Công nghệ nuôi cấy mô tế bào rong biển là công nghệ được phát triển và sử dụng trong vi nhân giống rong biển từ những năm 1970, nhằm thay thế cho công nghệ nhân giống sinh dưỡng truyền thống vốn có nhược điểm làm giảm biến dị di truyền, tốc độ sinh trưởng, sản lượng và làm tăng khả năng nhiễm bệnh ở rong biển.

Với tiềm năng ứng dụng lớn, nuôi cấy mô tế bào rong biển được coi là phương pháp có hiệu quả trong việc lưu giữ những nguồn gen quý, tăng cường chất lượng giống, tạo giống sạch bệnh. Bên cạnh đó, công nghệ này cùng một lúc có thể tạo ra một lượng lớn giống với chất lượng đồng đều phục vụ sản xuất và không phụ thuộc vào mùa vụ.

Về cơ bản, công nghệ nuôi cấy mô rong biển được phát triển dựa trên các thành tựu của công nghệ nuôi cấy mô thực vật bậc cao. Do vậy, công nghệ này cũng bao gồm hai giai đoạn kỹ thuật chính: (i) chuẩn bị mẫu cấy sạch (axenic) và (ii) nuôi trên thạch chứa môi trường giàu dinh dưỡng có bổ sung chất điều hòa sinh trưởng thực vật. Do có sự khác biệt về cấu trúc vỏ tế bào nên phương pháp nuôi cấy mô sử dụng cho từng nhóm rong biển cần có sự điều chỉnh thích hợp.

Hiện nay, có hai phương pháp chính cho nuôi cấy mô tế bào rong biển: (1) nuôi cấy từ mô sẹo (callus culture) và (2) nuôi cấy từ tế bào trần (protoplast culture).

Quy trình nuôi cấy từ mô sẹo gồm 4 bước cơ bản: (1) khử trùng tạo vật liệu sạch, (2) cảm ứng tạo mô sẹo, (3) tái sinh vi mầm từ mô sẹo và (4) nuôi tạo tản rong hoàn chỉnh. Do rong biển không có lớp bảo vệ bề mặt dày như thực vật bậc cao nên hóa chất khử trùng rất dễ làm tổn thương các mô tế bào. Vì vậy, các chất kháng sinh, kháng nấm như Penicillin, Streptomycin sulphate, Kanamycin, Nystatin, Neomycin,... thường được sử dụng để khử trùng rong biển tạo nguồn vật liệu sạch. Sau đó, mẫu rong được cấy trên môi trường thạch dinh dưỡng để cảm ứng tạo mô sẹo. Môi trường ASP12-NTA, PES, ESS và các chất điều hòa sinh trưởng như axit indole-3-acetic (IAA), 2,4-dichlorophenoxyacetic acid (2,4-D), kinetin cho hiệu quả cao trong nuôi cấy mô rong biển. Ở giai đoạn tái sinh, chồi có thể được hình thành trực tiếp từ mô sẹo trong môi trường dinh dưỡng thể lỏng hoặc được hình thành thông sự phát sinh phôi của mô sẹo.

Hình 1. Quy trình nuôi cấy mô rong sụn Kappaphycus alvarezii từ mô sẹo

(Nguồn: Đào Duy Thu và cs., 2017)

Phương pháp nuôi cấy mô sẹo đã được tiến hành thử nghiệm trên hơn 85 loài thuộc 3 ngành rong đỏ (Phodophyta), rong lục (Chlorophyta) và rong nâu (Phaeophyta) với tỷ lệ tạo mô sẹo có thể lên đến 100%. Trong đó, đã tạo được cây con trong phòng thí nghiệm, thậm chí đã thuần dưỡng và chuyển ra trồng thử nghiệm ngoài môi trường tự nhiên, ví dụ như Agardhiella subulata, Carpopeltis afinis, Gracilaria perplexa, G. tenuistipitata, Grateloupia acuminate, G. doryphora, Kappaphycus alvarezii,.... Tốc độ tăng trưởng của rong nuôi cấy mô luôn cao hơn rong tự nhiên, gấp 1,5 - 1,8 lần trong các thế hệ thử nghiệm. Mặc dù phương pháp nuôi cấy từ mô sẹo mất nhiều thời gian nhưng cho hiệu quả cao và ổn định. Việc sản xuất thành công giống rong biển từ nuôi cấy mô sẹo đã khẳng định tính ưu việt của phương pháp và có nhiều tiềm năng ứng dụng trong sàng lọc và chọn giống.

Phương pháp nuôi cấy từ tế bào trần đã được thực hiện trên 89 loài biển. Quy trình nuôi cấy gồm hai bước cơ bản là (1) phân lập tế bào trần và (2) nuôi tạo cây con từ tế bào trần. Để tạo ra tế bào trần (protoplast), tế bào rong biển được tách bỏ thành tế bào, chỉ còn phần nguyên sinh chất, nhân và các cơ quan tử. Cần sử dụng các loại enzyme đặc trưng để phân giải thành tế bào như agarase, alginate lyases, carrageenase, cellulase, laminarinase, mannase, porphynase và protease. Việc phối hợp các enzyme trong phân giải thành tế bào thay đổi tùy thuộc từng loại rong. Sau khi tạo ra, tế bào trần được tinh sạch bằng cách lọc hay li tâm. Trong điều kiện nuôi cấy thích hợp, tế bào trần sẽ tái sinh thành tế bào mới, phân chia và phát triển thành cây hoàn chỉnh.

Ưu điểm của phương pháp sử dụng tế bào trần là tiết kiệm được thời gian và chi phí nhân giống. Một gram mẫu mô sau khoảng hai ngày tiến hành phân lập tế bào trần có thể tạo ra nhiều triệu tế bào làm phôi nuôi cấy. Quá trình hình thành cây non từ tế bào trần cũng chỉ mất vài ngày. Tuy nhiên, quá trình phân lập tế bào trần phụ thuộc vào nhiều yếu tố như enzyme và nồng độ sử dụng, pH, điều kiện tinh sạch của môi trường cấy, nhiệt độ ủ phôi, vị trí thu mẫu phôi,…. Cho đến nay, mức độ thành công của phương pháp nuôi cấy tế bào trần còn khá khiêm tốn. Mới chỉ có một ít loài rong biển Ulva, Gracialria, Enteromorpha hay Porphyra tạo được cây con bằng phương pháp này.

Tài liệu tham khảo

• Baweja B., D. Sahoo, P. García-Jiménez and R. R. Robaina, Seaweed tissue culture as applied to biotechnology: Problems, achievements and prospects, Phycological Research, 2009, 45-58.

• Đào Duy Thu và cs, Nghiên cứu nhân giống rong sụn Kappaphycus alvarezii bằng công nghệ nuôi cấy mô, Báo cáo tổng kết đề tài, 2017.

• Hayashi L., S. Yokoya, D. M. Kikuchi and E. C. Oliveira, Callus induction and micropropagation improved by colchicine and phytoregulators in Kappaphycus alvarezii (Rhodophyta, Solieriaceae), J. Appl Phycol, 2008, 653-659.

• Reddy C. R. K., M. K Gupta, V. A. Mantri and B. Jha, Seaweed protoplasts: status, biotechnological perspectives and needs, J. Appl Phycol, 2008, 619-632.

• Reddy C. R. K., G. R. K. Kumar, A. K. Siddhanta and A. Tewari, In vitro somatic embryogenesis and regeneration of somattic embryos from pigmented callus of Kappaphycusalvarezii (Doty) Doty (Rhodophyta, Gigartinales), J. Appl Phycol, 2003, 610-616.

• Rorrer G. L. and D. P. Cheney, Bioprocess engineering of cell and tissue cultures for marine seaweeds, Aquacultural Engineering, 2004, 11-41.

• Yong W. T. L., G. J. W. L. Chin and K. F. Rodrigues, Genetic Identification and Mass Propagation of Economically Important Seaweeds, Algae - Organisms for Imminent Biotechnology, InTech,2016, 277-305.