Giải chuyên đề Sinh học 10 CTST Bài 2: Công nghệ tế bào thực vật và thành phẩm có đáp án

Quy trình công nghệ tế bào thực vật gồm 3 giai đoạn:

- Giai đoạn 1 - Chuẩn bị: Chuẩn bị mẫu nuôi, thiết bị, dụng cụ, hóa chất và môi trường nuôi cấy.

- Giai đoạn 2 - Nuôi cấy: Ở giai đoạn này, có thể sử dụng nhiều phương pháp nuôi cấy khác nhau tùy theo mục đích như nuôi cấy huyền phù tế bào, nuôi cấy hạt phấn, nuôi cấy và dung hợp tế bào trần, nuôi cấy mô sẹo.

- Giai đoạn 3 – Thu nhận: Thu nhận sản phẩm có thể là cây con hoặc sinh khối tế bào.

- Trong kĩ thuật nuôi cấy mô, kĩ thuật tạo được giống mới là nuôi cấy và dung hợp tế bào trần vì tế bào lai mang bộ nhiễm sắc thể của hai loài khác nhau.

- Kĩ thuật tạo được các dòng thuần chủng là nuôi cấy hạt phấn vì nuôi cấy hạt phấn tạo những cây đơn bội, sau đó, tiến hành lưỡng bội hóa cây đơn bội để thu được cây thuần chủng hữu thụ.

- Tùy theo mục đích nuôi cấy, sản phẩm thu được có thể là sinh khối tế bào hoặc cây con.

- Mục đích sử dụng của các sản phẩm khi nuôi cấy mô tế bào:

+ Sinh khối tế bào sau khi được thu nhận sẽ tiếp tục tiến hành xử lí, tinh chế để thu nhận các chất cần thiết.

+ Cây con tiếp tục được nuôi trong môi trường nuôi cấy cho đến khi đạt được kích thước nhất định. Sau đó, các cây này sẽ được đem trồng trong điều kiện ngoại cảnh để cây phát triển tự nhiên.

- Ưu điểm của nuôi cấy mô tế bào thực vật in vitro:

+ Tạo ra được số lượng lớn các giống cây trồng trong một thời gian ngắn.

+ Tái sinh được các cây con hoàn chỉnh từ những bộ phận khác nhau của cây gốc.

+ Tạo ra các cây con đồng nhất về mặt di truyền tạo điều kiện thuận lợi cho việc chăm sóc, thu hoạch và tiêu thụ sản phẩm.

+ Tạo ra nguồn cây giống sạch bệnh.

- Nhược điểm:

+ Đòi hỏi trình độ kĩ thuật cao.

+ Do đồng nhất về mặt di truyền nên khi điều kiện môi trường sống trở nên bất lợi có thể gây chết hàng loạt, dẫn đến thiệt hại lớn về mặt kinh tế.

- Đặc điểm của các cây con tạo ra bằng phương pháp nuôi cấy hạt phấn là có kiểu gene đồng hợp tử về tất cả các gene.

- Đặc điểm này có lợi ích là tính trạng chọn lọc sẽ rất ổn định.

- Học sinh tìm hiểu và trình bày theo các nội dung sau:

+ Đối tượng: Loài thực vật được nhân giống hoặc tạo giống (cây lương thực, cây dược liệu,...).

+ Vai trò của loài thực vật đó đối với con người (cho biết tại sao phải nhân giống hoặc tạo giống loài thực vật đó).

+ Quy trình nhân giống hoặc tạo giống, sản phẩm tạo thành có đặc điểm gì.

+ Đánh giá vai trò thực tiễn của việc nhân giống hoặc tạo giống loài thực vật đó (hiệu quả mang lại, chi phí sản xuất,...).

- Ví dụ: Quy trình nhân giống mía bằng nuôi cấy mô của Viện Di truyền Nông nghiệp.

Việc nhân giống mía bằng nuôi cấy mô giúp cung cấp nhanh nguồn mía giống sạch bệnh để mở rộng diện tích trồng mía, đáp ứng nhu cầu nguyên liệu cho lĩnh vực sản xuất mía đường.

- Học sinh tìm hiểu thông tin về các thành tựu của công nghệ tế bào thực vật trong sách chuyên đề và đưa ra câu trả lời theo hướng: Thành tựu đó đem lại lợi ích gì cho con người, tác động đến sự phát triển kinh tế – xã hội như tế nào, cơ hội nghề nghiệp,...

- Câu trả lời tham khảo: Trong các thành tựu của công nghệ tế bào thực vật, em quan tâm đến thành tựu thu nhận các chất có hoạt tính sinh học. Vì việc ứng dụng công nghệ tế bào thực vật để thu nhận các chất có hoạt tính sinh học có thể đáp ứng nhu cầu sử dụng các chất có hoạt tính sinh học trong nhiều lĩnh vực y học, mĩ phẩm, thực phẩm. Đồng thời, việc ứng dụng công nghệ tế bào thực vật này còn giúp hạn chế được tình trạng khai thác quá mức các loài cây dược liệu quý hiếm, có nguy cơ tuyệt chủng.

Để phân biệt được một giống cây ăn quả được nhân bản bằng phương pháp nuôi cấy mô tế bào hay được tạo ra bằng phương pháp lai hữu tính thông thường có thể dựa vào các đặc điểm:

- Cây được nhân bản bằng phương pháp nuôi cấy mô được tạo ra do quá trình nguyên phân nên sẽ có đặc điểm giống nhau.

- Cây tạo ra bằng phương pháp lai hữu tính sẽ có nhiều đặc điểm khác nhau do có sự tái tổ hợp lại vật chất di truyền của bố và mẹ, tạo ra nhiều biến dị tổ hợp.

- Trong công nghệ tế bào thực vật, người ta thường nuôi cấy hạt phấn mà không nuôi cấy noãn vì số lượng hạt phấn được tạo ra trên một hoa rất nhiều nên sẽ cho hiệu quả nuôi cấy sẽ cao, trong khi đó, mỗi hoa thường chỉ có một noãn.

- Lợi thế của việc nuôi cấy hạt phấn so với phương pháp lai hữu tính thông thường là tạo ra được các cây con đều thuần chủng về tất cả các gene nên tính trạng chọn lọc được sẽ rất ổn định.

Ví dụ về ý tưởng tạo ra một giống cây trồng mới bằng công nghệ tế bào: Tạo ra cây lai giữa 2 loài thuộc họ cải là su hào và súp lơ dựa trên cơ sở kĩ thuật nuôi cấy và dung hợp tế bào trần.

- Cơ sở khoa học: Sự dung hợp tế bào trần có thể xảy ra giữa các chi, bộ và họ để tạo ra giống mới mang đặc tính của cả hai loài.

- Quy trình thực hiện:

(1) Loại bỏ thành cellulose của hai tế bào su hào và súp lơ để tạo thành tế bào trần.

(2) Cho 2 tế vào vào trong môi trường đặc biệt để chúng dung hợp với nhau.

(3) Nuôi cấy tế bào lai trong môi trường đặc biệt để chúng phân chia và tái sinh thành cây lai khác loài.

(4) Dùng kĩ thuật nuôi cấy tế bào soma để tạo thành nhiều cây từ một cây lai khác loài rồi đưa vào trồng đại trà.

- Lợi ích của giống cây trồng mới: Mong muốn tạo ra được loài thực vật mới có phần gốc tạo củ su hào và phần ngọn tạo bông súp lơ giúp làm tăng hiệu quả kinh tế của cây trồng.

Ví dụ về ý tưởng tạo ra một giống cây trồng mới bằng công nghệ tế bào: Tạo ra cây lai giữa 2 loài thuộc họ cải là su hào và súp lơ dựa trên cơ sở kĩ thuật nuôi cấy và dung hợp tế bào trần.

- Cơ sở khoa học: Sự dung hợp tế bào trần có thể xảy ra giữa các chi, bộ và họ để tạo ra giống mới mang đặc tính của cả hai loài.

- Quy trình thực hiện:

(1) Loại bỏ thành cellulose của hai tế bào su hào và súp lơ để tạo thành tế bào trần.

(2) Cho 2 tế vào vào trong môi trường đặc biệt để chúng dung hợp với nhau.

(3) Nuôi cấy tế bào lai trong môi trường đặc biệt để chúng phân chia và tái sinh thành cây lai khác loài.

(4) Dùng kĩ thuật nuôi cấy tế bào soma để tạo thành nhiều cây từ một cây lai khác loài rồi đưa vào trồng đại trà.

- Lợi ích của giống cây trồng mới: Mong muốn tạo ra được loài thực vật mới có phần gốc tạo củ su hào và phần ngọn tạo bông súp lơ giúp làm tăng hiệu quả kinh tế của cây trồng.

b.

- Bổ sung chú thích hai giai đoạn (1) và (2):

(1) – Kiểm tra sự có mặt của gene chuyển

(2) – Nuôi cấy rễ tơ in vitro

- Ý nghĩa của hai giai đoạn trên:

(1) – Việc kiểm tra sự có mặt của gene chuyển nhằm đảm bảo sự có mặt của các gene mong muốn trong các tế bào thực vật, chọn lọc các tế bào có chứa gene chuyển đem nuôi cấy.

(2) – Việc nuôi cấy rễ tơ in vitro giúp tăng số lượng tế bào và tăng sinh khối.