẫn đến tình trạng nhầm lẫn và đánh đồng giữa các giống sen. Ở Thừa Thiên Huế việc nghiên cứu về cây sen chưa nhiều, chủ yếu tập trung vào các lĩnh vực thực phẩm và dược liệu dùng làm thuốc, thực phẩm chức năng thông thường. Công tác thu thập, bảo tồn, đánh giá tập đoàn sen dựa vào sự phân bố, đặc điểm sinh học đặc trưng của giống và nhân giống cây sen bằng kỹ thuật nuôi cấy mô tế bào vẫn chưa được quan tâm đúng mức. Nghiên cứu tập đoàn sen ở Thừa Thiên Huế nhằm cung cấp đầy đủ các dữ liệu quản lý, dữ liệu mô tả, đánh giá đặc điểm thực vật học, đặc điểm sinh lý, hóa sinh, năng suất và chất lượng của các giống sen là việc làm tất yếu, cấp bách phục vụ công tác bảo tồn và khai thác tài nguyên hoa sen trong nền kinh tế hiện nay. Xuất phát từ những cơ sở trên, chúng tôi chọn đề tài “Nghiên cứu đặc điểm thực vật học, sinh lý, hóa sinh và nhân giống in vitro một số giống sen (Nelumbo nucifera Gaertn.) trồng ở Thừa Thiên Huế”. Nghiên cứu này nhằm cung cấp cơ sở dữ liệu về đặc điểm sinh học của các giống sen và nhân giống in vitro một số giống sen có giá trị, làm cơ sở cho việc khai thác, bảo tồn và phát triển cây sen ở Thừa Thiên Huế. 2. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI 2.1. Mục tiêu chung Xác định được đặc điểm thực vật học, sinh lý, hóa sinh và nhân giống in vitro một số giống sen chính trồng tại Thừa Thiên Huế để làm cơ sở cho việc bảo tồn nguồn gen cây sen và phát triển cây sen có hiệu quả tại Thừa Thiên Huế. 2
2.2. Mục tiêu cụ thể - Đánh giá được thực trạng sản xuất cây sen và xây dựng sơ đồ phân bố của các mẫu giống sen trồng ở Thừa Thiên Huế. - Đánh giá được đa dạng di truyền dựa vào kiểu hình của các mẫu giống sen trồng ở Thừa Thiên Huế nhằm cung cấp cơ sở khoa học cho việc xác định các giống sen hiện có. - Đánh giá được đặc điểm thực vật học (bao gồm cả hình thái bên trong và bên ngoài) của các giống sen phục vụ cho công tác nhận diện và phân biệt các giống sen. - Cung cấp được các cơ sở dữ liệu về đặc điểm sinh lý (đặc điểm sinh trưởng, phát triển, năng suất) và hóa sinh của một số giống sen chính ở Thừa Thiên Huế. - Nghiên cứu nhân giống in vitro một số giống sen địa phương - Làm cơ sở cho việc bảo tồn cây sen ở Thừa Thiên Huế. 3. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 3.1. Ý n ĩa khoa học Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ cung cấp dẫn liệu khoa học mới có tính hệ thống và có giá trị về mức độ đa dạng di truyền hình thái, đặc điểm thực vật học, sinh lý, hóa sinh của các giống sen trồng chính tại Thừa Thiên Huế. Luận án là tài liệu tham khảo hữu ích cho công tác nghiên cứu, đào tạo, bảo tồn và phát triển nguồn gen cây sen ở Thừa Thiên Huế nói riêng và ở Việt Nam nói chung. 3.2. Ý n ĩa t ực tiễn Kết quả nghiên cứu của đề tài đã đem ra những gợi ý cho các nhà chọn tạo giống cây sen cần dựa vào như là một công cụ để phân biệt, nhận diện và đánh giá các giống sen bao gồm đặc điểm hình thái và đặc điểm sinh lý, đặc điểm hóa sinh. Đề tài đã giới thiệu cho sản xuất 6 giống sen với 5 giống sen địa phương và 1 giống sen nhập. Trong đó có 2 giống sen địa phương triển vọng cần bảo tồn, khai thác và phát triển là giống Sen Trắng Trẹt Lõm và giống Sen Đỏ Ợt. Đề tài đã giới thiệu các kết quả nghiên cứu bước đầu trong nhân giống in vitro cây sen - Đây là một hướng nghiên cứu có tiềm năng ứng dụng trong nhân giống thực vật, nhằm góp phần vào công tác bảo tồn các giống sen quý ở Thừa Thiên Huế. 4. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI 4.1. Đối tƣợng nghiên cứu Các giống sen (Nelumbo nucifera Gaertn. (N. nucifera Gaertn.)) hiện đang được trồng ở tỉnh Thừa Thiên Huế. 3
4.2. Phạm vi nghiên cứu Điều tra tình hình sản xuất và tiêu thụ cây sen, xây dựng sơ đồ phân bố và đánh giá đa dạng di truyền dựa vào kiểu hình của các mẫu giống sen trồng ở Thừa Thiên Huế. Các nội dung nghiên cứu này được tiến hành tại Thành phố Huế và một số huyện của Thừa Thiên Huế: Phong Điền, Hương Trà, Phú Lộc, Phú Vang, Hương Thủy. Nghiên cứu đặc điểm thực vật học, sinh lý, hóa sinh và xác định các giống sen địa phương triển vọng. Từ đó, nghiên cứu nhân giống in vitro một số giống sen được chọn lọc nhằm cung cấp cơ sở cho việc bảo tồn nguồn gen cây sen ở Thừa Thiên Huế. Các nghiên cứu này được thực hiện tại đồng ruộng và các phòng thí nghiệm Khoa Sinh học, Trường Đại học Khoa học, Đại học Huế và Viện Công nghệ sinh học, Đại học Huế. Thời gian thực hiện luận án từ tháng 05/2017 đến tháng 05/2020. 5. NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA ĐỀ TÀI Đề tài đã xác định được tập đoàn 66 mẫu giống sen thuộc 6 giống sen chính hiện đang được trồng ở Thừa Thiên Huế (gồm 1 giống sen nhập và 5 giống sen địa phương) với đầy đủ dữ liệu về phân bố, dữ liệu mô tả là nguồn vật liệu di truyền quý phục vụ công tác bảo tồn và khai thác sử dụng nguồn gen cây sen ở Thừa Thiên Huế. Đề tài đã đánh giá được đa dạng di truyền dựa vào một số kiểu hình của 66 mẫu giống sen. Từ đó, cung cấp cơ sở khoa học đáng tin cậy cho việc xác định các giống sen trồng chính ở Thừa Thiên Huế. Đề tài đã đánh giá được đầy đủ các đặc điểm thực vật học, sinh lý và hóa sinh của 6 giống sen chính tại Thừa Thiên Huế như đặc điểm hình thái, đặc điểm giải phẫu; đặc điểm sinh trưởng và phát triển; năng suất và chất lượng hạt. Những kết quả nghiên cứu này đã bổ sung các dẫn liệu khoa học mới, có giá trị phục vụ cho công tác bảo tồn và khai thác hợp lý nguồn gen cây sen ở Thừa Thiên Huế. Đề tài đã giới thiệu được 2 giống sen địa phương với nhiều đặc tính quý về màu sắc hoa, năng suất, chất lượng hạt, có tiềm năng trong sản xuất và lợi thế thị trường là giống Sen Trắng Trẹt Lõm và giống sen Đỏ Ợt để bảo tồn, khai thác và phát triển. Đề tài đã bước đầu nghiên cứu thành công việc nhân giống in vitro hai giống sen quý là Sen Trắng Trẹt Lõm và Sen Đỏ Ợt từ tim sen. Kết quả này góp phần bảo tồn và phục tráng các giống sen quý đang bị thoái hóa tại Thừa Thiên Huế. 4
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. TỔNG QUAN CHUNG VỀ CÂY SEN 1.1.1. Nguồn gốc cây sen Cây sen (N. nucifera Gaertn.) là loại cây thủy sinh đa niên có nguồn gốc từ các nước châu Á nhiệt đới, xuất phát từ Ấn Độ, sau đó được đưa đến Trung Quốc, Nhật Bản, vùng Bắc châu Úc và nhiều nước khác [24], [100], [106]. Ngày nay, cây sen được trồng phổ biến tại Ấn Độ, Nhật Bản, Trung Quốc… [72], [94]. Đồng thời, các sản phẩm từ cây sen cũng được tiêu thụ mạnh khắp châu Á [22]. Cây sen là một trong những loại cây xuất hiện sớm nhất [33], được trồng cách đây 2000 năm bởi người Ai Cập cổ đại qua việc trồng hoa sen trắng (lily nước) trong ao và đầm lầy [37], [94]. Đầu tiên, hoa sen được biết đến bởi hóa thạch đã tồn tại trong khoảng 65,5 triệu năm đến 145,5 triệu năm tại thời điểm Trái Đất lạnh và khô dần. Về sau, cây sen được tìm thấy ngày càng nhiều từ Iran ở phía Tây sang Nhật Bản ở phía Đông và ở Kashmir, Ấn Độ, Queensland, Úc về phía Bắc và phía Nam [54]. Năm 1972, các nhà khảo cổ của Trung Quốc đã tìm thấy hóa thạch của hạt sen 5.000 tuổi ở tỉnh Vân Nam. Năm 1973, hạt sen 7.000 tuổi khác được tìm thấy ở tỉnh Chekiang. Một lượng lớn hạt sen được tìm thấy ở tỉnh Shan-tung, Liaoning và ngoại thành phía Tây Bắc Kinh trong suốt giai đoạn 1923-1951 có niên đại trên 1.000 năm. Shen Miller và cs (1995) phát hiện hạt sen N. nucifera Gaertn. với 1228 tuổi trong các hồ cổ đại của tỉnh Putatien, Liaoning vẫn còn khả năng nẩy mầm, một kỷ lục về sức sống bền lâu nhất được ghi nhận từ trước tới nay [54]. Hạt sen tìm thấy ở Đông Bắc Trung Quốc nằm trong vùng nhiệt độ thấp được phủ một lớp bùn, hạt vẫn duy trì được sức sống sau hơn 600 năm [107]. Các nhà khảo cổ Nhật Bản cũng tìm thấy những hạt sen đã bị đốt cháy trong hồ cổ sâu 6 m tại Chiba có niên đại 1.200 năm. Điều này khiến người ta tin rằng một số giống sen có nguồn gốc từ Nhật Bản nhưng các giống sen lấy củ thì xuất phát từ Trung Quốc. Nhiều giống sen của Trung Quốc khi du nhập sang Nhật Bản một thời gian thì mang tên Nhật như Taihakubasu, Benitenjo, Kunshikobasu, Sakurabasu và Tenjinkubasu [72]. Ngày nay, các quẩn thể sen dạng hoang dại vẫn được tìm thấy dễ dàng tại các nước châu Á và châu Mỹ [22]. 5