Bài học

Gây đa bội thể trong chọn giống

Mục tiêu bài học

Sau bài này, em giải thích được cơ chế tạo thể đa bội bằng cônsixin, nêu được đặc điểm chung của thể đa bội, và giải thích được cách tạo giống không hạt bằng phương pháp lai tạo thể tam bội.

Kiến thức nền cần nhớ

Ở bài Đột biến nhiễm sắc thể trước đây, em đã biết đa bội là một dạng đột biến số lượng nhiễm sắc thể, thường gây chết ở động vật nhưng lại có giá trị thực tế ở thực vật (same-grade bridge). Em cũng đã học về thoi phân bào (thoi vô sắc) trong bài Nhiễm sắc thể và phân bào (same-grade bridge). Bài trước em vừa thấy gây đột biến nói chung tạo biến dị mới ở mức gene; bài này xét một dạng gây đột biến đặc biệt, chủ động tác động lên toàn bộ bộ nhiễm sắc thể.

Khởi động

Một quả dưa hấu bình thường có rất nhiều hạt. Nhưng dưa hấu không hạt bán ở chợ vẫn là một quả dưa hấu bình thường, vẫn được thụ phấn như mọi loài cây có hoa khác. Làm sao tạo ra được một quả có "con" — tức hạt — mà lại gần như không có hạt nào?

Kiến thức trọng tâm

Cônsixin là một hoá chất có khả năng ngăn cản sự hình thành thoi phân bào trong quá trình phân bào. Khi tế bào được xử lí cônsixin, nhiễm sắc thể vẫn nhân đôi bình thường nhưng không có thoi phân bào để kéo chúng về hai cực tế bào con — toàn bộ nhiễm sắc thể đã nhân đôi ở lại trong một tế bào duy nhất, khiến bộ nhiễm sắc thể của tế bào đó tăng gấp đôi. Nếu xử lí ở đỉnh sinh trưởng của một cây lưỡng bội ( $2n$ ), phần mô đó phát triển thành cành hoặc cây mang bộ nhiễm sắc thể gấp đôi — thể tứ bội ( $4n$ ).

Cônsixin là một hoá chất có khả năng ngăn cản sự hình thành thoi phân bào trong quá trình phân bào. Khi tế bào được xử lí cônsixin, nhiễm sắc thể vẫn nhân đôi bình thường nhưng không có thoi phân bào để kéo chúng về hai cực tế bào con — toàn bộ nhiễm sắc thể đã nhân đôi ở lại trong một tế bào duy nhất, khiến bộ nhiễm sắc thể của tế bào đó tăng gấp đôi. Nếu xử lí ở đỉnh sinh trưởng của một cây lưỡng bội ($2n$), phần mô đó phát triển thành cành hoặc cây mang bộ nhiễm sắc thể gấp đôi — thể tứ bội ($4n$).

Vì tế bào đa bội chứa nhiều bộ nhiễm sắc thể hơn, chúng thường có kích thước lớn hơn tế bào lưỡng bội bình thường. Cơ quan sinh dưỡng của thực vật đa bội — thân, lá, củ, quả — vì vậy cũng thường to hơn, cây sinh trưởng khoẻ hơn. Đây chính là lí do đa bội có giá trị trong chọn giống cây trồng, dù ở động vật, việc tăng thêm cả bộ nhiễm sắc thể thường gây rối loạn nghiêm trọng và dẫn tới chết, như em đã học ở bài Đột biến nhiễm sắc thể.

Ứng dụng nổi tiếng nhất của đa bội là tạo giống không hạt, ví dụ dưa hấu không hạt. Lai cây tứ bội ( $4n$ , làm mẹ) với cây lưỡng bội bình thường ( $2n$ , làm bố): cây tứ bội giảm phân cho giao tử mang $2n$ nhiễm sắc thể (vì giảm phân từ $4n$ chia đôi thành $2n$ ), còn cây lưỡng bội cho giao tử bình thường mang $n$ nhiễm sắc thể. Hợp tử nhận cả hai loại giao tử có bộ nhiễm sắc thể $2n+n=3n$ — thể tam bội. Vì $3$ là số lẻ, không chia hết cho $2$ , nhiễm sắc thể của cây tam bội không thể phân chia đều thành hai bộ cân bằng khi giảm phân, khiến phần lớn giao tử tạo ra bị thừa hoặc thiếu nhiễm sắc thể và mất khả năng thụ tinh bình thường — cây tam bội gần như bất thụ, không tạo được hạt hoàn chỉnh. Quả vẫn phát triển bình thường nếu được kích thích bởi phấn hoa từ một cây lưỡng bội trồng xen bên cạnh, nhưng bên trong gần như không có hạt — đó chính là dưa hấu không hạt bán ngoài chợ.

Ứng dụng nổi tiếng nhất của đa bội là tạo giống không hạt, ví dụ dưa hấu không hạt. Lai cây tứ bội ($4n$, làm mẹ) với cây lưỡng bội bình thường ($2n$, làm bố): cây tứ bội giảm phân cho giao tử mang $2n$ nhiễm sắc thể (vì giảm phân từ $4n$ chia đôi thành $2n$), còn cây lưỡng bội cho giao tử bình thường mang $n$ nhiễm sắc thể. Hợp tử nhận cả hai loại giao tử có bộ nhiễm sắc thể $2n+n=3n$ — thể tam bội. Vì $3$ là số lẻ, không chia hết cho $2$, nhiễm sắc thể của cây tam bội không thể phân chia đều thành hai bộ cân bằng khi giảm phân, khiến phần lớn giao tử tạo ra bị thừa hoặc thiếu nhiễm sắc thể và mất khả năng thụ tinh bình thường — cây tam bội gần như bất thụ, không tạo được hạt hoàn chỉnh. Quả vẫn phát triển bình thường nếu được kích thích bởi phấn hoa từ một cây lưỡng bội trồng xen bên cạnh, nhưng bên trong gần như không có hạt — đó chính là dưa hấu không hạt bán ngoài chợ.

Ví dụ

Xác định bộ nhiễm sắc thể của hợp tử trong phép lai tứ bội × lưỡng bội

1
Một cây dưa hấu tứ bội ( $4n$ ) được dùng làm mẹ, lai với một cây dưa hấu lưỡng bội bình thường ( $2n$ ) làm bố. Xác định bộ nhiễm sắc thể của hợp tử tạo thành, và giải thích vì sao cây con khó tạo hạt.
Một cây dưa hấu tứ bội ($4n$) được dùng làm mẹ, lai với một cây dưa hấu lưỡng bội bình thường ($2n$) làm bố. Xác định bộ nhiễm sắc thể của hợp tử tạo thành, và giải thích vì sao cây con khó tạo hạt.
2
Giảm phân chia đôi bộ nhiễm sắc thể, nên cây mẹ $4n$ tạo giao tử mang $4n \div 2 = 2n$ nhiễm sắc thể — một giao tử lưỡng bội, khác hẳn giao tử đơn bội $n$ bình thường. (1)
Giảm phân chia đôi bộ nhiễm sắc thể, nên cây mẹ $4n$ tạo giao tử mang $4n \div 2 = 2n$ nhiễm sắc thể — một giao tử lưỡng bội, khác hẳn giao tử đơn bội $n$ bình thường. (1)
3
Cây bố $2n$ giảm phân bình thường, tạo giao tử đơn bội mang $n$ nhiễm sắc thể.
Cây bố $2n$ giảm phân bình thường, tạo giao tử đơn bội mang $n$ nhiễm sắc thể.
4
Từ (1), hợp tử nhận $2n$ từ mẹ và $n$ từ bố: $2n+n=3n$ — bộ nhiễm sắc thể tam bội.
Từ (1), hợp tử nhận $2n$ từ mẹ và $n$ từ bố: $2n+n=3n$ — bộ nhiễm sắc thể tam bội.
5
Vậy hợp tử mang bộ nhiễm sắc thể $3n$ ; vì $3$ không chia hết cho $2$ , nhiễm sắc thể của cây tam bội không phân chia đều được khi giảm phân, nên giao tử tạo ra hầu hết bất thường và cây gần như không tạo được hạt hoàn chỉnh.
Vậy hợp tử mang bộ nhiễm sắc thể $3n$; vì $3$ không chia hết cho $2$, nhiễm sắc thể của cây tam bội không phân chia đều được khi giảm phân, nên giao tử tạo ra hầu hết bất thường và cây gần như không tạo được hạt hoàn chỉnh.

Ví dụ

Vì sao vẫn cần trồng xen cây lưỡng bội bên cạnh ruộng dưa tam bội (dạng đề kiểm tra)

1
Một học sinh cho rằng chỉ cần trồng riêng cây dưa hấu tam bội, không cần trồng thêm cây lưỡng bội bên cạnh, quả vẫn sẽ phát triển bình thường và không có hạt. Nhận định này đúng hay sai? Giải thích.
2
Ở phần lớn cây có hoa, quá trình đậu quả cần được kích thích bởi việc thụ phấn, dù hạt có phát triển hoàn chỉnh hay không. (1)
3
Từ (1) và điều đã biết ở bước trên: cây tam bội tạo giao tử gần như hoàn toàn bất thường, nên phấn hoa của chính cây tam bội hầu như không đủ khả năng kích thích đậu quả một cách ổn định.
4
Cây lưỡng bội trồng xen cung cấp phấn hoa BÌNH THƯỜNG, đủ khả năng kích thích hoa cây tam bội đậu quả, dù hạt phấn đó không tạo ra hạt hoàn chỉnh bên trong quả tam bội.
5
Vậy nhận định của học sinh là SAI: nếu trồng cây tam bội hoàn toàn riêng lẻ, thiếu nguồn phấn kích thích, quả sẽ khó đậu bình thường — cần trồng xen cây lưỡng bội để cung cấp phấn, dù quả tạo ra vẫn gần như không có hạt.

Sai lầm thường gặp

Một nhầm lẫn thường gặp là coi đa bội là một dạng đột biến GENE — thực ra đa bội là đột biến SỐ LƯỢNG NHIỄM SẮC THỂ, làm thay đổi cả bộ nhiễm sắc thể chứ không phải một gene đơn lẻ. Một nhầm lẫn khác là nghĩ dưa hấu không hạt được tạo ra bằng cách "loại bỏ hạt" sau khi quả đã hình thành — thực chất quả vẫn phát triển tự nhiên, chỉ là bộ nhiễm sắc thể lẻ (3n) của cây khiến quá trình tạo hạt hoàn chỉnh không xảy ra được ngay từ đầu.

Luyện tập có hướng dẫn

Luyện tập độc lập

Kiểm tra nhanh

Ghi nhớ

Cônsixin ngăn thoi phân bào, tạo thể đa bội bằng cách giữ nhiễm sắc thể đã nhân đôi trong một tế bào. Thể đa bội có tế bào to hơn, giá trị ở thực vật nhưng gây hại ở động vật. Lai tứ bội (4n) với lưỡng bội (2n) cho tam bội (3n) — bất thụ, dùng để tạo giống không hạt như dưa hấu không hạt.

Gây đột biến và gây đa bội đều thay đổi vật chất di truyền vốn có của sinh vật. Bài tiếp theo giới thiệu một hướng hoàn toàn khác: đưa một gene TỪ LOÀI KHÁC vào sinh vật.