CHƯƠNG 7 BẢO TỒN NGUỒN GENE IN VITRO BẢO TỒN NGUỒN GENE IN VITRO
7.1. Giới thiệu chung về bảo tồn nguồn gene thực vật
Thực vật đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì sự đa dạng sinh học trên trái đất bằng cách cung cấp môi trường sống, thức ăn và oxy cho tất cả các sinh vật sống.
Với khả năng chuyển đổi năng lượng mặt trời thành năng lượng hóa học, thực vật tổng hợp hàng nghìn hợp chất quan trọng cho cuộc sống của con người. Theo thống kê có hơn 8.000 loài thực vật hạt kín đang được sử dụng cho khoảng 10.000 bài thuốc, chiếm gần 25% các đơn thuốc được sử dụng ở các nước đang phát triển và nước phát triển (Bhojwani và Dantu, 2013). Khoảng 90% nguyên liệu thực vật của ngành công nghiệp dược phẩm có nguồn gốc từ các rừng nhiệt đới.
Quá trình chọn lọc tự nhiên và tiến hoá có thể dẫn đến sự tuyệt chủng của một loài thực vật nào đó. Tuy nhiên, với những biến đổi bất lợi của môi trường sống và tác động tiêu cực từ hoạt động sống của con người đã thúc đẩy quá trình tuyệt chủng diễn ra với tốc độ nhanh hơn so với sự xuất hiện của các loài mới. Đô thị hóa, công nghiệp hóa, các dự án thủy điện, phá rừng để mở đường và canh tác, và thu hái tận diệt là những
123
hoạt động của con người đe doạ đến đa dạng sinh học thực vật. Do đó, nếu các chiến lược phù hợp để bảo tồn nguồn gene không được phát triển kịp thời, chúng ta có thể mất đi nguồn tài nguyên thiên nhiên quý giá, thậm chí là nguồn gene có giá trị cho các chương trình nhân giống trong tương lai. Có 03 cách tiếp cận được các nhà bảo tồn áp dụng để gìn giữ nguồn tài nguyên thực vật, gồm: bảo tồn nguyên vị (in situ), bảo tồn chuyển vị (ex situ) và bảo tồn in vitro.
7.1.1. Bảo tồn nguyên vị
Bảo tồn nguyên vị là cách bảo vệ và nuôi dưỡng thực vật trong hệ sinh thái tự nhiên của chúng. Để bảo tồn có hiệu quả, cần thiết lập các quy định pháp luật trong việc khai thác, bảo tồn và khu bảo tồn sẽ thành lập dưới sự quản lí của một tổ chức nào đó.
Tuy nhiên, thực tế giải pháp này vẫn tồn tại nhiều rủi ro tác động đến đối tượng bảo tồn, như: công tác quản lí yếu kém, ý thức của người dân còn hạn chế. Hơn nữa, nhiều loài có môi trường sống rất đặc biệt, khó tiếp cận, ví dụ những loài sống ở độ cao trên 3000 m, từ đó gây khó khăn cho công tác quản lí bảo tồn.
7.1.2. Bảo tồn chuyển vị
Với bảo tồn chuyển vị, các loài thực vật được di thực và nuôi trồng ở trong một khu vực không phải là môi trường sống tự nhiên của chúng, có sự chăm sóc và quản lí chặt chẽ, hoặc duy trì ở dạng hạt giống. Bảo quản hạt giống là một trong những phương pháp hữu dụng của bảo tồn chuyển vị vì có thể duy trì nguồn gene nguyên vẹn. Tuy nhiên, việc bảo quản nguồn gene ở dạng hạt giống sẽ gặp khó khăn đối với những hạt khó nảy mầm. Bảo tồn chuyển vị thường rất tốn kém và gặp phải rủi ro do dịch bệnh hoặc điều kiện khí hậu bất lợi.
7.1.3. Bảo tồn in vitro
Bảo tồn in vitro là giải pháp gìn giữ các nguồn gene ở dạng sống trong điều kiện in vitro. Do đó, nuôi cấy mô tế bào đã trở thành công cụ đặc lực cho công tác bảo tồn này, với nhiều lợi thế hơn so với các giải pháp bảo tồn khác. Các nguồn gene thực vật ở dạng cơ quan, mô hoặc tế bào khác nhau được thiết lập trong điều kiện nuôi cấy phù hợp để tạo ra các dạng sống có thể được duy trì trong thời gian dài. Các dạng sống này có thể được tái sinh khi tái nuôi cấy trong điều kiện thích hợp. Ví dụ, rễ của cây Solanum khasiana có thể duy trì trong 20 năm và đã tái sinh cây hoàn chỉnh sau thời gian bảo
124
quản. Một trong những chương trình sớm nhất ứng dụng bảo tồn in vitro là thành lập cơ sở vi nhân giống bảo tồn loài quý hiếm có nguy cơ tuyệt chủng tại Vườn Bách thảo Hoàng gia, Kew (Anh), vào năm 1974. Kể từ đó nhiều các quốc gia đã khởi xướng các chương trình để bảo tồn in vitro các loài nguy cấp. So với các giải pháp bảo tồn khác, bảo tồn in vitro có các ưu điểm sau:
- Yêu cầu nguồn mẫu nhỏ: Bảo tồn in vitro chỉ yêu cầu mô có kích thước nhỏ cho nuôi cấy và tái sinh. Các mẫu thực vật sử dụng thường không làm ảnh hưởng đến cây mẹ.
- Hiệu quả kinh tế: Do việc nuôi cấy chỉ cần một không gian tương đối nhỏ để lưu trữ với một số lượng lớn. Ví dụ, gần 6.000 giống sắn có thể được bảo tồn trong một phòng có kích thước 5 x 6 x 3 m. Ngoài ra, trong điều kiện nuôi cấy in vitro, cây không cần phải cắt tỉa và tách nhánh thường xuyên, do đó tiết kiệm được công lao động.
- An toàn: Cây được duy trì trong điều kiện không có sâu bệnh, mầm bệnh, virus và các mối nguy hiểm tự nhiên khác.
- Tình huống đặc biệt: Đối với các loại cây trồng, chẳng hạn như cacao, dừa và xoài có hạt kích thước lớn, thiếu khả năng ngủ và không có khả năng chịu được khô hạn hoặc tiếp xúc với nhiệt độ thấp, do đó nuôi cấy phôi in vitro là công cụ hữu ích để bảo tồn các nguồn gene này.
- Trao đổi nguồn gene quốc tế: Do dễ vận chuyển và mẫu không chứa mầm bệnh, nên giảm thiếu các trở ngại do hệ thống kiểm dịch đối với sự di chuyển của thực vật sống qua biên giới. Các nguồn gene có thể được trao đổi giữa các quốc gia nhằm phục vụ cho các mục đích khác nhau.
Tuy nhiên, trong một số trường hợp, các dạng sống được bảo tồn in vitro vẫn có thể bị ảnh hưởng bởi vấn đề nhiễm vi sinh vật trong các lần cấy chuyển. Do đó, cần nghiên cứu để giảm tần suất cấy chuyển đến mức tối thiểu. Trong một số trường hợp, chiến lược bảo tồn này cũng chưa mang lại hiệu quả kinh tế do chi phí đầu tư lớn hơn nhu cầu.
Bên cạnh các điều kiện nuôi cấy để tạo ra dạng sống thích hợp, việc bảo quản nguồn vật liệu này cũng đóng góp rất lớn vào sự thành công trong bảo tồn in vitro. Yêu cầu mà các phương pháp bảo quản cần hướng tới là kéo dài thời gian bảo quản mà không
125
làm ảnh hưởng đến khả năng tái sinh của mẫu. Có hai phương pháp bảo quản in vitro:
(1) bảo quản ngắn hạn bằng cách duy trì các mẫu cấy trong các điều kiện hạn chế sinh trưởng, và (2) bảo quản đông ở nhiệt độ âm sâu của nitrogene lỏng.