Mở đầu: Những cây con nhỏ xíu trong đĩa Petri ở hình bên được tái sinh từ những mẩu mô trong môi trường nuôi cấy nhân tạo. Bằng cách nào các nhà khoa học có thể nuôi cấy các mẩu mô của một cơ thể thực vật để chúng tái sinh thành cây hoàn chỉnh?
Trả lời:
- Các nhà khoa học có thể nuôi cấy các mẩu mô của một cơ thể thực vật để chúng tái sinh thành cây hoàn chỉnh nhờ công nghệ nuôi cấy mô tế bào thực vật. Bí quyết của công nghệ tế bào thực vật là tìm ra được quy trình kĩ thuật nuôi cấy các mô tế bào của từng loài để chúng có thể giải biệt hóa và phát triển thành cây hoàn chỉnh.
II. Quy trình công nghệ tế bào thực vật
Câu hỏi 1: Trình bày khái quát quy trình nuôi cấy mô tế
bào thực vật.
Trả lời:
+ Chuẩn bị môi trường dinh dưỡng: Môi trường dinh dưỡng
nuôi cấy mô tế bào thực vật có thành phần không thể thiếu là hai loại hormone
thực vật auxin và cytokine. Tỉ lệ của hai loại hormone này trong môi trường nuôi
cấy thay đổi tuỳ theo từng loài cây. Toàn bộ môi trường và dụng cụ nuôi cấy mô
cần được khử trùng trước khi sử dụng.
+ Khử trùng mô nuôi cấy: Mô lấy từ cây để nuôi cấy cần được
khử trùng trước khi đưa vào môi trường nuôi cấy trong đĩa Petri hoặc các bình thuỷ
tinh.
+ Tái sinh cây: Môi trường dinh dưỡng cần được đặt trong tủ hoặc phòng nuôi cấy mô có điều kiện nhiệt độ và chế độ quang chu kì thích hợp. Các tế bào sẽ giải biệt hoá, phân chia tạo ra mô gồm các tế bào chưa phân hoá, được gọi là mô sẹo. Các tế bào mô sẹo sau đó tái biệt hoá thành các loại tế bào chuyên hoá khác nhau. Từ mô sẹo hình thành nên rễ, chồi và thành cây con hoàn chỉnh. Toàn bộ thời gian cho quy trình nuôi cấy từ mô đến hình thành cây con cần từ 6 tuần đến 8 tuần hoặc hơn tuỳ thuộc từng loài
Câu hỏi 2: Tại sao phải nuôi cấy mô tế bào trong môi trường vô trùng?
Trả lời:
- Cần nuôi cấy tế bào trong môi trường vô trùng vì:
III. Một số thành tựu và triển vọng của công nghệ tế bào thực vật
Câu hỏi 1: Nêu một số thành tựu của công nghệ tế bào thực vật.
Trả lời:
Một số thành tựu của công nghệ tế bào thực vật:
- Nhân giống bảo tồn giống Sâm Ngọc Linh quý hiếm.
- Nhân giống sạch bệnh, có khả năng chống chịu với
virus và vi sinh vật gây bệnh: giống chuối chống chịu nấm; giống khoai
tây, cà chua chống chịu được virus;…
- Nhân giống nhanh với số lượng lớn: nhân giống vô tính
các loại hoa lan quý hiếm và nhiều cây có giá trị kinh tế rất lớn.
- Tạo giống mới: Kĩ thuật nuôi cấy mô tế bào thực vật
phục vụ chuyển gene góp phần tạo ra những giống cây mới như giống
bông kháng côn trùng ăn lá, giống lúa vàng có khả năng sản sinh ra
tiền chất tạo vitamin A, giống ngô kháng thuốc diệt cỏ,…
Câu hỏi 2: Tóm tắt quy trình tạo giống cây biến đổi
gene nhờ công nghệ tế bào thực vật.
Trả lời:
- Quy trình tạo giống cây trồng chuyển gene thông qua kĩ thuật nuôi cấy mô tế bào được trình bày ở hình 1.4.
+ Gene cần chuyển được gắn vào plasmid của một loài vi khuẩn gây nên bệnh khối u ở thực vật là Agrobacterium tumefaciens tạo nên thể truyền (vector mang gene chuyển).
+ Thể truyền plasmid vào trong tế bào sẽ chuyển gene cần chuyển
từ plasmid vào NST của tế bào cây. Các tế bào biến đổi gene được nuôi cấy và chọn
lọc cho tái sinh thành cây hoàn chỉnh (cây chuyển gene).
+ Ngoài việc sử dụng thể truyền, gene cũng có thể được chuyển vào tế bào cây bằng nhiều cách khác nhau như sử dụng súng bắn gene, vi tiêm (một loại kim tiêm đặc biệt dùng để chuyển gene qua thành tế bào thực vật vào trong tế bào).
Luyện tập và vận dụng
Luyện tập và vận dụng 1: Tính toàn năng của tế bào là gì?
Trả lời:
- Tính toàn năng của tế bào được hiểu là tế bào có đầy đủ tiềm năng di truyền để có thể phân chia và biệt hóa thành một cơ thể hoàn chỉnh trong điều kiện thích hợp. Tế bào phải có đầy đủ vật chất di truyền đặc thù cho loài thì mới có khả năng phân chia và biệt hóa thành nhiều loại tế bào khác nhau của một cơ thể.
- Những tế bào chuyên hóa có thể bị mất bớt vật chất di truyền, thậm chí mất toàn bộ nhân trong quá trình biệt hóa thì không có tính toàn năng. Tế bào chuyên hóa vẫn còn đầy đủ vật chất di truyền nhưng trong cơ thể chúng thường không có khả năng tái biệt hóa, phân chia thành các loại tế bào khác nhau. Những tế bào chuyên hóa có những nhóm gene nhất định được hoạt động, tạo ra các loại protein đặc trưng, dẫn đến tế bào chuyên hóa có các đặc điểm hình thái, cấu trúc và chức năng không giống với các tế bào khác cho dù chúng có tiềm năng di truyền như nhau.
Luyện tập và vận dụng 2: Nêu các ưu điểm của nhân giống cây trồng bằng phương pháp nuôi cấy mô
tế bào so với các phương pháp nhân giống truyền thống như giâm cành, chiết cành
hoặc gieo trồng từ hạt.
Trả lời:
* Ưu điểm của nhân giống cây trồng bằng phương pháp nuôi cấy mô
tế bào so với các phương pháp nhân giống truyền thống như giâm cành, chiết cành
hoặc gieo trồng từ hạt:
- So với nhân giống bằng phương pháp chiết cành, giâm
cành chỉ giới hạn số lượng cây con nhất định, nuôi cấy mô tế bào có
thể tạo ra một số lượng rất lớn cây con chỉ từ một mẩu mô gốc ban
đầu.
- So với nhân giống bằng phương pháp gieo trồng từ
hạt tạo ra đời con có các kiểu gene khác nhau, nuôi cấy mô tế bào
tạo ra đời con có cùng kiểu gene, giúp duy trì kiểu gene tốt của cây
mẹ và cho thu hoạch đồng loạt.
- Ngoài ra, nuôi cấy mô tế bào còn cho phép duy trì
những giống sạch bệnh hoặc giống có khả năng chống chịu với virus
và vi sinh vật gây tổn thất lớn cho ngành nông nghiệp.
Luyện tập và vận dụng 3: Giả sử một bạn học sinh có điều kiện thực hành
nhân giống vô tính bằng kĩ thuật nuôi cấy mô tế bào, bạn đó đã lựa chọn nhân giống
cây hoa phong lan. Tuy nhiên, mô nuôi cấy chỉ phân chia thành mô sẹo mà không
phát triển thành cơ thể hoàn chỉnh dù đã thực hiện đúng trình tự các bước. Theo
em, tại sao mô không phát triển được thành một cây hoàn chỉnh? Cần điều chỉnh yếu
tố nào để nhân giống thành công?
Trả lời:
- Mô sẹo không phát triển thành cây hoàn chỉnh vì trong ống
nghiệm nuôi cấy không chứa đủ môi trường dinh dưỡng đặc và có hoocmôn
sinh trưởng phù hợp để kích thích chúng phân hoá thành cây con hoàn chỉnh.
- Các yếu tố điều chỉnh để nhân giống thành công:
+ Chất dinh dưỡng.
+ Hormon sinh trưởng.
Luyện tập và vận dụng 4: Công nghệ tế bào thực vật mang lại những lợi ích gì cho con người?
Trả lời:
- Công nghệ tế bào thực vật giúp nhân giống cây quý hiếm, cây có đặc tính mong muốn với số lượng lớn, đem lại giá trị kinh tế cao.
- Công nghệ tế bào thực vật kết hợp với công nghệ di truyền có thể tạo ra nhiều giống cây mới không có trong tự nhiên, đem lại năng suất cao, tăng lợi ích kinh tế.
- Bảo tồn các loài sinh vật quý hiếm có nguy cơ tuyệt chủng.