Đây là bản xem thử. Phiên bản đầy đủ trong ứng dụng có bài tập, AI chấm ngay và theo dõi tiến độ học.
Bài học
Công nghệ tế bào thực vật
Mục tiêu bài học
Sau bài này, em giải thích được tính toàn năng của tế bào thực vật là cơ sở của công nghệ nuôi cấy mô, mô tả được quy trình vi nhân giống, và nêu được lợi ích thực tiễn của kỹ thuật này so với nhân giống truyền thống.
Kiến thức nền cần nhớ
Ở lớp 6, em đã học tế bào là đơn vị cấu trúc và chức năng cơ bản của mọi cơ thể sống (prior-grade review). Hai bài trước vừa khép lại phần phân bào của chương trình lớp 10 (same-grade bridge); bài này chuyển sang một ứng dụng thực tiễn của sinh học tế bào, dựa trên một khả năng đặc biệt mà chỉ tế bào thực vật mới có ở mức độ mạnh: tính toàn năng.
Khởi động
Một người làm vườn có một cây lan quý hiếm, nhưng cây mẹ mới chỉ có một cây duy nhất, chưa đủ cành để giâm hay chiết theo cách thông thường. Có cách nào tạo ra hàng nghìn cây con giống hệt cây mẹ, chỉ từ một mẩu mô nhỏ bằng đầu ngón tay?
Kiến thức trọng tâm
Tính toàn năng của tế bào thực vật là khả năng một tế bào thực vật còn sống, chưa mất hoàn toàn khả năng phân chia, có thể phát triển thành một cây hoàn chỉnh nếu được nuôi trong môi trường dinh dưỡng và điều kiện vô trùng phù hợp. Khả năng này tồn tại được vì tế bào đó vẫn giữ đầy đủ bộ gene của cả cơ thể trong nhân, tương tự tế bào hợp tử ban đầu — chỉ cần đúng điều kiện nuôi cấy và đúng loại hormone thực vật, tế bào có thể quay lại trạng thái phân chia mạnh rồi biệt hoá thành các loại mô khác nhau của một cây mới.
Quy trình vi nhân giống (nuôi cấy mô) khai thác tính toàn năng đó theo các bước chính. Đầu tiên, chọn một mẫu mô nhỏ khoẻ mạnh từ cây mẹ, gọi là mẫu cấy, thường lấy ở đỉnh sinh trưởng hoặc chồi non vì tế bào ở đây phân chia mạnh và ít mang mầm bệnh tích luỹ. Mẫu cấy được khử trùng bề mặt để loại vi sinh vật gây nhiễm, rồi đưa vào môi trường dinh dưỡng nhân tạo vô trùng có bổ sung hormone thực vật đúng tỉ lệ, kích thích mẫu mô tăng sinh thành một khối mô chưa biệt hoá gọi là mô sẹo. Điều chỉnh tỉ lệ hormone khác đi sẽ kích thích mô sẹo biệt hoá thành chồi non, rồi tiếp tục kích thích chồi ra rễ để tạo thành cây con hoàn chỉnh. Cuối cùng, cây con được đưa dần ra môi trường tự nhiên, cho thích nghi trước khi đem trồng đại trà.
Kỹ thuật này mang lại ba lợi ích rõ rệt so với nhân giống truyền thống bằng giâm, chiết hay ghép cành. Thứ nhất, từ một mẫu mô rất nhỏ có thể nhân ra số lượng cây con rất lớn trong thời gian ngắn, hệ số nhân giống cao hơn hẳn các cách truyền thống. Thứ hai, mọi cây con sinh ra đều mang kiểu gene giống hệt cây mẹ và giống hệt nhau, vì chúng đều bắt nguồn từ cùng một tế bào ban đầu qua nguyên phân — hữu ích khi cần giữ nguyên một đặc điểm quý của giống cây gốc. Thứ ba, nếu mẫu mô được xử lý sạch bệnh trước khi nuôi cấy, cây con tạo ra thường sạch bệnh — đặc biệt hữu ích với các bệnh do virus, vì virus thường không xâm nhập tới tận đỉnh sinh trưởng của cây.
Mỗi bước điều chỉnh một loại hormone thực vật khác nhau để dẫn dắt mẫu mô đi đúng hướng phát triển.Nuôi cấy mô không phải kỹ thuật hoàn hảo miễn phí — lợi ích lớn đi kèm yêu cầu kỹ thuật và chi phí thực tế.
Ví dụ
Theo dõi quy trình nhân giống một giống chuối năng suất cao
1
Một vườn ươm ở Việt Nam chỉ có một cây chuối mẹ cho năng suất cao, muốn nhân nhanh thành nhiều cây giống đồng nhất để trồng đại trà. Hãy mô tả quy trình nuôi cấy mô phù hợp cho tình huống này.
2
Lấy mẫu mô từ đỉnh sinh trưởng của chồi chuối con mọc quanh gốc cây mẹ — vị trí này tế bào phân chia mạnh, phù hợp để tạo mô sẹo nhanh.
3
Mẫu mô được khử trùng bề mặt rồi đưa vào môi trường dinh dưỡng vô trùng có hormone thực vật đúng tỉ lệ, kích thích mẫu tăng sinh thành mô sẹo.
4
Điều chỉnh tỉ lệ hormone để mô sẹo biệt hoá thành nhiều chồi nhỏ, rồi tiếp tục kích thích từng chồi ra rễ, tạo thành cây chuối con hoàn chỉnh trong ống nghiệm.
5
Vậy từ một cây chuối mẹ duy nhất, quy trình vi nhân giống có thể tạo ra rất nhiều cây con mang kiểu gene giống hệt cây mẹ, đủ để trồng đại trà mà vẫn giữ nguyên đặc điểm năng suất cao ban đầu.
Ví dụ
Tính số chồi thu được sau nhiều chu kỳ nhân giống (dạng đề kiểm tra)
1
Giả sử tại một cơ sở nuôi cấy mô, cứ mỗi 4 tuần, một chồi lại nhân lên thành 5 chồi mới (hệ số nhân chồi bằng 5 mỗi chu kỳ). Bắt đầu từ 1 mẫu mô ban đầu, hỏi sau 3 chu kỳ liên tiếp (12 tuần), cơ sở này thu được tối đa bao nhiêu chồi?
2
Mỗi chu kỳ, số chồi nhân lên gấp 5 lần so với chu kỳ trước, nên sau $k$ chu kỳ, số chồi bằng $5^k$ lần số chồi ban đầu.
3
Sau chu kỳ 1 (tuần 4): $1 \times 5 = 5$ chồi. Sau chu kỳ 2 (tuần 8): $5 \times 5 = 25$ chồi. Sau chu kỳ 3 (tuần 12): $25 \times 5 = 125$ chồi.
4
$5^3 = 125$ — khớp với kết quả tính từng bước ở trên.
5
Vậy sau 3 chu kỳ (12 tuần), từ 1 mẫu mô ban đầu, cơ sở nuôi cấy mô thu được tối đa 125 chồi — minh hoạ vì sao hệ số nhân giống của nuôi cấy mô vượt xa cách nhân giống truyền thống.
Sai lầm thường gặp
Một nhầm lẫn thường gặp là nghĩ nuôi cấy mô tạo ra một GIỐNG CÂY MỚI, mang đặc điểm khác cây mẹ. Thực ra bản chất kỹ thuật này chỉ là nhân bản vô tính từ tế bào sinh dưỡng — mọi cây con giữ nguyên kiểu gene của cây mẹ, không hề tạo ra biến dị hay giống mới nào. Muốn tạo giống cây mới cần các phương pháp khác, ví dụ lai tạo hoặc gây đột biến, chứ không phải nuôi cấy mô. Một nhầm lẫn khác là nghĩ tế bào nào của cây cũng có tính toàn năng như nhau — thực ra tế bào càng biệt hoá sâu, chưa xử lý điều kiện phù hợp, càng khó tái lập trình để phát triển thành cả một cây mới.
Luyện tập có hướng dẫn
Luyện tập độc lập
Kiểm tra nhanh
Ghi nhớ
Tính toàn năng cho phép một tế bào thực vật phát triển thành cả một cây hoàn chỉnh. Vi nhân giống khai thác khả năng này qua quy trình: chọn mẫu, khử trùng, tạo mô sẹo, biệt hoá thành chồi, ra rễ, rồi đưa ra môi trường tự nhiên — cho ra số lượng lớn cây con đồng nhất về kiểu gene, có thể sạch bệnh.
Bài tiếp theo chuyển sang tế bào động vật — nơi tính toàn năng bị giới hạn hơn nhiều, buộc công nghệ tế bào phải dùng những chiến lược khác hẳn.
Ở lớp 6, em đã học tế bào là đơn vị cấu trúc và chức năng cơ bản của mọi cơ thể sống (prior-grade review). Hai bài trước vừa khép lại phần phân bào của chương trình lớp 10 (same-grade bridge); bài này chuyển sang một ứng dụng thực tiễn của sinh học tế bào, dựa trên một khả năng đặc biệt mà chỉ tế bào thực vật mới có ở mức độ mạnh: tính toàn năng.
Tính toàn năng của tế bào thực vật là khả năng một tế bào thực vật còn sống, chưa mất hoàn toàn khả năng phân chia, có thể phát triển thành một cây hoàn chỉnh nếu được nuôi trong môi trường dinh dưỡng và điều kiện vô trùng phù hợp. Khả năng này tồn tại được vì tế bào đó vẫn giữ đầy đủ bộ gene của cả cơ thể trong nhân, tương tự tế bào hợp tử ban đầu — chỉ cần đúng điều kiện nuôi cấy và đúng loại hormone thực vật, tế bào có thể quay lại trạng thái phân chia mạnh rồi biệt hoá thành các loại mô khác nhau của một cây mới.
Quy trình vi nhân giống (nuôi cấy mô) khai thác tính toàn năng đó theo các bước chính. Đầu tiên, chọn một mẫu mô nhỏ khoẻ mạnh từ cây mẹ, gọi là mẫu cấy, thường lấy ở đỉnh sinh trưởng hoặc chồi non vì tế bào ở đây phân chia mạnh và ít mang mầm bệnh tích luỹ. Mẫu cấy được khử trùng bề mặt để loại vi sinh vật gây nhiễm, rồi đưa vào môi trường dinh dưỡng nhân tạo vô trùng có bổ sung hormone thực vật đúng tỉ lệ, kích thích mẫu mô tăng sinh thành một khối mô chưa biệt hoá gọi là mô sẹo. Điều chỉnh tỉ lệ hormone khác đi sẽ kích thích mô sẹo biệt hoá thành chồi non, rồi tiếp tục kích thích chồi ra rễ để tạo thành cây con hoàn chỉnh. Cuối cùng, cây con được đưa dần ra môi trường tự nhiên, cho thích nghi trước khi đem trồng đại trà.
Kỹ thuật này mang lại ba lợi ích rõ rệt so với nhân giống truyền thống bằng giâm, chiết hay ghép cành. Thứ nhất, từ một mẫu mô rất nhỏ có thể nhân ra số lượng cây con rất lớn trong thời gian ngắn, hệ số nhân giống cao hơn hẳn các cách truyền thống. Thứ hai, mọi cây con sinh ra đều mang kiểu gene giống hệt cây mẹ và giống hệt nhau, vì chúng đều bắt nguồn từ cùng một tế bào ban đầu qua nguyên phân — hữu ích khi cần giữ nguyên một đặc điểm quý của giống cây gốc. Thứ ba, nếu mẫu mô được xử lý sạch bệnh trước khi nuôi cấy, cây con tạo ra thường sạch bệnh — đặc biệt hữu ích với các bệnh do virus, vì virus thường không xâm nhập tới tận đỉnh sinh trưởng của cây.
Mỗi chu kỳ, số chồi nhân lên gấp 5 lần so với chu kỳ trước, nên sau k chu kỳ, số chồi bằng 5k lần số chồi ban đầu.
Sau chu kỳ 1 (tuần 4): 1×5=5 chồi. Sau chu kỳ 2 (tuần 8): 5×5=25 chồi. Sau chu kỳ 3 (tuần 12): 25×5=125 chồi.
53=125 — khớp với kết quả tính từng bước ở trên.
Một nhầm lẫn thường gặp là nghĩ nuôi cấy mô tạo ra một GIỐNG CÂY MỚI, mang đặc điểm khác cây mẹ. Thực ra bản chất kỹ thuật này chỉ là nhân bản vô tính từ tế bào sinh dưỡng — mọi cây con giữ nguyên kiểu gene của cây mẹ, không hề tạo ra biến dị hay giống mới nào. Muốn tạo giống cây mới cần các phương pháp khác, ví dụ lai tạo hoặc gây đột biến, chứ không phải nuôi cấy mô. Một nhầm lẫn khác là nghĩ tế bào nào của cây cũng có tính toàn năng như nhau — thực ra tế bào càng biệt hoá sâu, chưa xử lý điều kiện phù hợp, càng khó tái lập trình để phát triển thành cả một cây mới.