Đảm bảo an ninh lương thực cùng công nghệ sinh học thực vật

Phần 2: Hành trình phát triển và ứng dụng kỹ thuật nuôi cấy mô trong nông nghiệp hiện đại

Trong bối cảnh nhu cầu lương thực – thực phẩm tăng mạnh và biến đổi khí hậu ngày càng diễn biến khó lường, công nghệ sinh học thực vật, đặc biệt là kỹ thuật nuôi cấy mô, đang trở thành công cụ chiến lược giúp nhiều quốc gia bảo đảm an ninh lương thực. Từ những thí nghiệm ban đầu ở thế kỷ XX, kỹ thuật này đã trải qua một hành trình dài để trở thành giải pháp cốt lõi trong nhân giống sạch bệnh, phục tráng giống quý hiếm và sản xuất hàng loạt giống cây nông nghiệp chất lượng cao.

Trước khi đi sâu vào từng kỹ thuật, có thể xem thêm các giải pháp giống cây trồng công nghệ cao được giới thiệu tại:https://vigen.vn/

Nuôi cấy tế bào – nền tảng của công nghệ sinh học thực vật hiện đại

Nuôi cấy tế bào được xem như bước tiến quan trọng mở ra cánh cửa cho hàng loạt thành tựu sau này. Từ những năm 1950, các nhà khoa học đã biết cách tách tế bào bằng enzyme hoặc nghiền mô để nghiên cứu. Qua đó, họ hiểu rõ hơn cấu trúc tế bào, khả năng phân hóa và những thay đổi của tế bào dưới tác động môi trường.

Đến năm 1960, Cocking tạo bước đột phá khi tách thành công tế bào trần nhờ enzyme phân giải thành tế bào. Chỉ hơn một thập kỷ sau, việc tái sinh cây hoàn chỉnh từ tế bào trần đã được thực hiện ở thuốc lá, mở đường cho các nghiên cứu lai tế bào soma giữa các loài. Đây chính là cơ sở hình thành nhiều giống cây lai có năng suất và sức chống chịu vượt trội.

Một thành tựu đặc biệt quan trọng là sự ra đời của thuật ngữ “biến dị soma” vào năm 1981. Nhờ quan sát những biến đổi di truyền xuất hiện khi cấy mô, các nhà khoa học có thể tạo ra những dòng đột biến ổn định, có hàm lượng hoạt chất cao, chịu hạn, chịu mặn, kháng bệnh…

Tại Việt Nam, công nghệ nuôi cấy tế bào cũng được áp dụng mạnh mẽ để sản xuất sinh khối ở cây dược liệu như thông đỏ, đinh lăng, xạ đen… Một số nghiên cứu, như đề tài nuôi cấy huyền phù tế bào xạ đen, đã mang lại sinh khối lớn và giúp tổng hợp các hợp chất sinh học quan trọng phục vụ ngành dược phẩm và thực phẩm chức năng.

Nuôi cấy phôi – bí quyết tạo ra những giống cây khó nhân bằng phương pháp truyền thống

Từ ghi nhận đầu tiên vào thế kỷ 18 đến các nghiên cứu hiện đại, nuôi cấy phôi đã chứng minh vai trò không thể thay thế trong việc cứu phôi, tái sinh cây bị lai xa hoặc khó nảy mầm tự nhiên.

Một cột mốc quan trọng là nghiên cứu của Knudson (1922) khi nuôi cấy thành công phôi lan trong môi trường chứa đường, mở đầu cho ngành công nghiệp lan toàn cầu. Sau đó, hàng loạt nghiên cứu tiếp tục chỉ ra vai trò của nước dừa, casein thủy phân, chất điều hòa sinh trưởng… trong phát triển phôi.

Tại Việt Nam, kỹ thuật này đã và đang được ứng dụng để sản xuất hàng loạt những giống cây có giá trị kinh tế cao như chè, hoa lan, đặc biệt là dừa sáp – loại cây thương phẩm hiếm, khó nhân giống bằng phương pháp tự nhiên do phôi phát triển bất thường.

Tham khảo thêm về dừa sáp nuôi cấy mô – một ứng dụng điển hình của công nghệ cứu phôi tại:https://vigen.vn/phong-thuy-va-chau-cay-kieng-la/

Nghiên cứu của Công ty Khoa học Công nghệ Nông nghiệp Anh Đào năm 2020–2023 đã xây dựng thành công quy trình nuôi cây con dừa sáp quy mô công nghiệp, đồng thời đánh giá khả năng sinh trưởng của cây trên đất mặn, phèn – mở ra cơ hội mở rộng vùng trồng tại nhiều tỉnh miền Tây.

Nuôi cấy đỉnh sinh trưởng và mô phân sinh – chìa khóa tạo cây sạch bệnh

Đỉnh sinh trưởng là vùng gần như không chứa virus, vì vậy nuôi cấy đỉnh sinh trưởng là phương pháp hiệu quả để loại bỏ virus ở các giống cây nông nghiệp. Từ năm 1946, các nghiên cứu đã chứng minh rằng mọi bộ phận của cây đều có khả năng tái sinh nếu được nuôi cấy đúng cách.

Đến năm 1960, Morel đã sử dụng phương pháp này để nhân nhanh các giống lan Cymbidium sạch bệnh, mở đầu cho ngành vi nhân giống lan hiện đại.

Tại Việt Nam, kỹ thuật này được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất giống:

• atiso

• chanh dây

• hồ tiêu

• cây thân gỗ

• cây dược liệu quý hiếm

Một ví dụ đáng chú ý là nghiên cứu nhân giống cây nần nghệ – loài cây dược liệu nằm trong Sách Đỏ – bằng nuôi cấy đỉnh sinh trưởng. Nhờ kỹ thuật này, nguồn gen quý được bảo tồn và nhân nhanh với chi phí thấp.

Gần đây, nhiều dự án nghiên cứu về hồ tiêu sạch bệnh virus cũng áp dụng kết hợp nuôi cấy đỉnh sinh trưởng và xử lý nhiệt để tạo ra giống hồ tiêu khỏe mạnh, giảm nguy cơ lây lan mầm bệnh trong các vùng trồng trọng điểm.

Từ phòng thí nghiệm đến sản xuất – vai trò chiến lược của nuôi cấy mô

Công nghệ nuôi cấy mô không chỉ tạo ra cây giống sạch bệnh mà còn:

• rút ngắn thời gian nhân giống, giúp phát triển nhanh vùng chuyên canh

• đảm bảo tính đồng nhất, phù hợp tiêu chuẩn xuất khẩu

• tăng năng suất – giảm chi phí – nâng cao khả năng cạnh tranh

• bảo tồn nguồn gen quý, tránh tuyệt chủng trong tự nhiên

Trong bối cảnh sản xuất nông nghiệp đang cần những giải pháp bền vững, nuôi cấy mô chính là một trong những công nghệ đóng vai trò trọng tâm, góp phần xây dựng nền nông nghiệp hiện đại, an toàn và thân thiện môi trường.