Câu hỏi mở đầu 1: Để trồng hàng loạt
cây sắn (cây khoai mì) hoặc cây khoai lang, em có thể cắt một đoạn thân và trồng
xuống đất. Vì sao có thể nhân giống cây trồng bằng phương pháp này?
Trả lời:
- Có thể nhân giống hàng loạt cây sắn hoặc cây khoai lang bằng
cách cắt một đoạn thân và trồng xuống đất vì các cây này có thể sinh sản sinh
dưỡng bằng thân cây (từ một đoạn thân có đủ mắt đủ chồi có thể phát
triển thành một cây con hoàn chỉnh).
Câu hỏi mở đầu 2: Các nhà khoa học đã nhân giống vô tính nhiều loài cây trồng quý bằng công nghệ tế bảo thực vật, tiêu biểu là nhân giống lan kim tuyến (như đã nêu ở Bài 1). Em hãy phác thảo các giai đoạn công nghệ nhằm nhân giống lan kim tuyến.
Trả lời:
* Quy trình nuôi cấy lan kim tuyến in vitro
- Chọn mẫu và môi trường nuôi cấy:
+ Cây Lan Kim tuyến sau khi thu hái ở rừng được bảo quản cẩn
thận cây còn nguyên, không được dập nát khô héo. Sau đó, chọn những cây mập có
đường kính từ 3-5mm trở lên (cây mập sẽ cho chồi khỏe và có khả năng tái sinh
cao); cắt bỏ phần rễ, phiến lá (giữ lại phần bẹ lá có tác dụng bảo vệ chồi ngủ).
+ Rửa mẫu cấy bằng nước sạch sau đó đưa mẫu vào bình thủy tinh
lắc đều với dung dịch xà phòng trong 10 phút. Tráng sạch xà phòng 7 lần bằng nước
cất.
- Giai đoạn nuôi cấy:
+ Môi trường cấy tái sinh: ½ MS + 1 mg/l KI + 1mg/l BAP + 10%
Nước dừa + 50g/l chuối + 6,5g/l agar + 20g/l đường
+ Nhận nhanh chồi trong môi trường nhân: MS + 3,0mg/l BAP
+ 0,3 mg/l KI + 6,5g/l agar + 50g/l khoai tây + 10% Nước dừa+ 20g/l đường +
50g/l chuối.
+ Ra rễ tạo cây hoàn chỉnh trong môi trường: MS + 0,3mg/l
BAP + 1mg/l NAA + 1% than hoạt tính + 6,5g/l agar + 50g/l khoai tây + 10% Nước
dừa+ 20g/l đường .
- Giai đoạn hoàn thiện
+ Trước khi ra cây, đưa các bình cây từ phòng nuôi ra ngoài
môi trường tự nhiên khoảng 2 tuần để luyện cây.
Sau khi trồng được một tháng quan sát cây đã sinh trưởng bình thường thì tiến hành phun nhẹ phân bón qua lá ( 7 đến 10 ngày phun 1 lần).
I. Các giai đoạn của công nghệ nuôi cấy mô tế bào thực vật
Câu hỏi 1: Quan sát hình 3.1, hãy cho biết công nghệ tế bào thực vật có các giai đoạn nào?
Trả lời:
- Công nghệ tế bào thực vật có 3 giai đoạn:
(1) Giai đoạn chuẩn bị mẫu và môi trường nuôi cấy.
(2) Giai đoạn nuôi cấy.
(3) Giai đoạn hoàn thiện và thu nhận sản phẩm.
Câu hỏi 2: Tại sao việc khử trùng mẫu trước khi tiến
hành nuôi cấy mô tế bào thực vật là cần thiết?
Trả lời:
- Môi trường nuôi cấy có đầy đủ chất dinh dưỡng nên là nơi lí tưởng cho các loài vi sinh vật sinh trưởng và sinh sản. Với ưu thế sinh sản nhanh, các loài vi sinh vật sẽ cạnh tranh chất dinh dưỡng với các tế bào thực vật, thậm chí chúng có thể tiết độc tố hoặc trực tiếp tấn công tiêu diệt các tế bào thực vật.
Câu hỏi 3: Tại sao có thể
chọn các mẫu mô như mô mảnh lá, lá mầm, rễ, chồi đỉnh, chồi nách, phôi từ hạt để
làm vật liệu nuôi cấy in vitro?
Trả lời:
- Có thể chọn các mẫu mô như mô mảnh lá, lá mầm, rễ, chồi đỉnh, chồi nách, phôi từ hạt để làm vật liệu nuôi cấy in vitro vì: Các mẫu mô như mô mảnh lá, lá mầm, rễ, chồi đỉnh, chồi nách, phôi từ hạt có chứa tỉ lệ lớn các tế bào sống có khả năng phân chia mạnh nên dễ tạo mô sẹo để hình thành nên cây con hoàn chỉnh.
Tìm hiểu thêm 1: Khử trùng mẫu mô tế bào nuôi cấy và khử
trùng dụng cụ, thiết bị, môi trường có áp dụng cùng một phương pháp không?
Vì sao?
Trả lời:
- Khử trùng mẫu mô tế bào nuôi cấy và khử trùng dụng cụ, thiết
bị, môi trường áp dụng không cùng một phương pháp:
Vì mỗi mẫu mô khác nhau lại có một phương pháp xử lí mẫu khác nhau.
Câu hỏi 4: Tại sao không
thể áp dụng một phương pháp nuôi cấy chung trong giai đoạn nuôi cấy mô tế bào
thực vật?
Trả lời:
- Không thể áp dụng một phương pháp nuôi cấy chung trong trong
giai đoạn nuôi cấy mô tế bào thực vật vì dựa vào các mục đích nuôi cấy khác
nhau như nhân giống, sản xuất sản phẩm thứ cấp, mẫu nuôi cấy khác nhau như mảnh
mô, cơ quan, phôi, hạt,… mà cần lựa chọn kĩ thuật và phương pháp nuôi cấy mô
phù hợp.
Câu hỏi 5: Các phương pháp nuôi cấy được xây dựng dựa
trên những cơ sở nào?
Trả lời:
- Các phương pháp nuôi cấy được xây dựng dựa trên cơ sở: sự
nguyên phân của tế bào sinh dưỡng.
Ngoài ra dựa trên mục đích nuôi cấy khác ( nhân giống, sản xuất sản phẩm thứ cấp, mẫu nuôi cấy mô khác nhau...) nhau các kĩ thuật và quy mô nuôi cấy cũng được chọn áp dụng một cách phù hợp.
Tìm hiểu thêm 2: Tại sao
lai (dung hợp) tế bào trần là phương pháp làm tăng tính đa dạng di truyền ở cây
trồng?
Trả lời:
- Lai (dung hợp) tế bào trần là phương pháp làm tăng tính đa dạng di truyền ở cây trồng vì: Dung hợp tế bào trần có thể tạo ra giống mới mang đặc điểm của hai loài mà bằng cách tạo giống thông thường không thể tạo ra được.
Câu hỏi 6: Phôi soma khác với phôi hình thành từ hợp tử
như thế nào? Ứng dụng của nuôi cấy tạo phôi soma là gì?
Trả lời:
- Phôi soma là phôi được hình thành từ các tế bào soma (tế bào
sinh dưỡng) của cây mà không phải từ hợp tử.
- Tạo phôi soma là quá trình nuôi cấy để tế bào soma được khử
biệt hoá và trở thành tế bảo gốc phôi toàn năng, từ đó có khả năng phát triển
thành cơ thể tương tự như phôi phát triển từ hợp tử.
- Nuôi cấy tạo phôi soma sử dụng các tế bào soma có nguồn gốc
từ mảnh mô, tạo phôi trực tiếp trên bề mặt mảnh mô, hoặc tạo phôi gián tiếp qua
nuôi cây mô sẹo và can thiệp tạo phôi.
- Phôi soma được sử dụng trong nhân giống vô tính, tạo vật liệu đồng nhất về di truyền, sạch bệnh; cung cấp nguồn mô để chuyển gene, tái sinh cây từ tế bào trần và trong công nghệ hạt nhân tạo.
Câu hỏi 7: Tại sao trong
nhân giống vô tính để duy trì đặc tính cây trồng, người ta thường tái sinh cây
bằng nuôi cấy tạo cơ quan sử dụng đoạn thân cây mà không tái sinh gián tiếp từ
mô sẹo?
Trả lời:
- Trong nhân giống vô tính để duy trì đặc tính cây trồng, người ta thường tái sinh cây bằng nuôi cấy tạo cơ quan sử dụng đoạn thân cây mà không tái sinh gián tiếp từ mô sẹo vì: Tái sinh cây bằng tái sinh gián tiếp từ mô sẹo sẽ phải trải qua nhiều giai đoạn khiến quá trình tái sinh cây kéo dài (tốn thời gian), đồng thời, tỉ lệ thành công khi tái sinh cây bằng tái sinh gián tiếp từ mô sẹo cũng thấp hơn.
Luyện tập 1: Các kĩ thuật nuôi cấy mô tế bào khác nhau
về mẫu sử dụng cho nuôi cấy và mục đích ứng dụng như thế nào?
Trả lời:
Câu hỏi 8: Bằng cách nào có thể sản xuất vaccine ăn được (có trong rau, củ, quả) nhờ sử dụng công nghệ tế bào thực vật?
Trả lời:
- Sản xuất vaccine ăn được bằng cách sử dụng công nghệ tế
bào thực vật kết hợp với công nghệ gene trong vi nhân giống cây trồng:
Nuôi cấy mảnh mô từ cây được chọn để tạo mô sẹo → Chuyển gene mong
muốn vào mô sẹo → Nuôi huyền phù tế bào để tạo phôi → Tạo hạt nhân
tạo hoặc tái sinh phôi trực tiếp thành cây → Tạo cây con mang gene cần
chuyển. Cây mang gene sẽ mã hóa các protein mong muốn, khi con người ăn vào sẽ
tạo ra được miễn dịch.
Luyện tập 2: Những kĩ thuật nuôi cấy mô tế bào thực vật
nào có thể áp dụng sau khi tạo ra mô sẹo? Hãy nêu định hướng tạo sản phẩm cuối
cùng của các quá trình công nghệ đó.
Trả lời:
- Những kĩ thuật nuôi cấy mô tế bào thực vật được áp dụng sau
khi tạo mô sẹo:
+ Tái sinh cây: sản phẩm cuối cùng của quá trình công nghệ tế
bào là tạo ra cây hoàn chỉnh.
+ Sản xuất hạt nhân tạo: sản phẩm cuối cùng tạo thành những hạt nhân tạo tạo bởi phôi xoma hoặc các thành phần dinh dưỡng của cây được bọc gói lại ở trạng thái ngủ và có thể trở thành cây hoàn chỉnh khi nuôi cấy in vitro.
Tìm hiểu thêm 3: Kĩ thuật
vi nhân giống (nhân giống vô tính) được ứng dụng trong những trường hợp nào?
Khi nào thì nên áp dụng kĩ thuật này mà không phải là nhân giống từ hạt tạo
thành bằng lai hữu tính?
Trả lời:
- Kĩ thuật vi nhân giống được ứng dụng trong các trường hợp
là:
+ Nhân nhanh giống cây trồng: Tái sinh cây hoàn chỉnh
từ một tế bào soma hoặc mô sẹo.
+ Bảo tồn sinh học: Sản xuất hạt nhân tạo góp phần lưu
trữ, bảo tồn giống thực vật.
- Nên áp dụng kĩ thuật vi nhân giống mà không phải là nhân giống từ hạt tạo bằng lai hữu tính khi muốn nhân nhanh giống cây trồng mà vẫn giữ được đặc tính của cây mẹ.
Luyện tập 3: Quan sát các hình 3.7 (a - g) về quá trình
tái sinh cây lúa (Oryza sativa) từ nuôi cấy mô tế bào và thực hiện các yêu cầu
sau:
a) Cho các mô tả sau: (1) Sau 35 ngày tái sinh; (2) Sau 17
ngày trên môi trường tái sinh; (3) Sau 9 ngày trên môi trường tái sinh, (4)
Nuôi cấy tạo mô sẹo từ phôi hạt; (5) Đưa cây ra nhà lưới; (6) Sau 25 ngày tái
sinh. Hãy ghép mỗi mô tả (1 - 6) với mỗi hình (a - g) cho phù hợp.
b) Sắp xếp các hình theo tiến trình thời gian thực hiện các giai đoạn nuôi cấy mô tế bào và tái sinh ở cây lúa.
Trả lời:
a) (1) - c; (2) - g; (3) - b; (4) - d; (5) - e; (6) - a
b) Tiến trình thời gian thực hiện các giai đoạn nuôi cấy mô
tế bào và tái sinh ở cây lúa:
d → b → a → g → e → c
Luyện tập 4: Thiết lập các bước tiến hành sản xuất một loại vaccine để phòng bệnh truyền nhiễm sử dụng công nghệ nuôi cấy mô tế bào cây thuốc lá, kết hợp kĩ thuật chuyển gene vào tế bào thực vật nuôi cấy nhờ vi khuẩn Agrobacterium tumefaciens (tham khảo hình 3.6).
Trả lời:
- Các bước tiến hành sản xuất một loại vaccine để phòng bệnh
truyền nhiễm sử dụng công nghệ nuôi cấy mô tế bào cây thuốc lá, kết hợp với kĩ
thuật chuyển gene vào tế bào thực vật nuôi cấy nhờ vi khuẩn Agrobacterium
tumefaciens:
(1) Tách các mẫu mô từ cơ quan của cây thuốc lá
(2) Nuôi cấy mảnh mô để tạo mô sẹo
(3) Sử dụng vi khuẩn Agrobacterium tumefaciens làm
vector chuyển gene vào mô sẹo
(4) Nuôi cấy huyền phù để nhân dòng tế bào mang gene
cần chuyển
(5) Tạo phôi mang gene cần chuyển
(6) Sử dụng môi trường dinh dưỡng thích hợp, bổ sung
hormone kích thích sinh trưởng để kích thích phôi mang gene cần chuyển
phát triển thành cây con
(7) Đưa cây con mang gene cần chuyển sang trồng ở vườn ươm rồi trồng đại trà để thu vaccine phòng bệnh
