Tải bản đầy đủ

THỬ NGHIỆM SỬ DỤNG NGUỒN SÁNG LÀ ĐÈN LED ĐỎ VÀ XANH VỚI CÁC TỈ LỆ KHÁC NHAU CHIẾU SÁNG CHO CÂY Paulownia fortunei NHÂN GIỐNG IN VITRO TRONG HỆ THỐNG BIOREACTOR

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

THỬ NGHIỆM SỬ DỤNG NGUỒN SÁNG LÀ ĐÈN LED
ĐỎ VÀ XANH VỚI CÁC TỈ LỆ KHÁC NHAU CHIẾU SÁNG
CHO CÂY Paulownia fortunei NHÂN GIỐNG IN VITRO
TRONG HỆ THỐNG BIOREACTOR

Ngành học:

CÔNG NGHỆ SINH HỌC

Sinh viên thực hiện:

BÙI VĂN ĐẨU

Niên khóa:


2011 - 2013

Tháng 12/2013


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

THỬ NGHIỆM SỬ DỤNG NGUỒN SÁNG LÀ ĐÈN LED
ĐỎ VÀ XANH VỚI TỶ LỆ KHÁC NHAU CHIẾU SÁNG
CHO CÂY Paulownia fortunei NHÂN GIỐNG IN VITRO
TRONG HỆ THỐNG BIOREACTOR

Hƣớng dẫn khoa học

Sinh viên thực hiện

ThS. MAI TRƢỜNG

BÙI VĂN ĐẨU

KS. NGUYỄN ĐỨC MINH HÙNG

Tháng 12 năm 2013


LỜI CẢM ƠN
Với lòng kính trọng biết ơn sâu sắc nhất, tôi xin chân thành bày tỏ lòng biết
ơn đến:
Toàn thể quí thầy cô trong Bộ môn Công Nghệ Sinh Học cùng quí thầy cô
trƣờng Đại Học Nông Lâm – những ngƣời đã hƣớng dẫn, hỗ trợ tôi trong suốt thời
gian ngồi trên giảng đƣờng đại học. Đặc biệt là thầy Lê Đình Đôn, cô Tôn Trang
Ánh, cô Tôn Bảo Linh đã luôn theo sát hƣớng dẫn, chỉ bảo, đồng thời đã tận tình
giúp đỡ tôi trong suốt thời gian tôi thực hiện luận văn cũng nhƣ trong suốt quá trình
tôi học tập tại trƣờng.
Viện Sinh học Nhiệt Đới thành phố Hồ Chí Minh, các cơ quan chức năng,
các trung tâm, các phòng ban, cùng các cơ sở sản xuất liên quan, đã nhiệt tình hỗ trợ
và giúp đỡ để tôi hoàn thành tốt các nội dung đã đề ra trong khóa luận.
ThS. Mai Trƣờng đã tận tình giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho tôi có thể
hoàn thành đề tài tốt nghiệp này.
Thầy Nguyễn Đức Minh Hùng – ngƣời Thầy đã hết lòng giúp đỡ, tận tình
truyền đạt những kiến thức chuyên môn, đóng góp nhiều ý kiến quý giá, cung cấp
nhiều tài liệu và sách quan trọng, chỉ dạy, hƣớng dẫn trong quá trình thực hiện và
thu thập số liệu để hoàn thành tốt đề tài tốt nghiệp này.
Cô Lƣơng Thanh Hồng đã nhiệt tình truyền dạy nhiều kinh nghiệm làm việc
quý báu và luôn tạo một không khí thoải mái, thân thiết trong thời gian tôi thực hiện
khóa luận.
Toàn thể lớp LT11SH đã luôn gắn bó và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học
tập tại trƣờng cũng nhƣ lúc thực hiện khóa luận. Cùng với những ngƣời chị, những
ngƣời bạn đã luôn quan tâm, động viên, giúp đỡ tôi rất nhiều.
Sau cùng tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất đến ba, mẹ, những ngƣời
thân trong gia đình đã luôn tin tƣởng, động viên, tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi
đƣợc học tập và trƣởng thành nhƣ ngày hôm nay.
Sinh viên thực hiện
BÙI VĂN ĐẨU

iii


TÓM TẮT
Đèn LED là một nguồn năng lƣợng điện hứa hẹn cho các phòng nuôi cấy và
nâng cao khả năng tăng trƣởng của thực vật nuôi cấy mô. Sử dụng hệ thống phát sáng
bằng đèn LED là một nguồn sáng cho cây trồng là một ý tƣởng đƣợc cân nhắc và đƣợc
chú ý đặc biệt trong những năm gần đây. Đề tài nghiên cứu ảnh hƣởng của các tỷ lệ
đèn LED xanh và đỏ lên sự tăng trƣởng của cây Paulownia fortunei nuôi cấy in vitro
trong hệ thống Bioreactor ngập chìm cách quãng nhằm mục đích khảo sát tỷ lệ của đèn
LED xanh và đỏ đến sự phát triển của cây Paulownia, đồng thời thử nghiệm nuôi cấy
trên môi trƣờng có và không đƣờng dƣới ánh sáng đèn LED.
Các thí nghiê ̣m trong đƣơ c̣ bố trí trong giai đoa ̣n phát sinh chồ i, phát triển tạo rễ
cho cây Paulownia sử dụng môi trƣờng MS. Các đoạn thân cây cấy mô có chứa 2 mắt
mầm đối xứng đƣơ ̣c nuôi cấ y trong

hệ thống Bioreactor bố trí ngẫu nhiên với

4

nghiê ̣m thƣ́c đèn LED theo tỷ lê ̣ xanh và đỏ là : 10% LED xanh + 90% LED đỏ; 15%
LED xanh + 85% LED đỏ; 20% LED xanh + 80% LED đỏ; 30% LED xanh + 70%
LED đỏ, đă ̣t trong dàn sáng đã đƣơ ̣c cách ly với ánh sáng bên ngoài

. Cƣờng đô ̣ ánh

sáng là 50 µmol/s. m2. Đối chƣ́ng là cây đƣơ ̣c nuôi cấ y dƣới ánh sáng huỳnh quang

.

Đối với môi trƣờng không đƣờng thì bổ sung khí CO2. Sau 5 tuần tiến hành đo đạt các
chỉ tiêu và chlorophyll tổng số.
Các thí nghiệm so sánh đã cho thấy sự kết hợp 15% đèn LED xanh và 85% đèn
LED đỏ là tốt nhất. Trong khi kết quả nuôi cây trên môi trƣờng có bổ sung khí CO2 thì
cho thấy sự kết hợp 20% LED xanh và 80% LED đỏ cây phát triển tốt, các khác biệt
không có ý nghĩa. Tuy nhiên kết quả này cũng cho thấy bioreactor ngập chìm cách
quãng có thể đƣợc sử dụng để nuôi cây trên môi trƣờng MS không đƣờng với sự bổ
sung CO2 thích hợp. Việc sử dụng đèn LED với các tỉ lệ màu chiếu sáng thích hợp có
thể ứng dụng đƣợc cho vi nhân giống cây Paulownia. Cây con Paulownia nuôi cấy
dƣới ánh đèn LED đã cho thấy hiệu quả của hệ thống LED đỏ và xanh đối với quang
hợp. Nghiên cứu cũng đã chỉ ra ảnh hƣởng của ánh đèn LED lên sự tăng trƣởng của
cây con trong điều kiện in vitro.
Từ khóa: đi ốt phát quang, hệ thống nuôi cấy ngập chìm cách quãng, cây hông,
nuôi cấy mô thực vật.
iv


SUMMARY
LED is a promising source of electrical power for culture room and enhance the
growth of plant tissue culture. Use LED light as a light source for plants is an idea to
be considered and special attention in recent years. The study of the influence of the
ratio of blue and red LEDs on the growth of Paulownia fortunei plantlets in vitro using
Temporary Immersion System, aims survey ratio of blue and red LEDs to the
Paulownia development, test and culture on the environment has sugar and without
sugar under the light LEDs.
The experiments were arranged in the period incurred play, rooting for the
development of Paulownia plantlets on MS basal media. Plantlets were cultured in
Bioreactor system randomly assigned with 4 treatments LED with the ratio of blue and
red proportionate is: 10% blue LEDs + 90% red LEDs, 15% blue LEDs + 85% red
LEDs, 20% blue LEDs + 80% red LEDs, 30% blue LEDs + 70% red LEDs, has been
set in the chambers to be isolated from external light. Light intensity was 50
μmol/s.m2. The control plants were grown under normal fluorescent lighting. For MS
without sugar, added with CO2. After 5 weeks conducting measure achieve targets and
chlorophyll content of leaf.
Experiments comparing showed the combination 15 % blue LEDs and 85 % red
LEDs was the most effective. The culture of plantlets on MS basal media added with
CO2, showed the combination 20 % blue LEDs and 80 % red LEDs was effective on
the growth of plantlets, the difference was not significant. However, the results also
showed Temporary Immersion System can be used culture plantlets on MS basal
media without sugar with the appropriate additional CO2. The use of LED lights with
appropriate color ratio can be applied to the propagation of Paulownia trees.
Paulownia plantlets grown under LED lights showed the effectiveness of red and blue
LED systems for photosynthesis. The study also showed the influence of LED lights
on the growth of plantlets in vitro.
Key words: light emitting diode, bioreactor Plantima, Paulownia fortunei, plant
tissue culture.

v


MỤC LỤC
Trang

Lời cảm ơn.............................................................................................................. iii
Tóm tắt ................................................................................................................... iv
Summary ................................................................................................................. v
Mục lục ................................................................................................................... vi
Danh mục các chữ viết tắt ...................................................................................... ix
Danh mục các bảng ................................................................................................. x
Danh mục các hình ................................................................................................. xi
Chƣơng 1 MỞ ĐẦU
1.1. Đặt vấn đề ................................................................................................................... 1
1.2. Yêu cầu của đề tài ....................................................................................................... 2
1.3. Nội dung thực hiện ..................................................................................................... 2
Chƣơng 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1. Tổng quan về cây paulownia ...................................................................................... 3
2.1.1. Nguồn gốc và phân bố ............................................................................................. 3
2.1.2. Phân loại thực vật .................................................................................................... 3
2.1.3. Đặc điểm thực vật .................................................................................................... 4
2.1.4. Đặc điểm sinh trƣởng và phát triển ......................................................................... 6
2.1.5. Giá trị của cây hông ................................................................................................. 7
2.1.6. Tình hình nghiên cứu và phát triển.......................................................................... 8
2.1.6.1. Tình hình nghiên cứu và phát triển trên thế giới .................................................. 8
2.1.6.2. Tình hình nghiên cứu và phát triển tại Việt Nam ................................................. 8
2.2. Tầm quan trọng của ánh sáng lên sự sinh trƣởng và phát triển của thực vật nuôi
cấy in vitro ......................................................................................................................... 9
2.2.1. Vai trò của ánh sáng trong quang hợp ở thực vật .................................................... 9
2.2.2. Sắ c tố quang hơ ̣p ................................................................................................... 10
2.2.3. Ảnh hƣởng của ánh sáng đến quang hợp............................................................... 12
2.2.3.1. Ảnh hƣởng của cƣờng độ ánh sáng lên sự quang hợp ở thực vật ...................... 12
2.2.3.2. Ảnh hƣởng của chất lƣợng ánh sáng lên sự quang hợp ở thực vật .................... 13
2.2.4. Tầm quan trọng của nhân tố ánh sáng trong vi nhân giống .................................. 13
vi


2.2.5. Các nguồn sáng nhân tạo đƣợc sử dụng trong nhân giống in vitro ....................... 14
2.3. Tổng quan về đèn led ............................................................................................... 14
2.3.1. Nguồn gốc và lịch sử phát triển ............................................................................. 14
2.3.2. Cấu tạo đèn LED ................................................................................................... 15
2.3.3. Ứng dụng của đèn LED ......................................................................................... 16
2.3.4. Tình hình nghiên cứu............................................................................................. 17
2.3.4.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới ..................................................................... 17
2.3.4.2. Tình hình nghiên cứu trong nƣớc ....................................................................... 17
2.3.5. Cơ sở của viê ̣c sƣ̉ du ̣ng đèn LED trong nuôi cấ y mô tế bào thƣ̣c vâ ̣t ................... 17
2.4. Giới thiệu về hệ thống bioreactor ............................................................................. 18
2.4.1. Giới thiệu chung .................................................................................................... 18
2.4.2. Nguyên tắc vận hành và cấu trúc cơ bản ............................................................... 20
2.4.3. Hệ thống Plantima® .............................................................................................. 20
2.4.4. Ƣu và khuyết điểm của hệ thống bioreactor .......................................................... 22
2.4.4.1. Ƣu điểm .............................................................................................................. 22
2.4.4.2. Khuyết điểm ....................................................................................................... 22
2.4.4. Một số thành tựu trong hệ thống bioreactor .......................................................... 23
2.4.5. Thuận lợi và khó khăn của việc nuôi cấy trong bioreactor ................................... 24
2.4.5.1. Thuận lợi ............................................................................................................. 24
2.4.5.2. Khó khăn............................................................................................................. 24
Chƣơng 3 VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
3.1. Vật liệu nghiên cứu................................................................................................... 25
3.1.1.Thời gian và địa điểm nghiên cứu .......................................................................... 25
3.1.2. Đối tƣợng nghiên cứu ............................................................................................ 25
3.1.3. Môi trƣờng thí nghiệm .......................................................................................... 26
3.1.4. Thiết bị và dụng cụ ................................................................................................ 26
3.2. Phƣơng pháp nghiên cứu .......................................................................................... 27
3.2.1 Cách bố trí thí nghiệm ............................................................................................ 27
3.2.1.1. Thí nghiệm 1: Nghiên cứu thời gian ngập cách quãng nuôi cấy cây hông trên
môi trƣờng ra rễ bằng Bioreactor Plantima ..................................................................... 27
3.2.1.2. Thí nghiệm 2: Khảo sát khả năng chồi cây hông dùng nguồn sáng đèn LED
trên Bioreactor ngập cách quãng ..................................................................................... 27
vii


3.2.1.3. Thí nghiệm 3: Nuôi cây hông hoàn chỉnh dùng nguồn sáng đèn LED trên
Bioreactor ........................................................................................................................ 28
3.2.1.4. Thí nghiệm 4: So sánh nuôi cây hông hoàn chỉnh dƣới đèn LED bằng
Bioreactor trên môi trƣờng MS không đƣờng ................................................................. 28
3.2.1.5. Thí nghiệm 5: Nuôi cây hông hoàn chỉnh dƣới đèn LED bằng Bioreactor trên
môi trƣờng không đƣờng có bổ sung khí CO2................................................................. 28
3.2.2. Xử lý số liệu .......................................................................................................... 29
3.2.3. Đo hàm lƣợng chlorophyll tổng số ........................................................................ 29
Chƣơng 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
4.1. Kết quả ...................................................................................................................... 31
4.1.1. Thí nghiệm 1: Nghiên cứu thời gian ngập cách quãng nuôi cấy cây hông trên
môi trƣờng ra rễ bằng Bioreactor Plantima ..................................................................... 31
4.1.2. Thí nghiệm 2: Khảo sát khả năng chồi cây hông dùng nguồn sáng đèn LED trên
Bioreactor ngập cách quãng ............................................................................................ 31
4.1.3. Thí nghiệm 3: Nuôi cây hông hoàn chỉnh dùng nguồn sáng đèn LED trên
Bioreactor ........................................................................................................................ 32
4.1.4. Thí nghiệm 4: So sánh nuôi cây hông hoàn chỉnh dƣới đèn LED bằng Bioreactor
trên môi trƣờng MS không đƣờng ................................................................................... 34
4.1.5. Thí nghiệm 5: Nuôi cây hông hoàn chỉnh dƣới đèn LED bằng Bioreactor trên
môi trƣờng không đƣờng có bổ sung khí CO2................................................................. 34
4.2. Thảo luận .................................................................................................................. 36
Chƣơng 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ
5.1. Kết luận..................................................................................................................... 38
5.2. Đề nghị ..................................................................................................................... 38
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC

viii


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
MS

Murashige và Skoog (1962)

TIS

Temporary Imersion System

LED

Light Emitting Diode

NAA

α-naphthaleneacetic acid

IAA

Indole-3-acetic acid

IBA

Indole-3-butyric acid

BA

6-benzyladenin

BAB

6-benzylaminopurine

EDTA

Ethylene Diamin Tetra Acetat

PLB

Protocom Like Body

ix


DANH MỤC CÁC BẢNG
Trang
Bảng 4.1 Kết quả thí nghiệm so sánh thời gian ngập cách quãng ................................... 31
Bảng 4.2 Kế t quả thí nghiê ̣m phát sinh chồ i ................................................................... 32
Bảng 4.3 Kế t quả thí nghiê ̣m so sánh nuôi cây Paulownia ............................................. 33
Bảng 4.4 Kế t quả phân tích Chlorophyll tổng số ............................................................ 34
Bảng 4.5 Kế t quả thí nghiê ̣m nuôi cây Paulownia trên môi trƣờng không đƣờng có
bổ sung khí CO2 ở các điều kiện chiếu sáng khác nhau .................................................. 35
Bảng 4.6 Kế t quả phân tích Chlorophyll tổng số lá cây Paulownia nuôi cấy dƣới đèn
LED trên môi trƣờng MS không đƣờng có bổ sung CO2 ................................................ 36

x


DANH MỤC CÁC HÌNH
Trang
Hình 2.1 Cây hông 4 tháng tuổi trồng tại Đồng Bằng sông Cửu Long ........................... 4
Hình 2.2 Hình thái hoa hông ........................................................................................... 5
Hình 2.3 Quang phổ hấ p thu ̣ của các chấ t diê ̣p lu ̣c a và b ............................................. 11
Hình 2.4 Một số loại đèn LED ...................................................................................... 15
Hình 2.5 Cấu tạo của một bóng đèn LED ..................................................................... 16
Hình 2.6 Các bộ phân của hệ thống Plantima® ............................................................. 21
Hình 2.7 Hệ thống Plantima với hệ thống điều khiển chu kỳ ngập............................... 21
Hình 3.1 Bản mạch dùng trong thí nghiệm ................................................................... 25
Hình 3.2 Máy đo độ hấp thụ chlorophyll và tủ cấy ....................................................... 26
Hình 3.3 Hệ thống bioreactor Plantima dùng trong thí nghiêm .................................... 27
Hình 3.4 Các nghiệm thức thí nghiệm đèn LED oval trên bình Bioreactor .................. 29
Hình 4.1 Thí nghiệm so sánh thời gian ngập cách quãng cây Paulownia ..................... 31
Hình 4.2 Thí nghiệm phát sinh chồi Paulownia trên Bioreactor ................................... 32
Hình 4.3 Thí nghiệm nuôi cây Paulownia hoàn chỉnh trên Bioreactor ......................... 33
Hình 4.4 Thí nghiệm nuôi Paulownia trên Bioreactor .................................................. 34
Hình 4.5 Thí nghiê ̣m so sánh nuôi cây Paulownia trên môi trƣờng không đƣờng có
bổ sung khí CO2 ............................................................................................................. 35

xi


Chƣơng 1 MỞ ĐẦU
1.1 Đặt vấn đề
Nhân giống in vitro thực vật hiện là ngành công nghiệp đem lại nguồn lợi
nhuận to lớn đƣợc thực hiện trong hàng ngàn vƣờn ƣơm cây và các phòng thí nghiệm
Công nghệ Sinh học lớn nhỏ trên khắp thế giới. Ở các phòng nuôi cấy mô thƣơng mại
này, nguồn ánh sáng bức xạ đƣợc dùng thông dụng nhất cho vi nhân giống trong các
phòng nuôi cấy với điều kiện môi trƣờng đƣợc kiểm soát là đèn huỳnh quang. Mặc dù
một số đèn huỳnh quang thích hợp cho sự tăng trƣởng thực vật nhƣng tất cả các đèn
huỳnh quang này đều tỏa nhiệt do vậy cần phải có các hệ thống làm mát đƣợc sử dụng
để làm ổn định nhiệt trong phòng nuôi. Điều này làm tiêu tốn thêm chi phí cho lƣợng
điện để làm giảm nhiệt độ này. Ƣớc tính chi phí điện năng khoảng 65% dùng cho thắp
sáng trong phòng nuôi cấy và 25% để làm mát phòng nuôi. Do đó, sự phát triển các
nguồn sáng nhân tạo khác hiệu quả hơn đƣợc sử dụng trong các phòng nuôi cấy mô sẽ
đem lại nguồn lợi đáng kể, giảm chi phí sản xuất nhân giống in vitro.
Hiện nay trên thế giới đèn LED (Light Emitting Diode hay điốt phát quang) đã
có rất nhiều ứng dụng thực tiễn. Việc áp dụng đèn LED trong nông nghiệp đã rút ngắn
đƣợc thời gian cần thiết để đƣa một giống mới có khả năng cho năng suất cao, ổn định
phẩm chất vào trồng ở quy mô lớn. Với ƣu thế khai thác ở điện thế thấp và không phụ
thuộc vào lƣới điện, tiết kiệm tối đa năng lƣợng đầu vào và cho năng suất cây trồng
cao. Đèn LED đã trở thành thế hệ chiếu sáng nông nghiệp mới cho cả cây trồng trong
nhà lẫn ngoài vƣờn. Nhiều trong số các nghiên cứu ứng dụng đèn LED là của các nhà
khoa học Việt Nam thực hiện ở trong nƣớc cũng nhƣ nƣớc ngoài, nhằm cải thiện chất
lƣợng nông sản cho xuất khẩu, gia tăng năng suất cây trồng.
Việc sử dụng TIS (Temporary Imersion System) bioreactor thuận lợi trong
việc cung cấp khí thƣờng xuyên cho cây nuôi cấy, do vậy thử nghiệm việc nuôi cấy
trên môi trƣờng không đƣờng nhằm giảm nhiễm trong nuôi cấy và dễ dàng hơn
trong việc đƣa cây ra vƣờn ƣơm.
Từ những lý do trên đề tài “Thử nghiệm sử dụng nguồn sáng là đèn LED đỏ và
xanh với tỷ lệ khác nhau chiếu sáng cho cây Paulownia fortunei nuôi cấy in vitro trong
hệ thống Bioreactor ngập chìm cách quãng trong điều kiện có và không có đƣờng đƣợc
thực hiện”.
1


1.2 Yêu cầu của đề tài
Khảo sát đƣợc tỷ lệ của đèn LED xanh và đỏ trong giai đoạn phát sinh chồi,
phát triển, tạo rễ cho cây Paulownia và thử nghiệm nuôi cấy trên môi trƣờng MS có và
không đƣờng dƣới ánh sáng đèn LED làm cơ sở cho các nghiên cứu tiếp theo.
1.3 Nội dung thực hiện
Đề tài thực hiện khảo sát thời gian ngập chìm cách quãng thích hợp để nuôi cấy
cây Paulownia trong Bioreactor sử dụng môi trƣờng MS. Sau đó sử dụng kết quả này
để nuôi cây trong các thí nghiệm tiếp theo.
Tiến hành bố trí các thí nghiệm chiếu sáng bằng ánh sáng đèn LED với tỷ lệ
khác nhau giữa xanh và đỏ để nuôi cấy mô cây Paulownia fortunei trong giai đoạn
phát sinh chồi và phát triển tạo rễ trên hệ thống Bioreactor ngập chìm cách quãng
trong môi trƣờng MS. Theo dõi các đặc tính sinh trƣởng rồi rút ra tỷ lệ đèn LED thích
hợp có thể dùng trong nuôi cấy mô tế bào thực vật.
Thử nghiệm nuôi cấy mô cây Paulownia fortunei hoàn chỉnh trên hệ thống
Bioreactor ngập chìm cách quãng trong môi trƣờng MS không đƣờng và chiếu sáng
bằng ánh sáng đèn LED với tỷ lệ khác nhau giữa xanh và đỏ. Theo dõi các đặc tính
sinh trƣởng của cây trong quá trình nuôi cấy.
Tiếp tục bố trí các thí nghiệm chiếu sáng bằng ánh sáng đèn LED với tỷ lệ khác
nhau giữa xanh và đỏ để nuôi cấy mô cây Paulownia fortunei hoàn chỉnh trên hệ thống
Bioreactor ngập chìm cách quãng trong môi trƣờng MS không đƣờng và bổ sung khí
CO2. Tiến hành theo dõi các đặc tính sinh trƣởng rồi rút ra tỷ lệ đèn LED thích hợp có
thể dùng trong nuôi cấy mô tế bào thực vật. Đồng thời đánh giá đƣợc khả năng phát
triển của cây trong điều kiện môi trƣờng MS không đƣờng và có bổ sung khí CO2.

2


Chƣơng 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1. Tổng quan về cây Paulownia
2.1.1 Nguồn gốc và phân bố
Cây Paulownia spp thuộc họ Scrophulariaceae còn gọi là cây bao đồng, cây
hông, có nguồn gốc từ Á Châu và đƣợc biết đến trên 2000 năm ở Trung Hoa. Một
bách khoa toàn thƣ viết vào thế kỉ thứ 3 trƣớc công nguyên đã đề cập đến Paulownia
dƣới cái tên gốc là T’ung. Những tài liệu cổ ở Trung Hoa viết vào năm 1049 đã viết về
kỹ thuật nhân giống, nuôi trồng và đặc tính quần thể Paulownia.
Paulownia đƣợc di thực vào Nhật Bản, Triều Tiên hơn 1000 năm trƣớc.
Khoảng giữa thế kỉ 19, Paulownia đƣợc du nhập vào châu Âu, Nam Mỹ sau đó là Bắc
Mỹ, Úc và New Zealand. Paulownia đƣợc đƣa vào Mỹ nhƣ một loài cây cảnh vào năm
1844 vì chúng có hoa màu tím rất đẹp cùng với tán cây mát. Loài cây này rất thích hợp
cho việc tái trồng rừng và đã trồng rất thành công tại New Zealand, Úc, Trung Quốc.
Diện tích trồng cây Paulownia của Trung Quốc đến 8/2013 đã lên hơn 5 triệu ha.
Chƣơng trình phục hồi rừng bằng cây Paulownia của Trung Quốc đƣợc sự hỗ trợ của
tổ chức Phát triển Liên hiệp quốc (UNDP). Trung Quốc đã xuất khẩu cây Paulownia
thành phẩm và cả cây giống.
Ở miền Bắc Việt Nam, cây Paulownia phân bố tự nhiên ở một số vùng có độ
cao từ 300 đến 1000m nhƣ Sơn La, Lạng Sơn, Lai Châu…trong dân gian loài cây này
đƣợc gọi là cây phao đồng, cây ngô đồng hay là cây hông. Theo một tài liệu, do đồng
bào một số tỉnh miền núi phía Bắc sử dụng gỗ cây này để làm chõ hong xôi nên cây có
cái tên đƣợc gọi trại ra (www.nongsinh.com, www.paulownia.vn).
2.1.2 Phân loại thực vật
Chi hông hay chi bao đồng (phao đồng, bào đồng), danh pháp khoa học là
Paulownia là một chi của khoảng 6 - 17 loài thực vật trong họ của một chi gọi là họ
Hông (Paulowniaceae), có họ hàng gần và đôi khi đƣợc đặt trong họ Huyền Sâm
(Scrophulariaceae). Tên gọi khoa học của chi này đƣợc đặt theo tên của nữ hoàng
Anna Pavlovna của Hà Lan (1795 - 1865)
Về phân loại khoa học thì Paulownia thuộc giới Plantae, nằm trong ngành
Angiosperme, đƣợc chia theo lớp Eudicots với phân lớp Asterids, thuộc bộ Lamiales
và họ Paulowniaceae, đƣợc xếp vào chi Paulownia.
3


Paulownia fortunei và Paulownia elongate đƣợc trồng nhiều nhất vì những đặc
tính ƣu việt của chúng (www.nongsinh.com).
2.1.3 Đặc điểm thực vật
Giống hông có rễ phân bố sâu 80 - 300 cm dƣới mặt đất nên ít cạnh tranh với
các loại cây ngắn ngày, ít cong vênh, là nguyên liệu tốt cho công nghiệp gỗ ván nhân
tạo và đồ dùng nội thất. Thân cây có vỏ màu xám hoặc đen, tán lá thƣa, vòm lá có hình
dù hoặc xoắn ốc. Trên mọi phần của cây, trừ những cành già đƣợc phủ một lớp lông
tuyến nhầy, lông hình cây hoặc hình sao. Hầu hết các giống hông đều có sự phân đôi
cành giả vì chồi bên ngoài cùng sẽ bị khô đi sau mùa đông. Riêng loài Paulownia
fortunei vẫn phát triển chồi ngoài cùng này thành nhánh mới.

Hình 2.1 Cây hông 4 tháng tuổi trồng tại Đồng Bằng sông Cửu Long.
(www.vidon.com.vn)

Lá cây hông hình ô van hoặc hình trứng, đầu nhọn, lá có thể chia thành ba thùy,
mặt dƣới lá có nhiều lông tơ. Ở cây non có một giai đoạn ấu niên, khi đó, lá rất lớn với
cuống lá dài, mép lá răng cƣa, mọc đối hoặc đôi khi mọc thành vòng. Ở cây trƣởng
thành, lá nhỏ hơn, mép thẳng hoặc lƣợn sóng. Lá hông có thể rộng tới 40 - 50 cm, dài
50 - 60 cm, lá hông có hàm lƣợng đạm cao, dùng làm thức ăn gia súc vào loại tốt nhất.
Cây hông 10 tuổi hàng năm có thể cho 30 kg lá khô và 400 kg cành non, đó cũng là
nguồn phân hữu cơ lớn bổ sung cho đất.
Ở Việt Nam, hoa hông nở hoa màu trắng và đậu trái vào sau Tết, hoa hông
4


lƣỡng tính, hình quả chuông, cánh hoa có thể là màu tím xanh rất đẹp, hƣơng thơm dễ
chịu. Chùm hoa có 2 - 3 bông, có hoặc không có cuống. Chúng đƣợc tạo ra từ những
nách lá bé xíu vào mùa hè hoặc mùa thu, hoa có cuống và có đốt ở đầu ngọn. Đài hoa
nhiều thịt, hình chuông và có 5 thùy hình tam giác không bằng nhau, có nhiều lông
bao phủ. Thông thƣờng, những lông nhỏ này rụng khi hoa nở. Tràng hoa lớn, màu từ
tím đến trắng, cánh hoa trên chia 2 thùy, cánh hoa dƣới chia 3 thùy dài. Ống hoa hình
chuông, thƣờng cong về phía trƣớc khoảng 5 mm tính từ đáy hoa sau đó mở rộng dần.
Gần lá đài, cánh hoa trên hƣớng xuống làm tràng hoa trông phẳng. Bên trong tràng hoa
có nhiều điểm hoặc sọc màu tím hoặc màu vàng. Nhị hoa dài bằng khoảng một nửa
chiều dài tràng hoa. Nhụy dài bằng hoặc hơn nhị. Noãn có hai ngăn.

Hình 2.2 Hình thái hoa hông.
(www.nongsinh.com)

Cây trong tự nhiên phát tán giống bằng hạt, quả hông hình trứng hoặc hình elip,
đƣợc chia ngăn, dài từ 3 - 4,6 cm, mỗi buồng quả có thể cho 2000 trái nhỏ, mỗi quả
chứa khoảng 3000 hạt. Vỏ quả biến đổi từ dầy đến mỏng, đôi khi hóa gỗ. Mặt bên
trong vỏ có thể sần sùi hoặc trơn láng. Có rất nhiều hạt dạng elip, rất nhỏ, có màng và
có những cánh. Vỏ bao hạt gồm hai lớp tế bào, lớp trong là những tế bào hoá gỗ có
vách dầy và lớp ngoài trong suốt. Hạt có nội nhũ. Mỗi cây trƣởng thành có thể sinh vài
kilogram hạt mỗi năm và mỗi kilogram chứa từ 3 - 4 triệu hạt.
5


Hình thái cây hông thƣờng thay đổi trong quá trình sinh trƣởng rất nhanh của
chúng. Do đó chỉ có thể dựa vào một vài đặc điểm hình thái ổn định nhƣ chiều dài cụm
hoa, độ sâu của thùy đài hoa, hình dạng của tràng hoa, các ngăn trong noãn, độ dày của
vỏ qua...để xác định loài cho chúng. Các cây cùng giống nhƣng có nguồn gốc khác
nhau cũng có thể có hình thái khác nhau. Hông là cây thụ phấn chéo nhờ côn trùng, do
đó dễ thu nhận đƣợc các giống lai vì vậy cây có nhiều hình thái khác nhau
(www.nongsinh.com).
2.1.4 Đặc điểm sinh trƣởng và phát triển của cây hông
Cây hông sinh trƣởng tốt ở nơi dƣ thừa ánh sáng, ƣa nƣớc nhƣng không đƣợc
ngập úng. Hông không đòi hỏi đất mặt phải màu mỡ nhƣng là cây trồng rừng, rễ ăn rất
sâu nên thích tầng đất dày. Nhìn chung đất cát pha, thoát nƣớc trồng thích hợp cho cây
có củ nhƣ khoai sắn thì cũng thích hợp cho cây hông. Giá trị pH có thể từ 5,5 - 7
nhƣng pH = 6,0 là thích hợp nhất, độ sƣờn đồi 10 – 35o.
Trong điều kiện bình thƣờng, mỗi năm cây có thể tăng trƣởng 3 - 4 cm đƣờng
kính và thể tích tăng 0,04 - 0,05 m3. Trong điều kiện tối ƣu, cây có khả năng tăng
trƣởng 8 - 9 cm/năm và thể tích tăng 0,15 - 1,2 m3/năm. Một số cây trồng tại vƣờn
quốc gia Xuân Sơn, chỉ sau 18 tháng, đƣờng kính đã đạt 16 - 22 cm, cao 7 - 8 m. So
với các loài đƣợc xem là tăng trƣởng nhanh nhất hiện nay nhƣ bạch đàn, keo lai thì cây
hông có mức độ tăng trƣởng vƣợt xa.
Khi cây đạt 2 - 3 năm tuổi đã cao 12 - 14 m, đƣờng kính thân cây 0,24 - 0,26 m
và có thể khai thác làm bột giấy cao cấp (nguyên liệu làm giấy chất lƣợng cao). Khi
cây đạt 8 - 12 năm tuổi đã cao 18 - 20 m, đƣờng kính thân cây 0,5 - 0,6 m khai thác
làm gỗ cứng quý.
Tùy theo giống và tuổi, gỗ hông có màu vàng nhạt hay màu vàng sậm. Gỗ hông
thuộc loại nhẹ nhất nhƣng lại rất chịu lực, trọng lƣợng riêng của gỗ từ 0,23 - 0,3, trung
bình là 0,28. Gỗ thông gió, cách nhiệt, giữ ẩm, không bị biến dạng khi thời tiết thay
đổi. Điểm bắt lửa của gỗ hông cao tới trên 400oC. Gỗ có thể khô tự nhiên từ 30 - 60
ngày hay có thể sấy khô trong vòng 24 - 48 giờ mà không bị rạn nứt
(www.nongsinh.com).

6


2.1.5 Giá trị của cây hông
Trên thế giới, cây hông đƣợc mệnh danh là loài cây "chiến lƣợc" của thế kỷ 21,
một loài cây dễ trồng, dễ sống, lớn nhanh, thân thiện với môi trƣờng và có giá trị kinh
tế cao. Việt Nam có những điều kiện về đất đai, khí hậu, thổ nhƣỡng phong phú để
phát triển loài cây đa dụng này. Việc đầu tƣ phát triển cây hông có thể mang lại giá trị
kinh tế lớn cho các doanh nghiệp và ngƣời dân Việt Nam, nếu biết ứng dụng khoa học
kỹ thuật hiện đại trong quá trình gieo trồng, chăm sóc, khai thác và chế biến gỗ hông
một cách hiệu quả.
Việc trồng thâm canh cây hông có ý nghĩa rất lớn, do cây hông lớn nhanh, tạo
rừng nhanh nên phủ xanh đất trống đồi trọc, hạn chế tác hại của lũ lụt. Gỗ hông quý
hơn gỗ Pơ-mu do đặc tính của gỗ hông rất cứng và nhẹ, chịu lực cao, không bị cong
vênh, cháy chậm nên đƣợc dùng ở những nơi mà tính trọng lƣợng nhẹ là một yếu tố vô
cùng quan trọng nhƣ làm đồ nội thất cao cấp bên trong máy bay, tàu thuyền, xe cộ. Ở
Nhật Bản gỗ hông đƣợc sử dụng để làm nhà. Gỗ hông còn đƣợc sử dụng để làm hộp
đàn cao cấp nhƣ hộp đàn Piano, Guitar, Koto…cho âm thanh ổn định, tiếng ấm, khỏe,
không ảnh hƣởng bởi thời tiết, nhiệt độ.
Ngoài ra cây hông còn có hàm lƣợng Cellulose cao 46 - 69%, hemicellulose 22
- 25%, lignin 21 - 23%, rất thích hợp để làm nguyên liệu cho một số ngành công
nghiệp quan trọng nhƣ sản xuất cồn công nghiệp, làm bột giấy in tiền (Ayan et al.,
2003; Woods, 2008).
Ngoài gỗ, lá cây hông có hàm lƣợng đạm cao và các nguyên tố vi lƣợng khác
đƣợc dùng làm thức ăn cho gia súc. Hoa hông đƣợc dùng để nuôi ong và làm thuốc
chữa bệnh. Hoa có màu trắng tím rất đẹp có thể trồng làm tăng thêm vẻ đẹp của cảnh
quan đền chùa, khu du lịch, tạo vùng sinh thái mát mẻ. Vỏ cây chế thuốc nhuộm, than
đốt từ gỗ hông sử dụng làm than hoạt tính, sử dụng làm bột pháo hoa, bột chì màu.
Về mặt lợi ích xã hội, việc trồng rừng sẽ tạo ra một nguồn nhân lực lớn cho
công tác trồng, chăm sóc và bảo vệ. Chính vì thế sẽ đảm bảo cung cấp việc làm tại chỗ
cho các cƣ dân tại địa phƣơng, giúp cho sự phát triển về nguồn lao động trong xã hội.
Cây hông mọc nhanh, tạo rừng nhanh phủ xanh đất trống đồi trọc nên nhanh
chóng phát huy tác dụng phòng hộ trong công tác bảo vệ rừng. Việc nhân rộng trồng
rừng bằng cây hông là giúp ngăn chặn dòng nƣớc lũ, giảm tác hại của lũ lụt vì vậy sẽ
giảm bớt thiệt hại cho cƣ dân quanh vùng.
7


Lá cây hông có bản rộng, nhiều lông sẽ hữu ích cho việc lọc sạch bụi và khói,
giảm thiểu ô nhiễm môi trƣờng. Ngoài ra, lá hông có chứa thành phần protein cao, nên
khi lá rụng sẽ cung cấp một phần lớn chất dinh dƣỡng cho đất, phục hồi các vùng đất
cằn cỗi, hoang hóa, cành rơi lá rụng có tác dụng cải tạo và nâng cao độ phì đất.
Gỗ hông có khả năng chống cháy, nhiệt độ cháy thông thƣờng của gỗ từ 223 2570C, điểm cháy của gỗ hông ở nhiệt độ trên 4000C, dựa vào đặc điểm này ngƣời ta
trồng cây hông làm đƣờng băng xanh cản lửa, phòng chống cháy rừng.
2.1.6. Tình hình nghiên cứu và phát triển cây hông trên thế giới và tại Việt Nam
2.1.6.1 Tình hình nghiên cứu và phát triển trồng cây hông trên thế giới
Từ lâu cây hông đã đƣợc nhiều nƣớc trên thế giới quan tâm nhƣ Trung Quốc,
Hoa Kỳ, vài thập niên trở lại đây có Australia và nhiều nƣớc khác. Nhờ có sự góp sức
của công nghệ sinh học trong những năm gần đây các nhà khoa học đã lai tạo và tuyển
chọn nhiều giống và dòng hông mới với nhiều đặc tính ƣu việt.
2.1.6.2 Tình hình nghiên cứu và phát triển trồng cây hông tại Việt Nam
Thực hiện dự án trồng mới 5 triệu hecta rừng từ năm 1998 đến 2010, bình quân
mỗi năm phải trồng 360.000 ha rừng tập trung, do đó đòi hỏi một lƣợng cây giống vô
cùng lớn. Tuy nhiên việc trồng rừng không chỉ dừng ở mức phủ xanh đất trống đồi
trọc hay trồng những loài cây mà gỗ của chúng chỉ dùng để làm nguyên liệu giấy,
trong khi đó nhu cầu gỗ làm đồ gia dụng và đồ cao cấp ở Việt Nam và trên thế giới
ngày càng tăng. Vào tháng 12 năm 1998, Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn đã
xây dựng chƣơng trình “Nâng cao chất lƣợng giống cây trồng lâm nghiệp thời kỳ 1999
- 2005”. Trong chƣơng trình này, Bộ đã đề cập đến việc phát triển cây hông trên cơ sở
ứng dựng những tiến bộ của công nghệ sinh học, nhằm đảm bảo số lƣợng cũng nhƣ
chất lƣợng cây giống.
Để đƣa những tiến bộ của Công nghệ sinh học vào chƣơng trình trồng 5 triệu
hecta rừng, đƣợc sự quan tâm, đầu tƣ kinh phí của Trung tâm Khoa học Tự nhiên và
Công nghệ Quốc gia, năm 1998 phòng Công nghệ Tế bào Thực vật thuộc Viện Sinh
Học Nhiệt Đới đã nghiên cứu xây dựng quy trình nhân giống cây hông bằng phƣơng
pháp nuôi cấy mô và tế bào. Đến nay, về cơ bản quy trình đã đƣợc hoàn thiện. Từ năm
1999 đến nay đã có hàng trăm ngàn cây hông giống cung cấp cho nông dân và các chủ
trang trại để trồng thử nghiệm trên các vùng sinh thái và đất đai khác nhau bƣớc đầu
đã thu đƣợc nhiều kết quả đáng khích lệ. Trong một hai năm đầu, cây hông sinh trƣởng
8


không kém gì so với chỉ tiêu ở nƣớc ngoài.
Đã có một số mô hình trồng cây hông nhận đƣợc sự chú ý nhƣng trồng cây
hông xen canh với cây cà phê ở huyện Đak Hà, tỉnh Đak Nông với diện tích khoảng 32
ha. Hay nhƣ mô hình trồng thử nghiệm ở một số điểm thuộc huyện Thanh Sơn, tỉnh
Phú Thọ cũng cho kết quả tốt với tỷ lệ sống 90%, khả năng sinh trƣởng rất nhanh. Có
thể nói cây hông là cây lâm nghiệp có triển vọng, vừa có giá trị kinh tế cao, vừa có
chức năng phòng hộ nhanh. Có thể trồng phân tán, trồng thành rừng tập trung hoặc
trồng theo phƣơng thức nông lâm kết hợp (www.nongsinh.com).
2.2. Tầm quan trọng của ánh sáng lên sự sinh trƣởng và phát triển của thực vật
nuôi cấy in vitro
2.2.1 Vai trò của ánh sáng trong quang hợp ở thực vật
Sự sống trên trái đất phụ thuộc vào ánh sáng mặt trời, nguồn năng lƣợng ngoài
trái đất đƣợc xem nhƣ vô tận. Ánh sáng là điều kiện cho quá trình quang hợp xảy ra.
Mọi sự sống trên trái đất không thể tách rời quá trình này.
Quang hợp là quá trình thu nhận năng lƣợng ánh sáng mặt trời của thực vật, tảo
và một số vi khuẩn để tạo ra các chất hữu cơ phục vụ bản thân cũng nhƣ làm nguồn
thức ăn cho hầu hết các sinh vật trên trái đất. Ở thực vật quang hợp chủ yếu đƣợc thực
hiện nhờ diệp lục tố (chlorophyll). Sắc tố này thƣờng chứa trong các bào quan gọi là
lục lạp. Mặc dù hầu hết các phần của nhiều loài thực vật đều có màu xanh, năng lƣợng
của quá trình quang hợp chủ yếu đƣợc thu nhận từ lá.
Phƣơng trình tổng quát của quang hợp ở thực vật đƣợc biểu diễn nhƣ sau:
Ánh sáng
6 CO2 + 6 H2O

C6H12O6 + 6 O2
Sắ c tố

Các bƣớc sóng ánh sáng đƣợc sử dụng trong quang hợp chỉ là một phần nhỏ của
toàn bộ quang phổ điện từ. Ở thực vật bậc cao, ánh sáng đỏ, tím, xanh điều khiển quá
trình quang hợp hiệu quả nhất. Những màu này nằm trong vùng ánh sáng khả kiến có
bƣớc sóng khoảng từ 380 – 750 nm. Khả năng kích thích các electron ánh sáng liên
quan đến bƣớc sóng hơn là cƣờng độ chùm sáng. Chỉ có một phần nhỏ ánh sáng đƣợc
thực vật hấp thu (Dƣơng Tấ n Nhƣ̣t, 2009).

9


2.2.2 Sắ c tố quang hơ ̣p
Trong lu ̣c la ̣p có 3 nhóm sắc tố chính là chlorophyll , calotenoid và phicobilin. Ở
thƣ̣c vâ ̣t bâ ̣c cao có c hlorophyll, carotenoid, còn ở thực vật bậc thấp có thêm nhóm
phicobilin.
 Sắ c tố quang hơ ̣p Chlorophyll
Năm 1913, Winstater đã xác đinh
̣ đƣơ ̣c cấ u ta ̣o của phân tƣ̉ chlorophyll

. Cấu

trúc cơ bản của chlorophyll là nhân porphyrin. Nhân porphyrin do 4 vòng pyrol nối với
nhau bằng các cầu metyl tạo thành vòng khép kín. Giữa nhân có nguyên tử Mg tạo nên
cấu trúc dạng hem. Bên cạnh các vòng pyrol còn có vòng phụ thứ 5. Điều đặc biệt
quan trọng là trên nhân porphyrin hình thành 10 nối đôi cách là cơ sở của hoạt tính
quang hoá của chlorophyll. Từ nhân porphyrin có hai gốc rƣợu là metol (CH 3OH) và
fytol (C20H39OH) nối vào tại C10 và C7.
Có nhiều loại phân tử chlorophyll. Các loại chlorophyll đều có phần cấu trúc
giống nhau, đó là nhân porphyrin và 2 gốc - OH. Mỗi loại chlorophyll đƣợc đặc trƣng
riêng bởi các nhóm bên khác nhau tạo nên một số tính chất khác nhau. Chlorophyll là
chất có hoạt tính hoá học cao, vừa có tính axit, vừa có tính kiềm. Đặc biệt chlorophyll
có những tính chất lý học quan trọng giúp cho chúng thực hiện chức năng quang hợp.
Tính chất lý học quan trọng nhất là chlorophyll có khả năng hấp thụ năng lƣợng
áng sáng chọn lọc. Quang phổ hấp thụ cực đại của chlorophyll vùng tia xanh (λ: 430 460 nm) và vùng ánh sáng đỏ (λ: 620 - 700 nm). Nhờ khả năng hấp thụ ánh sáng mạnh
nên chlorophyll có hoạt tính quang hoá. Khi hấp thụ năng lƣợng từ các lƣợng tử ánh
sáng, năng lƣợng của các lƣợng tử đã làm biến đổi cấu trúc của chlorophyll làm cho
phân tử chlorophyll trở thành trạng thái giàu năng lƣợng - trạng thái kích động điện tử.
Ở trạng thái đó phân tử chlorophyll thực hiện các phản ứng quang hoá tiếp theo. Một
tính chất quan trọng khác của chlorophyll là có khả năng huỳnh quang. Nhờ này mà
năng lƣợng đƣợc truyền qua các hệ sắc tố để tập trung vào hai tâm quang hợp.
Nhờ những tính chất trên nên chlorophyll là sắc tố có vai trò quan trọng trong
quang hợp. Chlorophyll tiếp nhận năng lƣợng ánh sáng truyền năng lƣợng đó thành
năng lƣợng điện tử của chlorophyll để rồi biến đổi năng lƣợng điện tử thành năng
lƣợng hoá học tích trữ trong ATP cung cấp cho quá trình tổng hợp chất hữu cơ.

10


Hình 2.3 Quang phổ hấ p thu ̣ của các chấ t diêp̣ lu ̣c a và b.
(en.wikipedia.org/wiki)

 Sắ c tố quang hơ ̣p Carrotenoid
Carrotenoid là nhóm sắc tố phụ tạo nên các loại màu sắc của cây xanh.
Carotenoid gồm 2 nhóm có thành phần khác nhau: carroten và xanthophyll.
+ Carroten: có công thức tổng quát C40H56.
+ Xanthophyll:có công thức tổng quát C40HnOm (trong đó: n = 52¸ 58; m = 1¸ 6)
Carotenoid cũng có khả năng hấp thụ ánh sáng chọn lọc. Quang phổ hấp thụ
cực đại của nhóm sắc tố này nằm ở khoảng 420 - 500 nm. Nhƣ vậy nhóm này hấp
thụ ánh sáng có bƣớc sóng ngắn. Nhóm carrotenoid hấp thụ khoảng 10-20% tổng
năng lƣợng ánh sáng và hấp thụ 30 - 50% tổng bức xạ sóng ngắn chiếu vào lá.
Carotenoic cũng có khả năng truyền năng lƣợng ánh sáng sang cho chlorophyll
để chuyển đến 2 tâm quang hợp. Chức năng chính của nhóm sắc tố này là hấp thụ năng
lƣợng ánh sáng rồi truyền sang cho chlorophyll.
Một chức năng rất quan trọng khác của carotenoic là bảo vệ chlorophyll. Có thể
xem carotenoic là cái lọc ánh sáng thu bớt năng lƣợng của các tia bức xạ có năng
lƣợng lớn, nhờ đó bảo vệ cho chlorophyll tránh bị phân huỷ khi chịu tác động của các
tia bức xạ có năng lƣợng lớn.

11


 Sắ c tố quang hơ ̣p Ficobilin
Ficobilin là nhóm sắc tố phụ phổ biến ở thực vật bậc thấp. Ficobilin cũng có 2
nhóm khác nhau: Ficocyanin và Ficoerytrin. Cấu trúc Ficobilin gồm 4 vòng pyrol nối
với nhau bằng cầu metyl tạo nên dạng mạch thẳng. Ficobilin hấp thụ ánh sáng ở vùng
có bƣớc sóng trung bình (λ = 540 - 620 nm) (Nguyễn Bá Lô ̣c và ctv, 2006).
2.2.3. Ảnh hƣởng của ánh sáng đến quang hợp
2.2.3.1 Ảnh hƣởng của cƣờng độ ánh sáng lên sự quang hợp ở thực vật
Biên độ ánh sáng tác động đến quang hợp khá rộng. Quang hợp có thể tiến hành
ngay ở điều kiện ánh sáng có cƣờng độ thấp nhƣ áng sáng trắng, ánh sáng đèn dầu...
Tuy nhiên ở điều kiện ánh sáng yếu thì quang hợp xảy ra rất yếu, sản phẩm tạo ra
không đủ bù cho lƣợng chất hữu cơ bị hô hấp phân hủy. Ở điều kiện ánh sáng này
quang hợp biểu kiến có trị số âm.
Khi cƣờng độ ánh sáng tăng, cƣờng độ quang hợp tăng lên đến mức bằng cƣờng
độ hô hấp thì quang hợp biểu kiến đạt trị số không. Trị số ánh sáng mà quang hợp biểu
kiến bằng không là điểm bù ánh sáng. Tuỳ nhóm thực vật mà điểm bù ánh sáng thay
đổi từ 25 - 85 Kcalo/dm2/giờ, cƣờng độ hô hấp bằng cƣờng độ quang hợp và đạt 1 - 3
mg/CO2/dm2/giờ.
Cƣờng độ quang hợp tiếp tục tăng tỷ lệ thuận với cƣờng độ ánh sáng cho đến
khi ánh sáng đạt đến điểm no ánh sáng. Điểm no ánh sáng là cƣờng độ ánh sáng mà
khi vƣợt qua điểm đó cƣờng độ quang hợp không thay đổi hoặc có chiều hƣớng giảm
xuống mặc dù cƣờng độ ánh sáng tiếp tục tăng.
Tùy nhóm cây mà điểm no ánh sáng dao động khoảng 2000 -6000 Kcalo/dm2/h.
Đối với thực vật C4 hầu nhƣ không có điểm no ánh sáng vì ở nhóm thực vật
này cƣờng độ ánh sáng tăng, cƣờng độ quang hợp tăng liên tục mà không có điểm
dừng. Đối với thực vật C3 khi ánh sáng có cƣờng độ quá mạnh làm giảm quá trình
quang hợp. Quang hợp giảm do ánh sáng có cƣờng độ mạnh làm phá huỷ cấu trúc bộ
máy quang hợp, có ảnh hƣởng xấu đến quá trình oxi hoá của sắc tố, làm giảm hoạt tính
enzym quang hợp...
Ảnh hƣởng của cƣờng độ ánh sáng đến quang hợp còn phụ thuộc vào nhiều yếu
tố khác. Trƣớc hết, thành phần loài khác nhau có nhu cầu ánh sáng khác nhau. Các loài
ƣa sáng có nhu cầu ánh sáng mạnh hơn các loài ƣa bóng. Sự thích nghi với chế độ
chiếu sáng của các nhóm cây một phần liên quan đến hàm lƣợng sắc tố và tỷ lệ các
12


loại sắc tố trong lá. Cây ƣa sáng có hàm lƣợng sắc tố thấp, tỷ lệ chl a/chlb cao hơn cây
ƣa bóng.
Ảnh hƣởng của ánh sáng đến quang hợp còn liên quan đến tỷ lệ các tia sáng, tỷ
lệ tia sáng lại phụ thuộc kiểu chiếu sáng. Ánh sáng trực xạ có tỷ lệ tia sinh lý thấp hơn
ánh sáng tán xạ nên Ánh sáng tán xạ có ảnh hƣởng đến quang hợp tốt hơn ánh sáng
trực xạ. Ảnh hƣởng của cƣờng độ ánh sáng đến quang hợp còn liên quan đến các yếu
tố khác nhƣ hàm lƣợng CO2 trong môi trƣờng, nhiệt độ, độ ẩm, chất dinh dƣỡng...
(Nguyễn Bá Lô ̣c và ctv, 2006).
2.2.3.2 Ảnh hƣởng của chất lƣợng ánh sáng lên sự quang hợp ở thực vật
Các loại tia sáng khác nhau có tác dụng lên quang hợp không giống nhau. Tuy
nhiên hiệu quả quang hợp sẽ tăng lên, nếu sử dụng phối hợp hợp lý giữa các tia. Theo
nghiên cứu của Emerson (1957) nếu chiếu xen kẽ giữa tia sáng có λ > 680 nm (tia đỏ)
với tia sáng có λ < 650 nm sẽ làm nâng cao hiệu suất quang hợp rõ rệt, dó là "hiệu ứng
Emerson". Hiệu ứng khác nhau của các tia sáng khác nhau đến quang hợp chỉ xảy ra
trƣờng hợp cƣờng độ ánh sáng dƣới điểm no. Khi cƣờng độ đạt đến điểm no thì giá trị
tia sáng với quang hợp nhƣ nhau.
Thành phần ánh sáng không chỉ ảnh hƣởng đến cƣờng độ quang hợp mà còn
thay đổi sản phẩm quang hợp. Với ánh sáng có bƣớc sóng ngắn, sản phẩm tạo ra trong
quang hợp chứa nhiều axit amin, protein hơn so với ánh sáng bƣớc sóng dài. Ngƣợc lại
ánh sáng bƣớc sóng dài lại tạo ra nhiều gluxit hơn ánh sáng bƣớc sóng ngắn.
Ánh sáng có hƣởng hƣởng sâu sắc đến quang hợp nhƣ vậy nên trong thực tiễn
sản xuất việc áp dụng các biện pháp thích hợp để bảo đảm nhu cầu ánh sáng cho cây
trồng có ý nghĩa quyết định đến năng suất và phẩn chất cây trồng (Nguyễn Bá Lô ̣c và
ctv, 2006).
2.2.4 Tầm quan trọng của nhân tố ánh sáng trong vi nhân giống
Sự phân phối phổ ánh sáng, quang kỳ và hƣớng chiếu sáng cũng đóng vai trò
quan trọng trong quá trình sinh trƣởng của thực vật nuôi cấy mô. Ánh sáng là một yếu
tố ảnh hƣởng lên quá trình tạo rễ và chồi bất định của đoạn cắt. Chỉ cần cƣờng độ ánh
sáng thấp cho quá trình tạo rễ, vì cƣờng độ ánh sáng cao sẽ ngăn cản sự tạo rễ. Đối với
một số loài, quang kỳ có thể ảnh hƣởng đến sự ra rễ. Chất lƣợng ánh sáng cũng ảnh
hƣởng đến sự ra rễ. Ánh sáng đỏ, cam thích hợp cho sự ra rễ hơn xanh da trời.
Sự phát sinh hình thái thực vật bị ảnh hƣởng bởi các nhân tố của môi trƣờng
13


nhƣ nhiệt độ, CO2, chất dinh dƣỡng, chất lƣợng ánh sáng, thời gian và cƣờng độ chiếu
sáng. Những nhân tố này ảnh hƣởng đến sự tăng trƣởng chồi và phát sinh hình thái bên
cạnh vai trò của nó trong quang hợp. Cƣờng độ chiếu sáng bên cạnh tác dụng điều hòa
kích thƣớc lá và thân cũng nhƣ con đƣờng phát sinh hình thái, nó còn có ảnh hƣởng
đến sự hình thành sắc tố của cây con in vitro. Chất lƣợng ánh sáng có ảnh hƣởng quan
trọng đến một số đặc tính hình thái nhƣ sự kéo dài ở cây cúc và cây cà chua, sự hình
thành chồi bất định của cây Nho, sự phát sinh rễ giả ở cây Lê. Ánh sáng là nguồn năng
lƣợng cho quang hợp và điều hòa nhiều nhân tố cần thiết cho sự phát triển của thực
vật. Vì vậy khi trồng cây, khoảng cách, sự kiểm soát và cung cấp đủ ánh sáng là rất
cần thiết (Dƣơng Tấ n Nhƣ̣t, 2009).
2.2.5 Các nguồn sáng nhân tạo đƣợc sử dụng trong nhân giống in vitro
Việc sử dụng ánh sáng nhân tạo trong nhân giống in vitro đòi hỏi phải cân bằng
giữa các quá trình sinh lý của thực vật và các vấn đề về kinh tế của ngƣời trồng. Ánh
sáng khác nhau về chất lƣợng, cƣờng độ và thời gian chiếu sáng. Mỗi đặc tính này đều
có ảnh hƣởng lên sự phát triển của thực vật. Tổng lƣợng ánh sáng mà cây thu nhận
trong suốt quá trình chiếu sáng có tác động trực tiếp lên quang hợp, sự tăng trƣởng và
năng suất cây. Sự tác động này có thể đo đƣợc dựa trên sự tăng trƣởng kích thƣớc cây.
Hiện nay ánh sáng trắng (400 - 700 nm) của đèn huỳnh quang đƣợc sử dụng
phổ biến nhất trong các phòng nuôi cấy mô. Ánh sáng đơn sắc từ đèn LEDs (đi ốt phát
quang) cũng đã và đang đƣợc nghiên cứu làm nguồn sáng trong nhân giống thực vật.
Sử dụng ánh sáng đơn sắc đỏ (600 - 700 nm) hoặc đỏ xa (700 -800 nm) hoặc kết hợp
với xanh lam của đèn LEDs làm cây in vitro tăng trƣởng rất tốt, để tiết kiệm điện năng
hơn so với dùng đèn huỳnh quang (Dƣơng Tấ n Nhƣ̣t, 2009).
2.3. Tổng quan về đèn LED
2.3.1 Nguồn gốc và lịch sử phát triển
LED (Light Emitting Diode hay đi ốt phát quang) là những đi ốt có khả năng
phát ra ánh sáng hay tia hồng ngoại. Cũng giống nhƣ đi ốt LED đƣợc cấu tạo từ một
khối bán dẫn loại p ghép với một khối bán dẫn loại n.
Bắt đầu xuất hiện vào những năm đầu thiên niên kỷ, đèn LED (Light Emitting
Diode) vốn là sản phẩm từ linh kiện bán dẫn phát sáng, giống nhƣ đèn neon nhƣng
tuổi thọ cao hơn đèn neon gấp 50 - 100 lần, hiệu suất phát sáng lên đến gần cả trăm
lumens/watt. Do tiêu hao nhiệt rất ít nên đèn LED không gây nóng môi trƣờng xung
14


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×

×