Giải chuyên đề học tập Sinh học 10 KNTT bài 1: Công nghệ tế bào thực vật và thành tựu
Dưới đây là phần hướng dẫn giải chi tiết cụ thể cho bộ chuyên đề học tập Sinh học 10 Kết nối tri thức bài 1: Công nghệ tế bào thực vật và thành tựu. Lời giải đưa ra ngắn gọn, cụ thể sẽ giúp ích cho em các em học tập ôn luyên kiến thức tốt, hình thành cho học sinh phương pháp tự học, tư duy năng động sáng tạo. Kéo xuống để tham khảo
Câu hỏi khởi động
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 cây các mẩu mô của một cơ thể thực vật để chúng tái sinh thành cây hoàn chỉnh?
- Mô tế bào là một thành phần của cơ thể nhưng chúng vẫn có tính độc lập riêng biệt. Vì thế, khi tách riêng chúng để nuôi trong một môi trường thích hợp đầy đủ các chất dinh dưỡng, các mô tế bào có thể phát triển thành mô cơ quan, thâm chí là mô cơ thể.
- Tế bào thực vật có tính toàn năng. Tức là mọi tế bào sẽ đều có cùng hệ gen và có khả năng sinh sản vô tính. Do đó, chúng có thể được nuôi cấy trong môi trường thuận lợi để tạo ra các cá thể mới đồng loạt về tính trạng, kiểu gen và kiểu hình.
- Dựa trên tính toàn năng này, phương pháp nuôi cấy mô tế bào xuất hiện. Cơ sở khoa học của nuôi cấy mô tế bào được dựa trên sự nhân đôi và phân li đồng đều của các nhiễm sắc thể trong quá trình nguyên phân.
- Thực tế là rất nhiều các tế bào thực vật có khả năng tái sinh thành cây hoàn chỉnh (còn gọi là totipotency – khả năng biệt hóa của tế bào đơn lẻ thành những tế bào chuyên biệt với số lượng không giới hạn).
- Các tế bào đơn lẻ, các tế bào thực vật không có thành tế bào (protoplast), các mảnh lá, rễ hoặc thân, thường có thể được sử dụng để tạo ra các tế bào mới trên môi trường nuôi cấy bổ sung các chất dinh dưỡng và hormone thực vật.
I. Tính toàn năng của tế bào
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.
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 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 (H 1.1).
Câu hỏi 2. Tại sao phải nuôi cấy mô tế bào trong môi trường vô trùng?
Nuôi cấy mô tế bào trong môi trường vô trùng vì nếu không nuôi cấy trong môi trường vô trùng các tác nhân như virus, mycoplasma, vi khuẩn, nấm men là những tác nhân ngoại nhiễm có thể gây độc cho mẫu cấy hoặc gây ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và phát triển của mẫu cấy, có khi gây chết mẫu.
III. Một số thành tựu và triển vọng của công nghệ tế bào thực vật
IV. Triển vọng của công nghệ tế bào thực vật
Câu hỏi 1. Nêu một số thành tựu của công nghệ tế bào thực vật.
Thành tựu của công nghệ tế bào thực vật được thể hiện chủ yếu trong 3 kĩ thuật là nuôi cấy mô tế bào, kĩ thuật lai tế bào sinh dưỡng và kĩ thuật nuôi cấy hạt phấn hoặc noãn chưa thụ tinh:
Nuôi cấy mô tế bào: Phương pháp nuôi cấy mô đem lại nhiều thành tựu trong nông nghiệp cũng như lâm nghiệp như nhân nhanh với số lượng lớn ở những loài quý hiếm có thời gian sinh trưởng chậm, cây kháng bệnh virus và nhiều bệnh khác. Công nghệ tế bào thực vật kết hợp với công nghệ di truyền tạo ra giống cây biến đổi gene hay cây chuyển gen nhằm thỏa mãn nhu cầu của con người.
Ví dụ: Giống Sâm Ngọc Linh quý hiếm đã được nhân giống bằng nuôi cấy mô. Nhiều giống khoai tây, cà chua chống chịu được bệnh do virus cũng đã được duy trì và nhân rộng bằng phương pháp nuôi cấy mô tế bào.
Lai tế bào sinh dưỡng: Giúp tạo ra giống mới mang đặc điểm của hai loài mà bằng phương pháp tạo giống thông thường không tạo ra được. Ví dụ: tạo ra cây pomato có khả năng ra quả như cà chua và ra củ như khoai tây.
Nuôi cấy hạt phấn hoặc noãn chưa thụ tinh: Giúp tạo ra các cây có kiểu gene đồng hợp tử về tất cả các gene, đem lại nhiều lợi ích trong công tác tạo giống cây trồng.
Câu hỏi 2. Tóm tắt quy trình tạo giống cây biến đổi gene nhờ công nghệ tế bào thực vật.
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
Bài 1. Tính toàn năng của tế bào là gì?
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 đây 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.
Bài 2. Nêu các ưu điểm của nhân giống cây trống 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.
Ưu điểm của nhân giống cây trồng bằng phương pháp nuôi cấy mô tế bào là:
- Hệ số nhân giống cao, nhân giống nhanh
- Cây được tạo ra sạch bệnh
- Duy trì được tính tốt của cây bố mẹ
Bài 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?
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.
Bài 4. Công nghệ tế bào thực vật mang lại những lợi ích gì cho con người?
Hướng dẫn trả lời:
Công nghệ tế bào mang lại những lợi ích gì cho con ngườii:
- Công nghệ tế bào giúp tạo ra những loại cây kháng thuốc diệt cỏ, chịu lạnh, chịu hạn, chịu phèn, chịu mặn,…
- Công nghệ tế bào tạo ra các dòng đều thuần chủng vì chúng được lưỡng bội hóa từ bộ gen đơn bội ban đầu, tính trạng chọn lọc được sẽ rất ổn định.
- Nhân nhanh giống cây trồng có năng suất cao, chất lượng tốt, thích nghi với điều kiện sinh thái nhất định, chống chịu tốt với nhiều loại sâu bệnh…
- Nhân nhanh một số giống cây quý hiếm được bảo tồn nguồn gen khỏi nguy cơ tuyệt chủng.
- Tạo ra các giống cây trồng mới, nhiều mẫu mã đáp ứng thị hiếu của con người.
- Tạo giống mới mang đặc điểm của cả hai loài, từ đó thu được những giống cây có đặc tính tốt từ cả hai loài.