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
Nhân giống vô tính và các vấn đề đạo đức
Mục tiêu bài học
Sau bài này, em mô tả được quy trình nuôi cấy mô thực vật, giải thích được vì sao sản phẩm nuôi cấy mô hoặc nhân bản mang kiểu gene giống hệt cá thể gốc, và trình bày được lợi ích cùng mối lo ngại của công nghệ tế bào.
Kiến thức nền cần nhớ
Ở lớp 7, em đã học rằng sinh sản vô tính tạo ra cá thể con mang bộ gene giống hệt cá thể mẹ, không qua sự kết hợp giữa hai giao tử (prior-grade review). Bài trước em vừa thấy công nghệ gene thay đổi vật chất di truyền bằng cách thêm một gene lạ (same-grade bridge). Bài này giới thiệu công nghệ tế bào — về bản chất chính là sinh sản vô tính được thực hiện chủ động trong phòng thí nghiệm, và hoàn toàn KHÔNG thay đổi vật chất di truyền.
Khởi động
Một vườn lan có hàng nghìn cây giống hệt nhau về hình dạng hoa, màu sắc, chỉ sau vài tháng nhân giống — dù ban đầu chỉ bắt đầu từ một mẩu mô rất nhỏ của MỘT cây mẹ duy nhất. Làm sao một mẩu mô nhỏ như vậy có thể trở thành hàng nghìn cây con hoàn chỉnh?
Kiến thức trọng tâm
Công nghệ tế bào khai thác một khả năng đặc biệt của tế bào sống thực vật: một tế bào hoặc một mẩu mô nhỏ, trong điều kiện phù hợp, có thể phát triển thành một cơ thể hoàn chỉnh mang bộ gene giống hệt cơ thể gốc. Đây chính là bản chất của sinh sản vô tính đã học ở lớp 7, chỉ khác là được con người chủ động thực hiện trong ống nghiệm thay vì xảy ra tự nhiên ngoài môi trường. **Nuôi cấy mô** (nuôi cấy invitro) là kỹ thuật nuôi một mẩu mô nhỏ — thường lấy từ đỉnh sinh trưởng của một cây khoẻ mạnh, sạch bệnh — trong môi trường dinh dưỡng vô trùng có bổ sung hormone thực vật, kích thích mô phát triển thành cây con hoàn chỉnh.
Vì toàn bộ cây con bắt nguồn từ cùng một tế bào gốc, không qua thụ tinh, chúng mang bộ gene giống hệt nhau và giống hệt cây mẹ ban đầu. Ở Việt Nam, nuôi cấy mô được dùng phổ biến để nhân giống chuối (cho cây con sạch bệnh, đồng đều, nhân được số lượng lớn trong thời gian ngắn hơn hẳn cách tách chồi truyền thống) và nhân giống lan (nhân nhanh số lượng lớn cây con giữ đúng đặc điểm hoa của cây mẹ hoặc của một giống lai mới tạo ra).
Ở động vật, kỹ thuật tương ứng là **nhân bản vô tính** — nổi tiếng nhất là cừu Dolly, được các nhà khoa học tại Viện Roslin (Scotland) tạo ra năm 1996, là động vật có vú đầu tiên được nhân bản thành công từ tế bào soma (tế bào tuyến vú) của một cá thể trưởng thành. Khác hẳn sinh sản hữu tính thông thường, cá thể nhân bản không hình thành từ sự kết hợp giữa giao tử đực và giao tử cái — nó mang bộ gene trong nhân tế bào giống hệt cá thể cho nhân.
Lợi ích của công nghệ tế bào khá rõ: bảo tồn những giống cây, giống vật quý hiếm hoặc có nguy cơ mai một, nhân nhanh số lượng lớn cá thể mang đặc điểm tốt (sạch bệnh, năng suất cao), hỗ trợ nghiên cứu y học. Nhưng chính đặc điểm "giống hệt nhau" cũng là nguồn gốc của mối lo ngại lớn nhất: một quần thể có kiểu gene đồng nhất dễ cùng mẫn cảm với MỘT loại sâu bệnh hoặc dịch bệnh như nhau — nếu một cá thể bị tấn công, gần như mọi cá thể khác cũng dễ bị tấn công tương tự, vì không có sự đa dạng di truyền để một số cá thể tình cờ kháng bệnh tốt hơn. Ngoài ra, nhân bản còn đặt ra những câu hỏi đạo đức nghiêm túc khi ý tưởng này được mở rộng sang động vật bậc cao hoặc con người — nhân bản người bị cấm ở hầu hết các quốc gia trên thế giới.
Ví dụ
Xác định kiểu gene của các cây con từ một đợt nuôi cấy mô
1
Một trại giống bắt đầu từ MỘT đỉnh sinh trưởng của một cây chuối mẹ có năng suất cao, qua nuôi cấy mô tạo được 500 cây con. So sánh kiểu gene của 500 cây con này với nhau và với cây mẹ ban đầu.
2
Toàn bộ 500 cây con đều phát triển từ CÙNG một tế bào gốc lấy từ đỉnh sinh trưởng của cây mẹ, không qua bất kỳ quá trình thụ tinh nào. (1)
3
Từ (1), vì không có sự kết hợp giữa hai giao tử, không có sự phân li và tổ hợp lại allele như trong sinh sản hữu tính — cây con giữ nguyên bộ gene của tế bào gốc.
4
Vì cùng bắt nguồn từ một tế bào gốc duy nhất, 500 cây con có kiểu gene giống hệt nhau, không có sự khác biệt di truyền giữa chúng.
5
Vậy cả 500 cây con đều mang kiểu gene giống hệt nhau và giống hệt cây mẹ ban đầu — đây chính là lí do nuôi cấy mô được xếp vào hình thức sinh sản vô tính, không phải một cách tạo biến dị mới.
Ví dụ
Vì sao một vườn chuối nhân giống bằng nuôi cấy mô dễ thiệt hại nặng khi có dịch bệnh (dạng đề kiểm tra)
1
Một vườn chuối trồng toàn bộ bằng cây con nhân giống từ nuôi cấy mô của MỘT dòng mẹ duy nhất bị một loại nấm gây bệnh tấn công. Giải thích vì sao thiệt hại có xu hướng lan rộng nhanh hơn so với một vườn trồng từ nhiều dòng giống khác nhau.
2
Toàn bộ cây trong vườn nuôi cấy mô có kiểu gene giống hệt nhau, vì đều bắt nguồn từ cùng một tế bào gốc. (1)
3
Từ (1), nếu một cây mẫn cảm với loại nấm gây bệnh, hầu như MỌI cây khác trong vườn cũng mẫn cảm y hệt — không có cá thể nào tình cờ mang kiểu gene kháng bệnh khác biệt để "chặn" dịch lây lan.
4
Ngược lại, một vườn trồng từ nhiều dòng giống khác nhau có sự đa dạng kiểu gene — một số cá thể tình cờ kháng bệnh tốt hơn có thể sống sót, làm chậm tốc độ lan rộng của dịch.
5
Vậy vườn nuôi cấy mô từ một dòng mẹ duy nhất dễ thiệt hại nặng và nhanh hơn khi có dịch bệnh, chính vì thiếu đa dạng di truyền — đây là mặt trái cần cân nhắc song song với lợi ích nhân giống nhanh, đồng đều của công nghệ tế bào.
Sai lầm thường gặp
Một nhầm lẫn thường gặp là gộp chung nuôi cấy mô với công nghệ gene ở bài trước — nuôi cấy mô KHÔNG đưa gene lạ vào, chỉ nhân bản nguyên trạng bộ gene đã có sẵn. Một nhầm lẫn khác là nghĩ cây hoặc con vật nhân bản sẽ "tốt hơn" cá thể gốc — thực ra kiểu gene giống hệt nhau nên đặc điểm về cơ bản KHÔNG vượt trội hơn cá thể gốc, khác hẳn ưu thế lai vốn tạo ra tổ hợp gene MỚI vượt trội hơn cả hai bố mẹ.
Luyện tập có hướng dẫn
Luyện tập độc lập
Kiểm tra nhanh
Ghi nhớ
Công nghệ tế bào (nuôi cấy mô, nhân bản vô tính) là sinh sản vô tính chủ động trong phòng thí nghiệm: cá thể mới mang bộ gene giống hệt cá thể gốc, không thay đổi vật chất di truyền. Lợi ích: nhân nhanh, đồng đều, bảo tồn giống quý. Mối lo ngại: thiếu đa dạng di truyền, dễ đồng loạt mẫn cảm với dịch bệnh, và với động vật/người còn đặt ra câu hỏi đạo đức.
Sáu bài vừa qua giới thiệu năm hướng chọn giống và ứng dụng công nghệ sinh học khác nhau. Bài Ôn tập tiếp theo hệ thống lại toàn bộ, giúp em phân biệt rành mạch từng phương pháp.
Ở lớp 7, em đã học rằng sinh sản vô tính tạo ra cá thể con mang bộ gene giống hệt cá thể mẹ, không qua sự kết hợp giữa hai giao tử (prior-grade review). Bài trước em vừa thấy công nghệ gene thay đổi vật chất di truyền bằng cách thêm một gene lạ (same-grade bridge). Bài này giới thiệu công nghệ tế bào — về bản chất chính là sinh sản vô tính được thực hiện chủ động trong phòng thí nghiệm, và hoàn toàn KHÔNG thay đổi vật chất di truyền.
Công nghệ tế bào khai thác một khả năng đặc biệt của tế bào sống thực vật: một tế bào hoặc một mẩu mô nhỏ, trong điều kiện phù hợp, có thể phát triển thành một cơ thể hoàn chỉnh mang bộ gene giống hệt cơ thể gốc. Đây chính là bản chất của sinh sản vô tính đã học ở lớp 7, chỉ khác là được con người chủ động thực hiện trong ống nghiệm thay vì xảy ra tự nhiên ngoài môi trường. Nuôi cấy mô (nuôi cấy invitro) là kỹ thuật nuôi một mẩu mô nhỏ — thường lấy từ đỉnh sinh trưởng của một cây khoẻ mạnh, sạch bệnh — trong môi trường dinh dưỡng vô trùng có bổ sung hormone thực vật, kích thích mô phát triển thành cây con hoàn chỉnh.
Vì toàn bộ cây con bắt nguồn từ cùng một tế bào gốc, không qua thụ tinh, chúng mang bộ gene giống hệt nhau và giống hệt cây mẹ ban đầu. Ở Việt Nam, nuôi cấy mô được dùng phổ biến để nhân giống chuối (cho cây con sạch bệnh, đồng đều, nhân được số lượng lớn trong thời gian ngắn hơn hẳn cách tách chồi truyền thống) và nhân giống lan (nhân nhanh số lượng lớn cây con giữ đúng đặc điểm hoa của cây mẹ hoặc của một giống lai mới tạo ra).
Ở động vật, kỹ thuật tương ứng là nhân bản vô tính — nổi tiếng nhất là cừu Dolly, được các nhà khoa học tại Viện Roslin (Scotland) tạo ra năm 1996, là động vật có vú đầu tiên được nhân bản thành công từ tế bào soma (tế bào tuyến vú) của một cá thể trưởng thành. Khác hẳn sinh sản hữu tính thông thường, cá thể nhân bản không hình thành từ sự kết hợp giữa giao tử đực và giao tử cái — nó mang bộ gene trong nhân tế bào giống hệt cá thể cho nhân.
Lợi ích của công nghệ tế bào khá rõ: bảo tồn những giống cây, giống vật quý hiếm hoặc có nguy cơ mai một, nhân nhanh số lượng lớn cá thể mang đặc điểm tốt (sạch bệnh, năng suất cao), hỗ trợ nghiên cứu y học. Nhưng chính đặc điểm "giống hệt nhau" cũng là nguồn gốc của mối lo ngại lớn nhất: một quần thể có kiểu gene đồng nhất dễ cùng mẫn cảm với MỘT loại sâu bệnh hoặc dịch bệnh như nhau — nếu một cá thể bị tấn công, gần như mọi cá thể khác cũng dễ bị tấn công tương tự, vì không có sự đa dạng di truyền để một số cá thể tình cờ kháng bệnh tốt hơn. Ngoài ra, nhân bản còn đặt ra những câu hỏi đạo đức nghiêm túc khi ý tưởng này được mở rộng sang động vật bậc cao hoặc con người — nhân bản người bị cấm ở hầu hết các quốc gia trên thế giới.
Một nhầm lẫn thường gặp là gộp chung nuôi cấy mô với công nghệ gene ở bài trước — nuôi cấy mô KHÔNG đưa gene lạ vào, chỉ nhân bản nguyên trạng bộ gene đã có sẵn. Một nhầm lẫn khác là nghĩ cây hoặc con vật nhân bản sẽ "tốt hơn" cá thể gốc — thực ra kiểu gene giống hệt nhau nên đặc điểm về cơ bản KHÔNG vượt trội hơn cá thể gốc, khác hẳn ưu thế lai vốn tạo ra tổ hợp gene MỚI vượt trội hơn cả hai bố mẹ.
Công nghệ tế bào (nuôi cấy mô, nhân bản vô tính) là sinh sản vô tính chủ động trong phòng thí nghiệm: cá thể mới mang bộ gene giống hệt cá thể gốc, không thay đổi vật chất di truyền. Lợi ích: nhân nhanh, đồng đều, bảo tồn giống quý. Mối lo ngại: thiếu đa dạng di truyền, dễ đồng loạt mẫn cảm với dịch bệnh, và với động vật/người còn đặt ra câu hỏi đạo đức.