(Trang 5)
YÊU CẦU CẦN ĐẠT
- Trình bày được tính toàn năng của tế bào và các giai đoạn chung của công nghệ tế bào thực vật. Lấy được ví dụ về công nghệ tế bào thực vật.
- Nêu được một số thành tựu và triển vọng của công nghệ tế bào thực vật.
 | 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? |
I- TÍNH TOÀN NĂNG CỦA TẾ BÀO
Một cây trưởng thành được cấu tạo từ 15 đến 20 loại tế bào chuyên hoá khác nhau. Vì các tế bào chuyên hoá có các đặc điểm cấu trúc và chức năng khác nhau nên các nhà sinh học đặt ra câu hỏi: Liệu trong quá trình phát triển, phân chia và biệt hoá tế bào, các tế bào có mất dần vật chất di truyền hay vẫn còn toàn bộ đầy đủ vật chất di truyền đặc trưng của loài?
Để trả lời câu hỏi này, các nhà khoa học đã tiến hành nuôi cấy mô tế bào rễ, thân và lá của nhiều loài thực vật và kết quả cho thấy các tế bào chuyên hoá có thể phân chia và phát triển thành cơ thể hoàn chỉnh. Như vậy, tế bào chuyên hoá vẫn còn tính toàn năng. Nhiều thí nghiệm khác ở động vật cũng cho thấy các tế bào chuyên hoá vẫn duy trì tính toàn năng.
Tính toàn năng của tế bào là đặc tính của tế bào có khả năng phân chia, biệt hoá thành các loại tế bào khác nhau và phát triển thành một cơ thể hoàn chỉnh trong điều kiện thích hợp. Như vậy, tế bào toàn năng chứa hệ gene mang đầy đủ thông tin di truyền của cơ thể, khi gặp điều kiện thích hợp, từ tế bào đó có thể phát triển thành một cơ thể hoàn chỉnh.
(Trang 6)
II – QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ TẾ BÀO THỰC VẬT
Công nghệ tế bào thực vật là quy trình kĩ thuật nuôi cấy mô tế bào trong môi trường nhân tạo ở điều kiện vô trùng để cho các tế bào phân chia và phát triển thành cơ thể hoàn chỉnh trong ống nghiệm.
Ví dụ của công nghệ tế bào thực vật là tìm ra được quy trình kĩ thuật nuôi cấy mô tế bào của từng loài để chúng có thể giải biệt hoá và phát triển thành cây hoàn chỉnh. Kĩ thuật này được gọi là kĩ thuật nuôi cấy mô tế bào hay còn gọi là vi nhân giống.
Quy trình công nghệ tế bào thực vật trong vi nhân giống gồm các giai đoạn chung:
Chuẩn bị môi trường dinh dưỡng: Môi trường dinh dưỡng nuôi cấy mô tế bào thực vật gồm nhiều thành phần khác nhau, trong đó thành phần không thể thiếu là hai loại hormone thực vật auxin và cytokinine. Tỉ lệ của hai loại hormone này trong môi trường nuôi cấy thay đổi tuỳ theo từng loại 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: Để mô có thể phân chia, giải biệt hoá và tái sinh thành các cây con, mô nuôi cấy trong môi trường dinh dưỡng cần được đặt trong tủ hoặc phòng nuôi cấy mô có điều kiện nhiệt độ và chế độ chiếu sáng 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 hơn tuỳ thuộc từng loài (H 1.1).
Hình 1.1. Ảnh chụp mô sẹo (a); mô sẹo phân hoá (b); mô sẹo bắt đầu tái sinh (c); các chồi tái sinh từ mô sẹo (d) và các cây mía non (e).
(Trang 7)
| ? DỪNG LẠI VÀ SUY NGẪM 1. Trình bày khái quát quy trình nuôi cấy mô tế bào thực vật. 2. Tại sao phải nuôi cấy mô tế bào trong môi trường vô trùng? |
III – MỘT SỐ THÀNH TỰU VÀ TRIỂN VỌNG CỦA CÔNG NGHỆ TẾ BÀO THỰC VẬT
1. Nhân giống bảo tồn các giống cây quý hiếm
Phương pháp nuôi cấy mô tế bào đặc biệt có ý nghĩa trong việc nhân giống các loài cây quý hiếm, bảo tồn các nguồn gen quý, khôi phục các giống cây có nguy cơ tuyệt chủng. Ví dụ: Giống sâm Ngọc Linh quý hiếm đã được nhân giống bằng nuôi cấy mô.
Nhân giống bằng phương pháp nuôi cấy mô tế bào có thể duy trì những giống sạch bệnh hoặc các giống có khả năng chống chịu với virus và vi sinh vật gây bệnh làm tổn thất lớn cho ngành nông nghiệp. Ví dụ: Một số loại chuối hay bị nhiễm nấm gây bệnh vàng lá hấu như không có thuốc điều trị, nấm tồn tại trong đất nhiều năm, phát tán rộng, gây tổn thất cho ngành trồng chuối; vì vậy, nuôi cấy mô tế bào lấy từ các giống chuối chống chịu nấm là một biện pháp nhân giống rất hiệu quả. Nhiều giống khoai tây, cà chua chống chịu được bệnh do virus cũng đã được duy trì và nhân rộng bằng kĩ thuật nuôi cấy mô tế bào.
2. Nhân giống nhanh với số lượng lớn
Những cây gỗ, cây ăn quả có thời gian sinh trưởng dài và lâu ra hoa, cơ thể được nhân giống bằng kĩ thuật nuôi cấy mô tế bào tạo ra số lượng cây con lớn trong một thời gian ngắn, vì thế đem lại hiệu quả kinh tế cao.
Với nền nông nghiệp hiện đại có quy mô lớn, đặc biệt là chuyển về xuất khẩu thì nhân giống vô tính đem lại hiệu quả cao. Ví dụ: Nhân giống chuối bằng phương pháp nuôi cấy mô giúp người nông dân có giống chuối sạch bệnh, thu hoạch đồng loạt, chất lượng ổn định để xuất khẩu với số lượng lớn (H 1.2).
Hình 1.2. Chuối nuôi cấy mô được trồng trên diện tích lớn.
Nuôi cấy mô để nhân giống vô tính các loại hoa lan quý hiếm và nhiều loài cây khác cũng đem lại giá trị kinh tế rất lớn.
3. Tạo giống mới
Thiết lập hệ thống tái sinh in-vitro bằng kĩ thuật nuôi cấy mô tế bào thực vật phục vụ chuyển gene góp phần tạo ra những giống cây mới. Tế bào thực vật nuôi cấy có thể được chỉnh sửa gene bằng các kĩ thuật đặc biệt để tạo ra cây trồng biến đổi gene. Gene từ loài này cũng có thể được chuyển vào tế bào của loài khác, sau đó nuôi cấy cho tế bào phân chia và tái sinh thành cây có thêm gene mới được gọi là cây chuyển gene hay thực vật chuyển gene.
Các nhà khoa học đã chuyển được gene kháng côn trùng từ vi khuẩn vào tế bào của cây bông vải tạo nên giống cây kháng được loại côn trùng ăn lá bông; giống đậu tương được chuyển gene có năng suất cao, kháng sâu bệnh (H 1.3). Một giống lúa mới có tên là lúa vàng (hạt gạo có màu vàng) được chuyển gene sản sinh ra tiền chất tạo vitamin A vốn chưa từng có ở lúa tự nhiên. Giống lúa này rất hữu ích cho những người thiếu vitamin A.
Hình 1.3. Giống đậu tương chuyển gene Roundup Ready cho năng suất cao, kháng sâu bệnh
Một số giống cây trồng được chuyển gene kháng lại thuốc diệt cỏ, vì vậy khi canh tác, người ta phun thuốc diệt cỏ chỉ có chết mà cây trồng không bị chết. Con người đã tạo ra nhiều giống ngô và các loại cây trồng biến đổi gene có được những đặc tính quý hiếm phục vụ cho nhu cầu ngày càng cao của con người.
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 loại vi khuẩn gây nên bệnh khỏi u ở thực vật là Agrobacterium tumefaciens tạo nên thể truyền (vector mang gene chuyển). Con người lợi dụng khả năng xâm nhập vào tế bào cây của loài vi khuẩn này để vector mang gene chuyển gắn vào hệ gene của tế bào cây. 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 kìm tiêm đặc biệt dùng để chuyển gene qua thành tế bào thực vật vào trong tế bào).
(Trang 9)
Hình 1.4. Tóm tắt quy trình tạo cây chuyển gene.
Vector mang gene chuyển
Biến nạp
Tế bào thực vật
Tế bào chuyển gene
Chọn lọc và nuôi cấy tế bào
Nuôi cấy mô và tái sinh cây
Cây con chuyển gene
Cây biến đổi gene
Ngoài việc ứng dụng nuôi cấy mô tế bào tạo giống cây trồng biến đổi gene, các nhà khoa học còn nuôi cấy hạt phấn để tạo ra cây trồng có kiểu gene đơn bội dùng trong nghiên cứu (H 1.5). Bên cạnh đó cũng có thể nuôi cấy các tế bào hạt phấn cho giải phân giải biến hoá rồi xử lí tạo ra tế bào lưỡng bội, sau đó cho tái sinh thành cây lưỡng bội đồng hợp tử về tất cả các gene.
Hình 1.5. Quy trình tạo cây đơn bội từ hạt phấn.
IV – TRIỂN VỌNG CỦA CÔNG NGHỆ TẾ BÀO THỰC VẬT
Công nghệ tế bào thực vật không chỉ giúp nhân nhanh giống quý hiếm, tạo ra lượng lớn tế bào để thu nhận các chất có hoạt tính sinh học giá trị cao... mà công nghệ này kết hợp với công nghệ di truyền sẽ đem lại một cuộc cách mạng trong nông nghiệp. Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp của Liên hợp quốc (FAO) đã đưa ra dự đoán đến năm 2050, nhân loại cần thêm 70% lương thực so với hiện nay. Công nghệ tế bào thực vật kết hợp với công nghệ di truyền có thể là một biện pháp giúp nhân loại tạo được những giống cây lương thực mới, đủ để nuôi sống dân số thế giới. Một trong những chương trình nghiên cứu đầy triển vọng đang được các nhà nghiên cứu tiên hành thuộc chương trình lúa C4 quốc tế là tạo ra giống lúa chuyển gene có khả năng quang hợp hiệu quả hơn nhiều so với giống lúa hiện nay (C3). Bước đầu, các nhà khoa học đã chuyển thành công gene từ cây ngô sang cây lúa vào năm 2017.
(Trang 10)
| ? DỪNG LẠI VÀ SUY NGẪM 1. Nêu một số thành tựu của công nghệ tế bào thực vật. 2. Tóm tắt quy trình tạo giống cây biến đổi gene nhờ công nghệ tế bào thực vật. |
| KIẾN THỨC CỐT LÕI
|
| LUYỆN TẬP VÀ VẬN DỤNG 1. Tính toàn năng của tế bào là gì? 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. 3. Giả sử một bạn học sinh có điều kiện thực hiện nhân giống vô tính bằng kĩ thuật nuôi cấy mô tế bào, bạn đó 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 đủ 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? 4. Công nghệ tế bào thực vật mang lại những lợi ích gì cho con người? |
