Giải chuyên đề học tập Sinh học 10 Cánh diều bài 3: Các giai đoạn của công nghệ tế bào thực vật

Câu hỏi mở đầu

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?

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.

Để trồng hàng loạt cây sắn (cây khoai mì) hoặc cây khoai lang, em có thể cắt một đoạn thân và trồng xuống đất - giâm cành . Có thể nhân giống cây trồng bằng phương pháp này vì đây phương pháp nhân giống vô tính, được thực hiện bằng cách sử dụng một đoạn cành tách ra khỏi cây mẹ trồng vào giá thể, trong những điều kiện môi trường thích hợp, cành ra rễ và sinh cành mới, tạo thành cây hoàn chỉnh.

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).

• Giai đoạn 1: Chuẩn bị mẫu và môi trường nuôi cấy.
• Giai đoạn 2: Nuôi cấy.
• Gia đoạn 3: Hoàn thiện và thu nhận sản phẩm.

1. Giai đoạn chuẩn bị mẫu và môi trường nuôi cấy

Câu hỏi 2. Tại sao việc khử trùng mẫu trước khi tiến hành nuôi cấy mô tế bào thực vật là cần thiết?

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?

Vì các mẫu phải chứa các tế bào sống từ các mô non có các tế bào sống đang phân chia mạnh chiếm tỉ lệ lớn nhất là dễ tạo mô sẹo. Và các mẫu mô như mô mảnh lá, lá mầm, rễ, chồi đỉnh, chồi nách, phôi từ hạt có thể đáp ứng được điều đó. Ngoài ra cây gốc phải có phẩm chất tốt, năng suất cao và không có dấu hiệu bị bệnh. Từ đó làm giảm mẫu nhiễm, tăng khả năng sống và sinh trưởng của mẫu cấy in vitro. 

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?

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.

2. Giai đoạn nuôi cấy

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?

Vì mỗi giai đoạn khác nhau thì mục đích tạo mô sẹo, tạo rễ, tạo chồi là khác nhau. Để mô tế bào biệt hóa thành mô sẹo, chồi, rễ thì cần cung cấp thành phần các chất khác nhau. Đặc biệt tỉ lệ hormone Auxin/Xitokinin sẽ quyết định quá trình biệt hóa này.

Câu hỏi 5. Các phương pháp nuôi cấy được xây dựng dựa trên những cơ sở nào?

Hướng dẫn 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?

Lai (dung hợp) tế bào trần là phương pháp làm tăng tính đa dạng di truyền ở cây trồng vì các cây lai này được hợp nhất các tế bào trần khác nguồn mang bộ nhiễm sắc thể của các nguồn.

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?

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 cơ quan sử dụng đoạn thân cây mà không tái sinh gián tiếp từ mô sẹo?

Hướng dẫn trả lời:

Do tế bào ở đoạn thân có sức sống tốt hơn, tích lũy nhiều chất dinh dưỡng hơn, còn tế bào của mô sẹo còn khá non nớt, sức sống yếu 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?

3. Giai đoạn hoàn thiện và thu nhận sản phẩm

Câu hỏi 8. Bằng cách nào có thể sản xuất vaccine ăn được (có trong rau, củ, qủa) nhờ công nghệ tế bào thực vật?

Cách có thể sản xuất ra vaccin ăn được ( có trong rau, củ, quả) nhờ sử dụng công nghệ tế bào là:

• Để sản xuất các sản phẩm như vaccin, việc nuôi cấy sẽ được tiến hành trên quy mô lớn trong các bình phản ứng sinh học.
• Các kĩ thuật nuôi cấy tế bào được áp dụng trong sản xuất là: tạo mô sẹo, nuôi cấy huyền phù tế bào, .
• Quá trình nuôi cấy được duy trì bằng bổ sung các chất dinh dưỡng và cung cấp đủ điều kiện về khí và nhiệt độ.
• Thu sinh khối tế bào và tách triết để thu được sản phẩm mong muốn.

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.

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?

Công nghệ vi nhân giống được áp dụng trong nhân giống vô tính ở nhiều loài cây trồng, đáp ứng nhu cầu về giống cây trồng và bảo tồn sinh học. Bên cạnh việc tái sinh cây hoàn chỉnh, công nghệ tế bào thực vật còn được phát triển theo hướng sản xuất hạt nhân tạo (hạt tổng hợp) góp phần lưu giữ, bảo tồn giống thực vật.

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