UNG DUNG CUA CO THE THUC VAT TRONG DOI SONG VA SAN XUAT

Sinh sản sinh dưỡng có ở cả thực vật bậc thấp và thực vật bậc cao. Cơ thể mới được hình thành từ các cơ quan sinh dưỡng hoặc từ một phần của chúng. Dựa trên cơ sở khả năng tái sinh những phần đã mất để tạo thành một cơ thể hoàn chỉnh, con người đã có nhiều phương pháp khác nhau về nhân giống vô tính thực vật với mục đích tăng cường cây trồng và cây cảnh. Hầu hết các phương pháp này đều đặt cơ sở trên khả năng của cây hình thành nên rễ phụ và chồi phụ.

ỨNG DỤNG SINH HỌC CƠ THỂ

THỰC VẬT TRONG ĐỜI SỐNG VÀ SẢN XUẤT

Giảng viên hướng dẫn: PGS TS Nguyễn Khoa Lân

MỞ ĐẦU

Sinh sản sinh dưỡng có ở cả thực vật bậc thấp và thực vật bậc cao Cơ thể mới được hình thành từ các cơ quan sinh dưỡng hoặc từ một phần của chúng Dựa trên cơ sở khả năng tái sinh những phần đã mất để tạo thành một cơ thể hoàn chỉnh, con người đã có nhiều phương pháp khác nhau về nhân giống vô tính thực vật với mục đích tăng cường cây trồng và cây cảnh Hầu hết các phương pháp này đều đặt cơ sở trên khả năng của cây hình thành nên rễ phụ và chồi phụ

I Các hormone thực vật

II Nhân giống nhờ giâm, chiết, ghép

III Nuôi cấy mô, tế bào thực vật

NỘI DUNG

I Các hormon thực vật

Hormon thực vật được hình thành chủ yếu trong các mô đang sinh trưởng mạnh, đặc biệt là trong các mô phân sinh của đỉnh sinh trưởng thân, rễ Chúng có tác dụng đến các miền xa cách nơi chúng được hình thành

Hormon thực vật có tác dụng khác nhau đến quá trình sinh trưởng và phát triển của thực vật:

• Điều khiển sự sinh trưởng của tế bào theo chiều dài ở các phần cây đang sinh trưởng

• Thúc đẩy sự hình thành rễ mới

• Kích thích sự phân bào

• Thúc đẩy hoặc ức chế sự phát triển các chồi

• Thúc đẩy sự ra hoa kết quả

• Ngăn ngừa sự rụng lá hay quả

1 Auxin

Được Charle Darwin phát hiện đầu tiên vào năm 1880 ở bao lá

mầm của cây họ Lúa (Poaceae) Sau đó, Kogl & cộng sự

(1934), Thimann (1935) cũng tách được ở nấm một chất có hoạt

tính sinh học tương tự chất sinh trưởng Bản chất hóa học của

nó là indoleacetic acid (IAA)

Trong thực vật bậc cao, IAA tập trung nhiều trong các chồi, lá đang phát triển, tầng phát sinh, hạt, phấn hoa,…

IAA được tổng hợp trong mô phân sinh đỉnh thân và trong các lá non của các chồi đỉnh Từ đó, IAA di chuyển trong cây theo chiều hướng gốc nhưng không theo chiều ngược lại vì vậy mà càng xa đỉnh ngọn hàm lượng auxin càng giảm

Indoleacetic acid

 Hoạt hóa sinh tổng hợp RNA

 IAA ảnh hưởng đến hiện tượng ưu thế đỉnh

 IAA có vai trò quan trọng trong các cử động sinh trưởng, tính hướng sáng của thực vật

 Chức năng chủ yếu

2 Gibberellin

Năm 1926, nhà bệnh lý học người Nhật E Kurosawa phát hiện nguyên nhân

của bệnh lúa von là do nấm Gibberella fujikuori gây ra

Năm 1955, các nhà nghiên cứu người Anh và Mỹ mới xác định được bản

chất hóa học của dịch nấm gây bệnh này Đó là gibberellic acid (GA)

Các mô phân sinh của chồi ngọn và rễ, lá non và hạt đang phát triển là vị trí tổng hợp chủ yếu của gibberellin

gibberellic acid (GA)

 Chức năng chủ yếu

 Kích thích kéo dài thân

 Phát triển hạt phấn

 Sự sinh trưởng của ống phấn

 Sự sinh trưởng của quả và sự phát triển và sự nảy mầm của hạt

 Điều chỉnh sự xác định giới tính và sự chuyển tiếp từ pha chưa thành thục (non) đến pha trưởng thành

3 Cytokinin

• Năm 1955, Miller và Skoog khi nuôi cấy tế bào thực vật đã phát hiện ra một hợp chất là kinetin có tác dụng kích thích

sự phân chia tế bào Năm 1963, D.S.Letham tách từ hạt ngô non một chất cytokinin tự nhiện gọi là zeantin Những hợp chất cytokinin đã biết đều là các dẫn xuất của base nito purin, adenin

• Cytokinin được tổng hợp trong mô phân sinh rễ hoặc một số cơ quan đang còn non như chồi lá non, quả non

 Chức năng chủ yếu

 Điều chỉnh phân chia tế bào trong chồi và rễ

 Làm thay đổi ưu thế ngọn và kích thích sự sinh trưởng của chồi bệnh

 Xúc tiến sự vận động các chất dinh dưỡng vào mô trữ

 Kích thích sự nảy mầm của hạt

 Làm chậm sự hóa già của lá

4 Mối tương quan giữa auxin và cytokinin

 Trong giai đoạn đầu cần phải điều khiển mô nuôi cấy phát sinh nhiều chồi để tăng hệ số nhân Vì vậy người ta tăng nồng độ cytokinin trong môi trường nuôi cấy

 Để tạo cây hoàn chỉnh người ta tách chồi vào cấy trong môi trường có hàm lượng auxin cao để kích thích ra rễ nhanh

Nồng độ và tỷ lệ của các chất kích thích phụ thuộc vào các loài khác nhau, các giai đoạn nuôi cấy khác nhau… Tỷ lệ auxin/cytokinin cao thì kích thích sự ra rễ, thấp thì kích thích sự ra chồi và trung bình thì hình thành mô sẹo

Để nhân nhanh invitro:

II Nhân giống nhờ giâm, chiết, ghép

1 Giâm cành

Lấy một đoạn thân cây cắt bỏ một đầu và đem cắm xuống vùng đất ẩm Chất dinh dưỡng từ đất sẽ đi theo vết cắt cung cấp cho quá trình sinh trưởng của cây

 Quy trình

2 Chiết cành

Chiết cành là phương pháp nhân giống vô tính cây trồng bằng cách cho một cành hay một đoạn cành ra rễ trên cây, sau

đó tách khỏi cây mẹ, đem trồng thành cây mới

II Nhân giống nhờ giâm, chiết, ghép

 Quy trình

3 Kích thích sự hình thành rễ của cành giâm, cành chiết

II Nhân giống nhờ giâm, chiết, ghép

Phân chia tế bào của mô phân sinh tượng tầng

Mô sẹo

Rễ[αNAA (α Naphtylacetic axit), IAA (Indolacetic axit),…]

Chất kích thích ra rễ

3 Kích thích sự hình thành rễ của cành giâm, cành chiết

II Nhân giống nhờ giâm, chiết, ghép

 Xử lý nhanh (Nồng độ đặc)

- Nồng độ chất kích thích sinh trưởng: 1000 – 10.000 ppm

chỗ khoanh vỏ

3 – 5 giây

Rễ

3 Kích thích sự hình thành rễ của cành giâm, cành chiết

II Nhân giống nhờ giâm, chiết, ghép

12 – 24 giờ

Rễ

Trộn dung dịch vào đất bó bầu

4 Ghép cây

Một cành hoặc chồi lấy từ một cây có thể ghép sang một cây của loài có mối quan hệ chặt chẽ hoặc một thứ khác của cùng loài

đó Chất dinh dưỡng sẽ đi trực tiếp từ gốc ghép sang cành ghép

Ghép cây tạo khả năng để tổ hợp những đặc tính tốt nhất của các loài hay các thứ khác nhau vào một cây duy nhất

II Nhân giống nhờ giâm, chiết, ghép

 Quy trình

- Không cần tác nhân thụ phấn

- Cây giữ được đặc tính của cây mẹ

- Cây thích nghi tốt

- Nhân giống nhanh khối lượng lớn cây đã chọn lọc

- Có thể dùng để chọn lọc cây có tính trạng đặc biệt theo yêu cầu

- Qua nhiều thế hệ cây bị

thoái hóa

Ưu điểm

Nhược điểm

Cơ sở khoa học: tính toàn năng của tế bào

Trong bất kỳ tế bào hoặc mô nào của các cơ quan như thân, rễ, lá đều chứa hệ gen quy định kiểu gen của loài đó và chúng nó có khả năng tạo thành cây trưởng thành bằng con đường sinh sản vô tính

III Nuôi cấy mô, tế bào thực vật

III Nuôi cấy mô, tế bào thực vật

 Nguyên liệu

Thường sử dụng các đỉnh sinh trưởng, chồi nách, các bộ phận của hoa và các mô ở thân, lá, rễ, mô sẹo hoặc các tế bào đơn

• Sử dụng các chồi ngọn, chồi nách để nhân nhanh như ở măng tây, dứa, khoai tây, thuốc lá, hoa cúc

• Sử dụng mô ở lá như ở bắp cải, thuốc lá

• Sử dụng đoạn hoa tự non như ở suplơ

 Môi trường dinh dưỡng

Môi trường dinh dưỡng thay đổi tùy loài, tùy bộ phận nuôi cấy, nó còn tùy thuộc vào sự phân hóa và các giai đoạn nuôi cấy như hình thành mô sẹo, tạo rễ, tạo chồi,… Một số môi trường điển hình như môi trường MS, môi trường Anderson (cây thân

gỗ nhỏ), môi trường Gamborg (tế bào trần), môi trường CHU (bao phấn),…

III Nuôi cấy mô, tế bào thực vật

III Nuôi cấy mô, tế bào thực vật

o từ

ng loạ

i cây, thường

là chồi

•

Khử trùng mẫu, đ

ưa vào môi trườn

g nu

ôi cấy

Nhâ

n nhanh

•

Chuyển m

ẫu vào môi trườn

g nhân nha

nh (cytokinin ca

o hơn) nhi

ều chồi

i c

ho và

o m

ôi trường tạo

rễ (Auxi

n c

ao hơn)

•

Mỗi chồ

i khi ra rễ câ

y ho

àn chỉnh

Đưa ra

đất trồng

• Huấn luyện cây dần thích nghi với môi trường (nhà lưới)

• Chuyển cây sống sót ra luống trồng để chăm sóc

 Ứng dụng

III Nuôi cấy mô, tế bào thực vật

 Nhân giống vô tính: các giống cây trồng quý hiếm, có giá trị kinh tế cao hoặc không thể nhân bằng các phương pháp khác…

 Làm sạch bệnh để phục tráng giống: nuôi cấy mô phân sinh, phương pháp vi ghép đỉnh sinh trưởng trong ống nghiệm

 Chọn giống chịu hạn, chịu mặn, chịu bệnh,…

 Tạo giống:

Nuôi cấy hạt phấn hoặc noãn chưa qua thụ tinh tạo cây đơn bội nhị bội (đồng hợp tử tuyệt đối chỉ sau 1 thế hệ)

Nuôi cấy tế bào trần và dung hợp các tế bào trần tạo hợp tử bằng lai vô tính giữa hai tế bào trần (lai soma), tái sinh cây hình thành cây lai có đặc tính của bố và mẹ

 Nhiều lĩnh vực nghiên cứu như về di truyền, sinh lý, hóa sinh, dược học,…

 Kỹ thuật tách chiết các hợp chất thứ sinh của thực vật

 Kỹ thuật tách chiết các hợp chất thứ sinh của thực vật

Chọn lọc cây khỏe

Nuôi cấy mô tạo mô sẹo

Chọn lọc dòng gốc

Chuyển sang nuôi cấy môi trường lỏng

Sản xuất đại trà các tế bào dòng gốc

Chiết xuất và tinh chế sản phẩm

 Nhân giống cây sạch bệnh

Tách đỉnh sinh trưởngNuôi cấy trên môi trường

Chồi phát triển

Tạo rễ

Chuyển cây con ra đất

Kiểm định virus

1 Dung hợp tế bào trần

Tế bào trần là tế bào thực vật mà thành của nó bị hủy đi bằng cách xử lý enzyme (cellulase và pectinase) tách chiết từ nấm.

 Tạo giống bằng công nghệ tế bào

 Khái niệm tế bào trần

1 Dung hợp tế bào trần

Hình Quy trình tạo cây lai pomato

Loại bỏ thành tế bào nhờ enzym hoặc kỹ

thuật vi phẫu tạo tế bào trần

Đưa các tế bào trần của hai loài vào trong môi trường đặc biệt để chúng dung hợp 2 khối nhân và tế bào chất thành 1 để tạo tế

bào lai

Nuôi tế bào lai trên môi trường dinh dưỡng đặc biệt cho chúng phân chia và tái

sinh tạo cây khác loài

Từ 1 cây khác loài có thể nhân nhanh

thành nhiều cây tạo giống mới

Tạo các cây lai khác loài mang đặc điểm của cả hai loài nhưng không cần phải trải qua sinh sản hữu tính tránh hiện tượng bất thụ của con loài

 Tạo giống bằng công nghệ tế bào

2 Nuôi cấy hạt phấn

 Dùng để chọn các cây có đặc tính chống chịu hạn, chịu lạnh, chịu mặn, kháng thuốc diệt cỏ…

 Tạo các dòng thuần chủng đồng hợp về tất cả các gen giúp cho tính trạng chọn lọc được di truyền rất ổn định

 Cơ sở di truyền

Tạo các dòng lưỡng bội thuần chủng từ các dòng đơn bội dựa trên đặc tính của hạt phấn là có thể mọc được trên môi trường nhân tạo để tạo nên các dòng tế bào đơn bội và dựa trên đặc tính của dòng đơn bội: các alen lặn cũng được biểu hiện ra ở kiểu hình Điều này cho phép chọn lọc in vitro ở mức độ tế bào những dòng có đặc tính mong muốn

2 Nuôi cấy hạt phấn

- Nuôi các hạt phấn trên môi trường nhân tạo hình thành dòng tế bào đơn bội

- Chọn lọc các dòng đơn bội có biểu hiện tính trạng mong muốn khác nhau

 Hướng 1: tiếp tục nuôi cấy trong môi trường dinh dưỡng nhân tạo để tạo ra cây đơn bội sau đó dùng consixin (ngăn cản NST phân chia đồng đều về hai cực tế bào) lưỡng bội hóa tạo cây lưỡng bội hoặc cành lưỡng bội trên cây đơn bội

 Hướng 2: lưỡng bội hóa để phát triển thành cây lưỡng bội do được phát triển từ các dòng đơn bội nên cây lưỡng bội này thuần chủng về tất cả các kiểu gen (kiểu gen đồng hợp tử)

- Các dòng đơn bội có hai hướng phát triển:

KẾT LUẬN

• Các biện pháp nuôi cấy tế bào, nuôi cấy mô, nuôi cấy hạt phấn, dung hợp tế bào trần đều là các bằng chứng thực nghiệm chứng minh tính toàn năng của tế bào thực vật Sự tái sinh cây từ các biện pháp nuôi cấy này có ý nghĩa lớn trong nghiên cứu lý thuyết và ứng dụng trong sản xuất nông nghiệp, đăc biệt có giá trị thương phẩm cao

• Phần lớn thực vật có khả năng sinh sản sinh dưỡng Các cấu trúc sinh dưỡng (rễ, thân, lá) sinh ra thế hệ con Con người lợi dụng kĩ thuật nhân giống sinh dưỡng: cành giâm của cây, sự ghép cành và chồi, chiết cành để tạo ra một lượng lớn cây từ một cá thể nào đó mà có một tổ hợp tính trạng di truyền mong muốn

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Sinh học đại cương, tập II, Hoàng Đức Cự, Nxb Đại học Quốc gia Hà Nội, 1999

2 Sinh học cơ thể thực vật, PGS TS Nguyễn Khoa Lân, Huế, 2010

3 Campbell – Reece, Biology, 8th Edition Người dịch: Trịnh Việt Văn

4 Lê Thị Trễ, Sinh trưởng và phát triển cá thể thực vật, Huế