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
Sinh sản vô tính và phương pháp nhân giống
Mục tiêu bài học
Sau bài này, em giải thích được vì sao sinh sản vô tính tạo ra cá thể con giữ nguyên bộ gene của cây mẹ, phân biệt được bốn phương pháp nhân giống vô tính — giâm, chiết, ghép, nuôi cấy mô — theo cơ chế và đặc điểm riêng của từng phương pháp, và chọn được phương pháp phù hợp cho một tình huống nhân giống cụ thể.
Kiến thức nền cần nhớ
Ở KHTN 7, em đã học khái niệm sinh sản vô tính là hình thức sinh sản không có sự kết hợp giữa giao tử đực và giao tử cái, con sinh ra từ một phần cơ thể mẹ (prior-grade review). Công nghệ 7 cũng từng nhắc tới tên bốn kĩ thuật giâm, chiết, ghép, nuôi cấy mô trong trồng trọt. Bài này quay lại đúng bốn cái tên quen thuộc đó, nhưng hỏi sâu hơn: mỗi phương pháp dựa trên cơ sở tế bào học nào, và vì sao chọn đúng phương pháp lại quan trọng với người làm vườn.
Khởi động
Một nhà vườn ở Bến Tre sở hữu một cây bưởi da xanh duy nhất cho quả ngọt, ít hạt, vỏ mỏng — đặc điểm hiếm gặp trong cả vườn. Ông muốn nhân ra hàng trăm cây con mang đúng đặc điểm quý đó, không chấp nhận rủi ro cây con cho quả khác cây mẹ. Gieo hạt của quả bưởi đó có đáng tin không?
Kiến thức trọng tâm
Sinh sản vô tính không cần giao tử đực và giao tử cái kết hợp. Cá thể con hình thành từ một nhóm tế bào sinh dưỡng của cây mẹ, qua nguyên phân liên tiếp — mà nguyên phân vốn tạo ra tế bào con có bộ nhiễm sắc thể giống hệt tế bào mẹ. Vì vậy cây con giữ nguyên bộ gene của cây mẹ, mang đúng những đặc điểm cây mẹ đang có, kể cả đặc điểm quý hiếm khó gặp lại nếu gieo từ hạt. Gieo hạt thì khác hẳn: hạt hình thành qua sinh sản hữu tính, tổ hợp gene từ cả cây bố lẫn cây mẹ, nên cây con từ hạt gần như chắc chắn mang một tổ hợp đặc điểm khác cây mẹ — đây là lý do nhà vườn ở Bến Tre không thể tin tưởng gieo hạt.
Nhân giống vô tính trong trồng trọt khai thác đúng nguyên lý đó, theo bốn phương pháp phổ biến. Giâm cành cắt một đoạn thân, cành hoặc rễ khỏi cây mẹ, cắm xuống giá thể ẩm; tại vết cắt, tế bào phân chia hình thành rễ bất định, đoạn giâm dần trở thành cây độc lập. Phương pháp này rẻ, dễ làm, không đòi hỏi kĩ thuật cao, nhưng không phải loài nào cũng ra rễ dễ dàng — nhiều loài cây gỗ lâu năm gần như không giâm được.
Chiết cành làm ngược lại về thứ tự: bóc một khoanh vỏ trên cành còn gắn liền với cây mẹ, bọc giá thể ẩm quanh vết bóc, đợi rễ mọc ra ngay tại đó rồi mới cắt rời cành đem trồng. Vì cành chiết vẫn nhận nước và chất hữu cơ từ cây mẹ suốt quá trình ra rễ, tỉ lệ sống sau khi tách thường cao hơn giâm. Cành chiết cũng lấy từ phần cây đã trưởng thành, đủ tuổi ra hoa, nên cây con thường ra hoa kết quả sớm hơn nhiều so với trồng từ hạt hoặc từ một cành giâm còn non.
Ghép cành hoặc ghép mắt theo một logic khác hẳn: gắn một đoạn cành hoặc một mắt chồi từ cây có đặc điểm mong muốn — gọi là cành ghép — lên một cây khác đã có sẵn bộ rễ, gọi là gốc ghép. Mô của hai phần tiếp xúc và liền lại với nhau, mạch dẫn nối thông, nhưng đây vẫn là sinh sản vô tính: không có sự kết hợp giao tử, không có gene nào trộn lẫn giữa hai phần. Cành ghép giữ nguyên bộ gene riêng và quyết định hoàn toàn đặc điểm hoa, quả phía trên; gốc ghép giữ nguyên bộ gene riêng của nó và chỉ góp phần bằng đặc điểm của bộ rễ — chẳng hạn khả năng chịu úng, chịu mặn, hay kháng một loại nấm gây hại trong đất.
Cả bốn đều là sinh sản vô tính nên giữ nguyên bộ gene, nhưng khác nhau về cách ra rễ, tốc độ, và mức độ can thiệp kĩ thuật cần thiết.
Nuôi cấy mô đi xa nhất trong bốn phương pháp. Người ta tách một mẩu mô rất nhỏ — thường là mô phân sinh ở đỉnh chồi — từ cây mẹ, nuôi trong môi trường dinh dưỡng vô trùng có bổ sung hormone thực vật theo tỉ lệ tính toán sẵn. Mẩu mô đó phân chia, rồi biệt hoá lại thành đầy đủ các loại tế bào của một cây hoàn chỉnh — rễ, thân, lá — nhờ tính toàn năng của tế bào thực vật: mỗi tế bào sống mang đủ thông tin di truyền để phát triển thành cả một cơ thể mới, giống như tế bào hợp tử ban đầu. Vì thực hiện trong phòng thí nghiệm vô trùng, nuôi cấy mô cho ra số lượng cây con lớn trong thời gian ngắn và gần như sạch bệnh — nhưng đòi hỏi thiết bị, hoá chất, và người có chuyên môn, nên chi phí đầu tư ban đầu cao hơn hẳn ba phương pháp còn lại.
Ví dụ
So sánh bốn phương pháp nhân giống vô tính ở thực vật
1
Hãy so sánh giâm, chiết, ghép và nuôi cấy mô theo ba tiêu chí: tốc độ nhân số lượng lớn, chi phí thực hiện, và đặc điểm nổi bật.
2
Ta có giâm và ghép đều giới hạn bởi số cành hoặc mắt cắt được từ cây mẹ trong một lần, nên tốc độ ở mức trung bình; chiết còn chậm hơn vì mỗi cành chỉ cho đúng một cây con và phải chờ ra rễ ngay trên cây mẹ; nuôi cấy mô nhân theo cấp số nhân trong ống nghiệm nên nhanh vượt trội khi cần số lượng lớn.
3
Giâm không cần thiết bị đặc biệt nên chi phí thấp nhất. Chiết và ghép cần thêm vật liệu bó bầu hoặc kĩ thuật cắt ghép chính xác nên chi phí ở mức trung bình. Nuôi cấy mô cần phòng thí nghiệm vô trùng, hoá chất, hormone và người có chuyên môn, nên chi phí đầu tư ban đầu cao hơn hẳn ba phương pháp còn lại.
4
| Phương pháp | Tốc độ nhân số lượng | Chi phí | Đặc điểm nổi bật |
|---|---|---|---|
| Giâm cành | Trung bình, giới hạn bởi số cành cắt được | Thấp | Dễ làm, một số loài khó ra rễ |
| Chiết cành | Chậm, mỗi cành cho một cây con | Trung bình | Cây con ra hoa quả sớm |
| Ghép cành/mắt | Trung bình, phụ thuộc số gốc ghép có sẵn | Trung bình | Kết hợp đặc điểm cành ghép và gốc ghép |
| Nuôi cấy mô | Rất nhanh, nhân theo cấp số nhân | Cao (đầu tư ban đầu) | Số lượng lớn, cây con sạch bệnh |
5
Vậy không có phương pháp nào vượt trội tuyệt đối: giâm rẻ nhất nhưng kén loài, chiết cho cây ra quả sớm nhất, ghép kết hợp được hai đặc điểm từ hai cây khác nhau, còn nuôi cấy mô là lựa chọn khi cần số lượng cực lớn trong thời gian ngắn.
Đây là đúng trình tự suy luận dùng trong bài toán chọn phương pháp nhân giống cho vườn sầu riêng ngay sau đây — không có phương pháp nào đúng tuyệt đối, chỉ có phương pháp phù hợp nhất với mục tiêu cụ thể.
Ví dụ
Chọn phương pháp nhân giống cho một vườn sầu riêng (dạng đề kiểm tra)
1
Một nhà vườn ở Tiền Giang có một cây sầu riêng Ri6 tám năm tuổi, cho quả cơm vàng, hạt lép, năng suất cao. Nhà vườn muốn nhân giống 200 cây con để mở rộng diện tích trên một khu đất mới trũng thấp, dễ ngập nước vào mùa mưa; mỗi cây con cần giữ đúng chất lượng quả của cây mẹ, ra quả sớm, và có bộ rễ chịu úng tốt hơn cây mẹ. Hãy đề xuất phương pháp nhân giống phù hợp nhất và giải thích.
2
Ta có sầu riêng là loài cây gỗ khó ra rễ từ cành giâm trong điều kiện canh tác thông thường, nên giâm cành không khả thi. Nuôi cấy mô sầu riêng cũng khó thực hiện đại trà do khó cảm ứng mô sẹo và đòi hỏi thiết bị chuyên sâu, trong khi nhà vườn chỉ cần 200 cây — quy mô này chưa đủ lớn để bù chi phí đầu tư phòng thí nghiệm. (1)
3
Cành chiết tự ra bộ rễ mới hoàn toàn của chính nó, không gắn với gốc ghép nào khác, nên không thể chọn riêng một bộ rễ chịu úng cho cây con — rễ của cây chiết vẫn mang đúng đặc tính rễ vốn có của giống Ri6, không giải quyết được yêu cầu chịu úng tốt hơn cây mẹ. (2)
4
Ghép cành giải quyết được cả hai yêu cầu cùng lúc: lấy cành ghép từ cây Ri6 tám năm tuổi để giữ nguyên chất lượng quả và giúp cây con ra quả sớm nhờ cành ghép đã trưởng thành, đồng thời chọn gốc ghép từ một giống sầu riêng địa phương hoặc giống đã biết là chịu úng tốt, để bộ rễ của cây con mang đúng đặc tính cần thiết. (3)
5
Vậy từ (1), (2) và (3), ghép cành là phương pháp phù hợp nhất cho tình huống này — kết hợp cành ghép mang chất lượng quả của Ri6 với gốc ghép mang bộ rễ chịu úng, điều mà giâm, chiết hay nuôi cấy mô ở quy mô 200 cây đều không đáp ứng đủ.
Sai lầm thường gặp
Nhiều học sinh nghĩ cây ghép mang đặc điểm 'lai' giữa cành ghép và gốc ghép, giống như con lai trong sinh sản hữu tính. Đây là hiểu sai: ghép cành không có sự kết hợp giao tử, không có gene nào trộn lẫn giữa hai phần. Cành ghép quyết định hoàn toàn đặc điểm hoa và quả phía trên; gốc ghép chỉ góp đặc điểm riêng của bộ rễ nó có sẵn — hai bộ gene vẫn tách biệt hoàn toàn trong cùng một cây.
Luyện tập có hướng dẫn
Luyện tập độc lập
Kiểm tra nhanh
Ghi nhớ
Sinh sản vô tính không dùng giao tử nên cây con giữ nguyên bộ gene cây mẹ. Giâm rẻ nhưng kén loài; chiết cho cây ra hoa quả sớm; ghép kết hợp cành ghép (quyết định quả) với gốc ghép (quyết định rễ); nuôi cấy mô dựa trên tính toàn năng của tế bào, cho số lượng lớn và sạch bệnh.
Sinh sản vô tính cho ra cây con giống hệt cây mẹ, nhưng thực vật vẫn cần sinh sản hữu tính để tạo ra biến dị di truyền, thích nghi qua các thế hệ. Bài sau theo dõi hành trình đó bên trong một bông hoa, từ hạt phấn tới hạt và quả.
Ở KHTN 7, em đã học khái niệm sinh sản vô tính là hình thức sinh sản không có sự kết hợp giữa giao tử đực và giao tử cái, con sinh ra từ một phần cơ thể mẹ (prior-grade review). Công nghệ 7 cũng từng nhắc tới tên bốn kĩ thuật giâm, chiết, ghép, nuôi cấy mô trong trồng trọt. Bài này quay lại đúng bốn cái tên quen thuộc đó, nhưng hỏi sâu hơn: mỗi phương pháp dựa trên cơ sở tế bào học nào, và vì sao chọn đúng phương pháp lại quan trọng với người làm vườn.
Sinh sản vô tính không cần giao tử đực và giao tử cái kết hợp. Cá thể con hình thành từ một nhóm tế bào sinh dưỡng của cây mẹ, qua nguyên phân liên tiếp — mà nguyên phân vốn tạo ra tế bào con có bộ nhiễm sắc thể giống hệt tế bào mẹ. Vì vậy cây con giữ nguyên bộ gene của cây mẹ, mang đúng những đặc điểm cây mẹ đang có, kể cả đặc điểm quý hiếm khó gặp lại nếu gieo từ hạt. Gieo hạt thì khác hẳn: hạt hình thành qua sinh sản hữu tính, tổ hợp gene từ cả cây bố lẫn cây mẹ, nên cây con từ hạt gần như chắc chắn mang một tổ hợp đặc điểm khác cây mẹ — đây là lý do nhà vườn ở Bến Tre không thể tin tưởng gieo hạt.
Nhân giống vô tính trong trồng trọt khai thác đúng nguyên lý đó, theo bốn phương pháp phổ biến. Giâm cành cắt một đoạn thân, cành hoặc rễ khỏi cây mẹ, cắm xuống giá thể ẩm; tại vết cắt, tế bào phân chia hình thành rễ bất định, đoạn giâm dần trở thành cây độc lập. Phương pháp này rẻ, dễ làm, không đòi hỏi kĩ thuật cao, nhưng không phải loài nào cũng ra rễ dễ dàng — nhiều loài cây gỗ lâu năm gần như không giâm được.
Chiết cành làm ngược lại về thứ tự: bóc một khoanh vỏ trên cành còn gắn liền với cây mẹ, bọc giá thể ẩm quanh vết bóc, đợi rễ mọc ra ngay tại đó rồi mới cắt rời cành đem trồng. Vì cành chiết vẫn nhận nước và chất hữu cơ từ cây mẹ suốt quá trình ra rễ, tỉ lệ sống sau khi tách thường cao hơn giâm. Cành chiết cũng lấy từ phần cây đã trưởng thành, đủ tuổi ra hoa, nên cây con thường ra hoa kết quả sớm hơn nhiều so với trồng từ hạt hoặc từ một cành giâm còn non.
Ghép cành hoặc ghép mắt theo một logic khác hẳn: gắn một đoạn cành hoặc một mắt chồi từ cây có đặc điểm mong muốn — gọi là cành ghép — lên một cây khác đã có sẵn bộ rễ, gọi là gốc ghép. Mô của hai phần tiếp xúc và liền lại với nhau, mạch dẫn nối thông, nhưng đây vẫn là sinh sản vô tính: không có sự kết hợp giao tử, không có gene nào trộn lẫn giữa hai phần. Cành ghép giữ nguyên bộ gene riêng và quyết định hoàn toàn đặc điểm hoa, quả phía trên; gốc ghép giữ nguyên bộ gene riêng của nó và chỉ góp phần bằng đặc điểm của bộ rễ — chẳng hạn khả năng chịu úng, chịu mặn, hay kháng một loại nấm gây hại trong đất.
Nuôi cấy mô đi xa nhất trong bốn phương pháp. Người ta tách một mẩu mô rất nhỏ — thường là mô phân sinh ở đỉnh chồi — từ cây mẹ, nuôi trong môi trường dinh dưỡng vô trùng có bổ sung hormone thực vật theo tỉ lệ tính toán sẵn. Mẩu mô đó phân chia, rồi biệt hoá lại thành đầy đủ các loại tế bào của một cây hoàn chỉnh — rễ, thân, lá — nhờ tính toàn năng của tế bào thực vật: mỗi tế bào sống mang đủ thông tin di truyền để phát triển thành cả một cơ thể mới, giống như tế bào hợp tử ban đầu. Vì thực hiện trong phòng thí nghiệm vô trùng, nuôi cấy mô cho ra số lượng cây con lớn trong thời gian ngắn và gần như sạch bệnh — nhưng đòi hỏi thiết bị, hoá chất, và người có chuyên môn, nên chi phí đầu tư ban đầu cao hơn hẳn ba phương pháp còn lại.
Phương pháp
Tốc độ nhân số lượng
Chi phí
Đặc điểm nổi bật
Giâm cành
Trung bình, giới hạn bởi số cành cắt được
Thấp
Dễ làm, một số loài khó ra rễ
Chiết cành
Chậm, mỗi cành cho một cây con
Trung bình
Cây con ra hoa quả sớm
Ghép cành/mắt
Trung bình, phụ thuộc số gốc ghép có sẵn
Trung bình
Kết hợp đặc điểm cành ghép và gốc ghép
Nuôi cấy mô
Rất nhanh, nhân theo cấp số nhân
Cao (đầu tư ban đầu)
Số lượng lớn, cây con sạch bệnh
Một nhà vườn ở Tiền Giang có một cây sầu riêng Ri6 tám năm tuổi, cho quả cơm vàng, hạt lép, năng suất cao. Nhà vườn muốn nhân giống 200 cây con để mở rộng diện tích trên một khu đất mới trũng thấp, dễ ngập nước vào mùa mưa; mỗi cây con cần giữ đúng chất lượng quả của cây mẹ, ra quả sớm, và có bộ rễ chịu úng tốt hơn cây mẹ. Hãy đề xuất phương pháp nhân giống phù hợp nhất và giải thích.
Nhiều học sinh nghĩ cây ghép mang đặc điểm 'lai' giữa cành ghép và gốc ghép, giống như con lai trong sinh sản hữu tính. Đây là hiểu sai: ghép cành không có sự kết hợp giao tử, không có gene nào trộn lẫn giữa hai phần. Cành ghép quyết định hoàn toàn đặc điểm hoa và quả phía trên; gốc ghép chỉ góp đặc điểm riêng của bộ rễ nó có sẵn — hai bộ gene vẫn tách biệt hoàn toàn trong cùng một cây.