Mã số N2071: Ứng dụng hệ thống Bioreactor nhân nhanh sinh khối rễ cây Sâm cau (Curculigo orchioides Gaertn.)
Sâm cau (Curculigo orchioides Gaertn) là một trong những vị thuốc lâu đời trong Y học cổ truyền Trung Hoa và là một vị thuốc Rasayana quan trọng ở Ấn Độ. Thân rễ và rễ củ của cây được sử dụng rộng rãi trong y học bản xứ Ấn Độ với đặc tính chống oxy hóa và chống ung thư. Nhiều công trình nghiên cứu cho thấy Sâm cau có tác dụng bồi bổ cơ thể, tăng cường miễn dịch làm chậm quá trình lão hóa, săn chắc cơ bắp, đặc biệt giúp cơ thể hồi phục khả năng sản xuất nội tiết tố nam testosterone. Do Sâm cau có nhiều công dụng đặc biệt được coi như là một loại thần dược giúp tăng cường sinh lực, nên nhu cầu về loại dược liệu này ngày càng tăng. Tuy nhiên, nguồn cung lại khá thất thường và không đủ. Việc khai thác tận diệt, kết hợp với sự phá hủy môi trường sống dưới hình thức phá rừng càng làm suy giảm mạnh trữ lượng của loại cây này trong tự nhiên. Với giá trị kinh tế và giá trị dược liệu có được Sâm cau cần được nghiên cứu nhân trồng. Tuy nhiên, thời gian sinh trưởng ngoài tự nhiên từ lúc cây con đến khi đủ chất lượng để thu hái làm thuốc từ 1 – 2 năm, phụ thuộc nhiều vào điều kiện chăm sóc, sâu bệnh nên năng suất và chất lượng thường không ổn định. Vì vậy, vấn đề đặt ra là cần có một phương pháp để sản xuất nhanh loại dược liệu này với chất lượng ổn định và không phụ thuộc vào điều kiện tự nhiên.
Từ năm 1998, hệ thống Bioreactor có cánh khuấy đã được nghiên cứu nhằm thu nhận sinh khối từ nuôi cấy rễ. Kết quả cho thấy, nuôi cấy rễ được xem như là hiệu quả nhất cho việc sản xuất sinh khối bởi vì chúng sinh trưởng nhanh và sản xuất hợp chất ổn định. Đến nay, nuôi cấy rễ được xem là một giải pháp thay thế đầy tiềm năng để thu nhận được một lượng lớn sinh khối sạch trong thời gian ngắn. Phổ biến nhất là nuôi cấy rễ bất định (RBĐ) phát sinh từ trục thân hay những mô và cơ quan khác nhau của thực vật. Với tiềm năng to lớn của công nghệ nuôi cấy rễ, các hệ thống rễ của nhiều loài thực vật đã được nghiên cứu rộng rãi cho mục đích sản xuất hợp chất tự nhiên in vitro. Đặc biệt là những cây thuốc có ứng dụng lớn cho việc chữa bệnh. Tình hình nghiên cứu hiện nay trên thế giới về tái sinh và đặc biệt là thu nhận sinh khối thông qua nuôi cấy in vitro đã có một bước tiến rất lớn, nguồn sinh khối thu được từ nuôi cấy in vitro đã góp phần làm giảm việc khan hiếm nguồn nguyên liệu cho công nghiệp dược phẩm cũng như mỹ phẩm. Tuy nhiên, các công trình nghiên cứu về thu nhận sinh khối rễ bằng các hệ thống nuôi cấy được công bố chỉ tập trung vào sâm Ngọc Linh (Panax vietnamensis Ha et Grushv.) và một số loại cây chữa bệnh khác. Đối với Sâm cau chỉ thấy ứng dụng hệ thống hệ thống nuôi cấy ngập chìm tạm thời để nhân nhanh sinh khối chồi làm nguồn nguyên liệu để sản xuất cây giống Sâm cau và thu nhận sinh khối rễ. Để có sự đánh giá so sánh toàn diện hơn về hiệu quả nhân sinh khối rễ Sâm cau trong các hệ thống nuôi cấy khác nhau. Chính vì thế, nghiên cứu “Ứng dụng hệ thống Bioreactor nhân nhanh sinh khối rễ cây Sâm cau (Curculigo orchioides Gaertn.)” đã được thực hiện nhằm tìm ra hệ thống nuôi cấy phù hợp để nhân nhanh sinh khối rễ loài cây này. Từ đó, tối ưu hóa các yếu tố quyết định đến quá trình hình thành và tăng trưởng của sinh khối rễ Sâm cau trong hệ thống nuôi cấy được ứng dụng.
Quy trình nhân sinh khối rễ cây Sâm cau từ cụm rễ bất định bằng hệ thống Bioreactor
Quy trình
Thuyết minh quy trình:
Bước 1: Tạo rễ bất định
Nguồn rễ bất định để làm nguồn mẫu phục vụ cho các thí nghiệm nuôi cấy: Các mẫu lá của cây Sâm cau in vitro được cắt ngang thành từng đoạn có chiều dài khoản 2 cm (1 x 2 cm) được đặt úp trên bề mặt môi trường thạch là MS có bổ sung đường 30 g/L, than hoạt tính 1 g/L và các chất điều hòa sinh trưởng BA 0,5 mg/L và NAA 0,2 mg/L. Mẫu được nuôi cấy 8 tuần trong điều kiện nhiệt độ 25 ± 2 độ C, thời gian chiếu sáng 12h, cường độ chiếu sáng 2000 lux.
Bước 2: Nhân sinh khối bằng bioreactor
Cụm rễ bất định cây Sâm cau in vitro được tách có chiều dài 3-5 cm được rửa sạch agar bằng nước cất vô trùng và tách bỏ phần thịt lá. Các thao tác này được thực hiện trong tủ cấy vô trùng. Tiếp theo, tiến hành cấy 10 gram cụm rễ bất định vào bioreactor theo điều kiện Hệ thống bioreactor bình cầu sục khí đáy 5L chứa 2,5L môi trường (môi trường MS không bổ sung chất điều hòa tăng trưởng thực vật). Chiếu sáng 16 giờ/ngày với cường độ ánh sáng 3000 lux, nhiệt độ 25 ± 2 độ C. Việc sục khí được thực hiện thông qua các sparger và một máy bơm khí từ ngoài vào trong với van điều áp R72G-2GK-RMN lưu lượng khí được điều chỉnh ở mức 0,5 mL/s. Sinh khối được nuôi 12 tuần.
Một số hình ảnh minh họa Ứng dụng hệ thống Bioreactor nhân nhanh sinh khối rễ cây Sâm cau (Curculigo orchioides Gaertn).
Kết quả
Lựa chọn được hệ thống Bioreactor – Bình cầu cụ khí đáy phù hợp để nhân sinh khối rễ cây Sâm cau.
Xác định được chế độ hoạt động và môi trường phù hợp cho năng suất tạo sản phẩm rễ Sâm cau cao.
Với kỹ thuật nuôi cấy mô cho ra sinh khối rễ trong thời gian ngắn, đảm bảo chất lượng và số lượng lớn, tiết kiệm công sức lao động, thời gian và chi phí trồng trọt, chăm sóc trong thời gian dài khi trồng và thu rễ theo phương pháp truyền thống giúp giảm giá thành sản phẩm rễ Sâm cau.
TÍNH SÁNG TẠO
Giải pháp đã áp dụng phương pháp nuôi cấy trên hệ thống Bioreactor – Bình cầu sục khí đáy để tăng hệ số nhân sinh khối rễ lên nhiều lần so với nhân giống trên môi trường bán rắn.
Tăng hệ số nhân sinh khối rễ lên 4 lần so với nhân giống trên môi trường bán rắn (3 lần), tiết kiệm chi phí sản xuất, tiết kiệm công lao động cấy chuyền, có thể tạo ra 2 kg sinh khối rễ Sâm cau tươi trong 1 năm từ 200 gram mẫu ban đầu với cấy chuyền 2 tháng/1 lần. Từ đó góp phần giảm giá thành sản phẩm trên thị trường.
HIỆU QUẢ KINH TẾ
Chi phí sản xuất là 4.500 VNĐ/10 gram sinh khối rễ tươi, giá bán đề nghị 7.000 VNĐ/10 gram sinh khối rễ tươi). Trên thị trường hiện nay, giá bán 1 kg Sâm cau từ
900.000 đến 1.000.000/1 kg sinh khối rễ tươi.
Cung cấp số lượng lớn sinh khối rễ trong thời gian ngắn, tăng hệ số nhân nên tiết kiệm chi phí sản xuất, tiết kiệm công lao động cấy chuyền. Từ đó giảm giá thành sản phẩm rễ Sâm cau, làm tăng lợi nhuận trong sản xuất.
TÁC ĐỘNG XÃ HỘI
Đa dạng hóa sản phẩm dược liệu, tăng thêm lựa chọn cho nhà sản xuất và tiêu dùng, góp phần vào việc định hướng phát triển sản phẩm dược liệu tự nhiên, mang lại nhiều lợi ích cho xã hội.
Giải pháp có triển vọng được áp dụng sản xuất nguồn sinh khối rễ Sâm cau ở quy mô công nghiệp, và cung cấp quy trình cho cá nhân và doanh nghiệp có nhu cầu về nhân sinh khối và sản xuất rễ loài Sâm cau này và khả năng ứng dụng vào thực tiễn cao.
Thông tin
Tên tác giả: NGUYỄN VĂN TOÀN
Địa chỉ: Ấp 1, X. Phạm Văn Cội, H. Củ Chi, TP. HCM
Điện thoại: 0792 816 981.
Email: nguyenvantoan0203@yahoo.com.vn.