VAI TRÒ CỦA THAN HOẠT TÍNH TRONG NUÔI CẤY MÔ THỰC VẬT: Than hoạt tính được bổ sung vào môi trường nuôi cấy để cải thiện sự tăng trưởng của tế bào cũng như hấp phụ các chất ức chế sự tăng trưởng tế bào thực vật, làm giảm quá trình oxy hóa của phenol hay sự tích tụ các chất gây hóa nâu, thay đổi pH trung bình đến mức tối ưu, tạo môi trường tối, có thể mô phỏng điều kiện của đất. Tác động của than như một chất điều hòa tăng trưởng còn chưa rõ ràng, nhưng một số dẫn chứng công nhận khả năng giải phóng dần một số sản phẩm hấp phụ (chất dinh dưỡng, các chất điều hòa tăng trưởng thực vật - PGRs), tự bản thân than cũng giải phóng một số chất tự nhiên có thể thúc đẩy sự tăng trưởng.
Từ khóa: Activated charcoal, androgenesis , in vitro culture, micropropagation, protoplast culture, somatic embryos, synthetic seeds
GIỚI THIỆU
Than hoạt tính (Activated charcoal – AC) được sản xuất bằng cách chưng cất gỗ và các vật liệu chứa cacbon; từ cacbon cơ bản, bằng cách loại hết tạp chất và oxy hóa bề mặt thu được than hoạt tính. Than hoạt tính xốp, không vị, bao gồm các nguyên tử cacbon sắp xếp theo dạng quasi-graphitic trong dạng hạt nhỏ, có đặc tính hấp phụ cao đối với chất rắn keo, khí và hơi nhờ mạng lưới lỗ và diện tích bề mặt lớn. Các chất tiếp xúc với than hoạt tính được hấp phụ đến khi cân bằng sự hấp thu và phân hủy.
Tính chất và đặc điểm của than hoạt tính thay đổi theo các mục đích khác nhau. Ví dụ như than để hấp thu các chất khí khó hơn và dày hơn than được sử dụng để làm sạch nước. Bề mặt AC chứa các vùng cụ thể, dao động từ khoảng 600 đến 2000 m2gl-1 thay đổi từ 10 μm đến 500 μm. Khi thêm vào môi trường, than hoạt tính ưu tiên hấp thu các phân cực chứ không phải các chất hữu cơ. Tương tự, khả năng hấp phụ lớn hơn đối với các sản phẩm thơm như phenol và các chất oxy hóa, auxins (acid indolo-3-acetic (IAA), axit naphthaleneacetic (NAA), acid indoel-3-butyric (IBA), cytokinin bao gồm BA kinetin (Kn), zeatin …) và các hoocmon khác so với các sản phẩm olefinic chưa bão hòa. Hơn nữa các sản phẩm tan trong nước như đường như glucose, sorbitol, mannitol và inositol … sẽ không bị hấp phụ khỏi môi trường hoặc dung dịch. Mật độ, độ tinh khiết và pH ảnh hưởng tới khả năng hấp phụ của than. Ngoài ra các muối vô cơ (KCl, KI, NaCl) ảnh hưởng đẳng điện hấp phụ phenol.
VAI TRÒ THAN HOẠT TÍNH TRONG NUÔI CẤY MÔ THỰC VẬT
Các báo cáo gần đây khẳng định vai trò tích cực của than hoạt tính trong tăng trưởng thực vật. Than hoạt tính được bổ sung vào môi trường nuôi cấy để cải thiện sự tăng trưởng của tế bào cũng như hấp phụ các chất ức chế sự tăng trưởng tế bào thực vật, làm giảm quá trình oxy hóa của phenol hay sự tích tụ các chất gây hóa nâu, thay đổi pH trung bình đến mức tối ưu, tạo môi trường tối, có thể mô phỏng điều kiện của đất. Tác động của than như một chất điều hòa tăng trưởng còn chưa rõ ràng, nhưng một số dẫn chứng công nhận khả năng giải phóng dần một số sản phẩm hấp phụ (chất dinh dưỡng, các chất điều hòa tăng trưởng thực vật - PGRs), tự bản thân than cũng giải phóng một số chất tự nhiên có thể thúc đẩy sự tăng trưởng.
Ảnh hưởng của than hoạt tính trong việc hình thành và tái sinh cây đã được báo cáo ở một số loài. Ngoài tác dụng hấp phụ, than hoạt tính giúp thiết lập môi trường nuôi cấy protoplast, ngăn sự phát triển của những cây con bất thường, tăng sinh phôi soma, hình thành chồi, rễ, khôi phục khả năng tạo phôi soma từ các mô sẹo để lâu.
Trong vi nhân giống, than hoạt tính có thể giúp hạn chế vấn đề mẫu tiết phenol và hóa nâu gây ảnh hưởng nghiêm trọng tới kết quả nhờ khả năng hấp phụ các chất có hại và làm tối môi trường nuôi cấy. Ánh sáng làm tăng hoạt động của enzyme liên quan đến quá trình oxy hóa của phenol gây nên hiện tượng hóa nâu. Một số báo cáo cũng cho thấy khả năng kích thích hình thành củ và tăng kích thước củ của than hoạt tính trên Lilium sp., Allium sativum, Nerine sarniensis, Muscari armeniacum, Narcissus tazetta. Ngoài ra, một số thí nghiệm cho thấy hiệu quả tạo chồi và rễ (Gossypium hirsutum, Vitis vinifera, Salix caprea), tăng chiều cao chồi(Acacia mearnsii), tăng khả năng tái sinh chồi từ mô sẹo (Acacia sinuate), hỗ trợ trong biệt hóa mô sẹo (Triticale sp., Cynodon dactylon), tạo và kéo dài chồi(G. hirsutum, Exacum sp., Eucalyptus sp.).
Than hoạt tính giúp hình thành phôi soma, trưởng thành và phát triển trên nhiều loài (Schisandra chinensis, Castanea dentata, Glycine max, Senecio). Phôi của Rosa hybrida chuyển gen từ Agrobacterium đáp ứng tốt hơn trên môi trường có than hoạt tính. Tương tự cho phôi soma các cây mía, nho, cọ lùn, vải, nhân sâm, dừa…
Trong nuôi cấy protoplast, than hoạt tính hỗ trợ quá trình tách tế bào trần, ngăn ngừa sự hóa nâu, thúc đẩy quá trình tái tạo protoplast từ mô sẹo.
Trong nuôi cấy bao và hạt phấn, than hoạt tính được cho là có thể giữ khí (ethylene) từ quá trình nuôi cấy, từ đó giúp tăng số lượng phôi; hấp phụ các hợp chất độc hại hoặc poly-phenolic từ hạt phấn.
Sự hiện diện của than hoạt tính trong nội nhũ nhân tạo làm tăng sự nảy mầm và trao đồi chất đến mức tối đa bằng cách tăng sự khuếch tán khí, sự khuếch tán chất dinh dưỡng và hô hấp của phôi vì vậy một nội nhũ nhân tạo được nghiên cứu trong viên nang alginate-AC và có thể có hoặc không có sucrose.
Than hoạt tính vừa làm giảm ảnh hưởng của phenol vừa hỗ trợ các protocorm hình thành cực trong nuôi cấy mô cây lan.
Ở thực vật bậc thấp, than hoạt tính thúc đẩy sự phát sinh hình thái ở một số loài dương xỉ in vitro, tăng tỉ lệ phân chia tế bào, tái sinh của protoplast. Tuy nhiên, các thí nghiệm cho thấy lần cấy chuyền tiếp theo không cần bổ sung than hoạt tính. Trong thực vật hạt trần, than hoạt tính ngăn ngừa sự giải phóng phenol, tăng sự nảy mầm phôi soma và giúp phôi trưởng thành, tăng chiều cao chồi (Pinus heldreichii, Pinus pinea, Taxus mairei, Taxus wallichiana)
Tuy nhiên, một số công bố cũng cho thấy than hoạt tính tác động tiêu cực trong quá trình nuôi cấy mô thực vật. Than hoạt tính vừa hấp phụ các chất không mong muốn vừa có thể hấp phụ cả các hormone cần thiết, vitamin và ion kim loại (Cu2+, Zn2+) nên làm giảm sự tăng chồi (Gymnema sylvestre), hạn chế chiều cao chồi (Anacardium occidentale); một số trường hợp không hạn chế được việc mẫu bị hóa nâu (mô sẹo Plumbago zeylanica), giảm quá trình hóa nâu nhưng cản trở quá trình biệt hóa mô sẹo (cánh hoa Crocus sativus)…
KẾT LUẬN
Từ các báo cáo đã công bố, khẳng định rằng than hoạt tính có vai trò quan trọng trong việc nuôi cấy mô thực vật. Nó cải thiện khả năng phản ứng in vitro của các mô bằng nhiều cách. Tuy nhiên cũng có một số báo cáo tiêu cực. Từ các tài liệu, nồng độ than hoạt tính thường bổ sung trong môi trường nuôi cấy mô thực vật từ 0,002 g/L đến 150 g/L. Nồng độ thay đổi tùy loài cây khác nhau, môi trường, loại mẫu, mục đích,… Vai trò thúc đẩy hoặc ức chế của than hoạt tính phụ thuộc vào nhiều yếu tố. Có thể sự hấp phụ các chất có trong môi trường nuôi cấy ảnh hưởng đến kết quả thí nghiệm. Ngoài ra khó xác định những chất được giải phóng từ than hoạt tính do đó cần phải tập trung nghiên cứu về cơ chế chính xác hoạt động của nó trong nuôi cấy mô thực vật.
Trâm Anh
SBC Scientific
Hotline: 0945677929
Email: info@sbc-vietnam.com