Theo đa số các tác giả, có thể chia hình thức sinh sản ra làm hai loại: Sinh sản vô tính và sinh sản hữu tính 2.Các hình thức sinh sản vô tính 2.1.Sự phân đôi Sự phân đôi là hình thức si
Trang 1A – ĐẶT VẤN ĐỀ
Quá trình sống của cá thể gắn liền với sự bảo tồn nòi giống của chúng cho những thế hệ sau bằng cách sinh sản Khả năng sinh sản là một đặc trưng của sinh vật để tiếp tục duy trì sự tồn tại của loài, tạo ra những cá thể mới thay thế cho những cá thể chết đi vì bị ăn thịt, bị ký sinh hoặc già cỗi
Khả năng sinh sản thể hiện ở ngay các sinh vật vô cùng nhỏ bé là virut cho đến các sinh vật đa bào bậc cao Ở mức độ toàn vẹn của cơ thể, sự sinh sản thể hiện bằng nhiều dạng khác nhau: sinh sản vô tính, sinh sản sinh dưỡng và sinh sản hữu tính
Quá trình sinh sản vô tính thường gặp ở động vât bậc thấp nhằm giúp chúng nhân nhanh số lượng, phù hợp với đời sống không di động… Vậy sinh sản vô tính là gì? Có những hình thức sinh sản vô tính nào và ứng dụng của hình thức sinh sản này vào trong đời sống sản xuất cũng như khoa học thực
nghiệm như thế nào? Đó là lý do tôi chọn đề tài “Sinh sản vô tính và ứng dụng”.
Trang 2B – NỘI DUNG 1.Khái niệm chung về sinh sản
1.1.Định nghĩa
Sinh sản là một quá trình sinh học tạo ra các sinh vật riêng biệt mới Khả năng sinh sản là một đặc trưng của sinh vật để tiếp tục duy trì sự tồn tại của loài Mỗi cá thể động vật và thực vật cần phải sinh sản để tạo ra những cá thể mới thay thế cho các cá thể chết đi vì bị ăn thịt, bị ký sinh hoặc già cỗi
Khả năng sinh sản thể hiện ở ngay các sinh vật vô cùng bé nhỏ là vi rút cho đến các sinh vật đa bào bậc cao
Sinh sản vô tính là quá trình tạo ra một sinh vật mới với các đặc điểm giống hệt cá thể ban đầu mà không có sự đóng góp vật liệu di truyền của một
cá thể khác
1.2.Phân loại
Có hai quan điểm phân loại sinh sản:
Theo Từ điển Bách khoa Sinh học (NXB Bách khoa Xô viết, Moscow, 1986), có thể phân chia hình thức sinh sản làm ba loại: Sinh sản vô tính, sinh sản dinh dưỡng và sinh sản hữu tính
Theo đa số các tác giả, có thể chia hình thức sinh sản ra làm hai loại: Sinh sản vô tính và sinh sản hữu tính
2.Các hình thức sinh sản vô tính
2.1.Sự phân đôi
Sự phân đôi là hình thức sinh sản vô tính bằng cách cơ thể tách ra làm hai phần bằng nhau hoặc gần bằng nhau, mỗi phần trở thành một cá thể con
Sinh sản bằng hình thức phân đôi thường gặp ở động vật đơn bào như
trùng roi (Flagellata) Các tế bào này phân chia theo kiểu nguyên phân và cơ
thể phân đôi theo chiều ngang hoặc chiều dọc tùy từng loài.Ví dụ: trùng cỏ sinh sản bằng cách phân đôi theo chiều ngang, nhân lớn và nhân nhỏ đều phân chia nguyên nhiễm, phần lớn phân chia theo kiểu nội nguyên phân (phân chia
Trang 3nhiễm sắc thể mà không phân chia nhân) Khi không còn nhiễm sắc thể, nhân lớn mới kéo dài, chia đôi cùng với sự chia đôi của tế bào
Ở động vật bậc cao, dạng phân đôi xảy ra khi đã hình thành hợp tử được gọi là sự phân đôi của hợp tử Ví dụ ở người, trứng đã thụ tinh phân chia làm hai, từ hai phần này tạo thành hai phôi và phát triển thành hai cá thể Đây gọi
là sinh đôi thật hay sinh đôi cùng trứng
2.2.Sinh sản bằng bào tử
Sinh sản bằng bào tử là hình thức sinh sản mà trong chu kỳ sống có xuất hiện một giai đoạn sinh ra các bào tử Bào tử là những tế bào đặc biệt thường
có vỏ cứng bảo vệ và có khả năng chịu đựng được nóng, lạnh, khô và các điều
kiện khác của môi trường Ví dụ sinh sản của Trùng bào tử (Sporozoa), Trùng bào tử gai (Cnidosporidia) và Trùng vi bào tử (Microsporidia).
Trùng hai đoạn (Eimeria) thuộc lớp Trùng bào tử, hợp tử tạo thành do
kết quả của sinh sản hữu tính sau khi thành kén trứng sẽ bắt đầu phân chia ba lần liên tiếp trong đó hai lần đầu giảm nhiễm, kết quả cho ra 8 trùng bào tử tức trùng hai đoạn con Trong kén có vô số trùng bào tử được bảo vệ chắc chắn trong hai lớp vỏ là vỏ kén và vỏ của kén trứng Thường thì kén theo phân ra ngoài và khi xâm nhập vào ống tiêu hóa của vật chủ mới, dịch tiêu hóa phá vỡ
Hình 1 – Sự phân đôi ở trùng biến hình
Trang 4vỏ kén và vỏ của kén trứng, giải phóng trùng hai đoạn con Trùng hai đoạn trưởng thành lại bắt đầu thế hệ sinh giao tử mới Như vậy, trong vòng đời của trùng hai đoạn có xen kẽ thế hệ sinh giao tử và sinh bào tử
Ở trùng sốt rét (Plasmodum) cũng thuộc lớp Trùng bào tử, kén trứng phân chia nhiều lần cho 10000 trùng bào tử (Sporozoit) là những dạng sẵn sàng
xâm nhập vào vật chủ và gây bệnh
2.3.Liệt sinh
Liệt sinh là hình thức sinh sản vô tính đặc trưng của động vật đơn bào sống ký sinh làm tăng nhanh số lượng cá thể trong một thời gian ngắn, là một biểu hiện của luật số lớn Trong liệt sinh, nhân phân chia nhiều lần trước khi tế bào chất phân chia để cho nhiều tế bào con
Ví dụ Trùng sốt rét (Plasmodum ): Trong vòng đời của Trùng sốt rét có
các thế hệ sinh sản vô tính bằng liệt sinh xen kẽ giữa các thế hệ sinh bào tử và sinh giao tử Ở Trùng sốt rét, liệt sinh được tiến hành khởi đầu trong tế bào gan (giai đoạn liệt sinh ngoài hồng cầu), sau đó mới trong tế bào máu (giai đoạn liệt sinh trong hồng cầu) Quá trình sinh giao tử ở hai nhóm này cũng tiến hành trong tế bào hoặc bắt đầu trong tế bào vật chủ Chu trình sinh sản của Trùng sốt rét ở người và muỗi có 2 giai đoạn: giai đoạn sinh sản vô tính trong người
và giai đoạn sinh sản hữu tính trong cơ thể muỗi truyền bệnh Chu trình phát triển của Trùng sốt rét diễn ra như sau: Giai đoạn sinh sản vô tính trong cơ thể
người, Trùng sốt rét sau khi được muỗi Anopheles truyền vào máu người, bắt
đầu sinh sản vô tính qua hai thời kỳ: Thời kỳ ngoài hồng cầu Bào tử theo máu xâm nhập vào gan Chúng chỉ tồn tại trong máu từ nửa giờ đến một giờ, vì máu không phải là môi trường thích hợp của chúng Đến gan, bào tử xâm nhập vào các tế bào gan, dồn nhân của tế bào gan về một phía và bắt đầu lớn lên thành
liệt thể (schizoit) là một dạng trọng, chuẩn bị sinh sản Khi đủ điều kiện, liệt thể liệt sinh cho ra nhiều liệt tử (merozoit) Các liệt tử phá vỡ tế bào gan, chui
vào tế bào gan khác và tiếp tục liệt sinh Thời kỳ này thường kéo dài 14 ngày Bệnh nhân trong thời kỳ này chưa có triệu chứng gì, số lượng liệt tử trong gan
Trang 5rất lớn Đại bộ phận liệt tử xâm nhập vào máu, một số ít xâm nhập vào tế bào gan khác để tiếp tục liệt sinh như trên Thời kỳ trong hồng cầu Liệt tử từ gan vào máu, xâm nhập vào hồng cầu, bắt đầu giai đoạn trong hồng cầu Trong máu những người mắc bệnh sốt rét sẽ tìm thấy trong các hồng cầu những ký sinh trùng nhỏ, thay đổi hình dạng như amip Ký sinh trùng (mỗi con trong một hồng cầu) lớn lên rất nhanh thành liệt thể, liệt thể liệt sinh cho nhiều liệt
tử, và chứa đầy trong hồng cầu Hồng cầu ấy chỉ còn lại phần chung quanh ngoại bên Liệt thể hút hết huyết cầu tố và huyết cầu tố trong cầu trùng biến thành một sắc tố có hạt màu đen, gọi là melanine Một phần sinh chất của ký sinh trùng cũng những hạt melanine còn lại không được dùng tới Liệt thể phá
vỡ hồng cầu và giải phóng liệt tử Lúc này ứng với cơn sốt xảy ra trong lâm sàng Đại bộ phận liệt tử lại tiếp tục xâm nhập vào hồng cầu khác và tiếp tục liệt sinh trong hồng cầu Cứ như vậy, liệt sinh có thể xảy ra một vài lần trước khi chuẩn bị sinh sản hữu tính Một số liệt tử trở thành mầm giao tử gồm mầm giao tử lớn và mầm giao tử bé Các mầm giao tử này không tiếp tục phát triển thêm trong cơ thể người, mà sẽ phát triển thành giao tử ở muỗi Nếu không được muỗi hút vào thì sau một thời gian, chúng sẽ bị tiêu hủy Chúng không có khả năng gây bệnh nếu không qua muỗi Thời gian hoàn thành chu kỳ sinh sản
vô tính trong hồng cầu của trùng Plasmodium vivax là 48 giờ, ở các loài khác
có thể kéo dài từ 24 – 72 giờ Trong hồng cầu, Trùng sốt rét đã gây ra hai tác hại lớn: Ăn hết hemoglobine và phá vỡ hàng loạt hồng cầu Thải chất cặn bã màu đen (melanine) rất có hại cho hồng cầu Giai đoạn sinh sản hữu tính ở
muỗi Anopheles trong trường hợp các mầm giao tử được hút vào ruột một giống muỗi sốt rét (Anopheles), các mầm giao tử sẽ vào ống tiêu hóa của muỗi
và phát triển thành giao tử Ở dạ dày muỗi, mầm giao tử lớn tiếp tục phát triển cho một giao tử cái, còn mầm giao tử nhỏ (microgametocyte) lại sinh ra roi, kéo dài chất nguyên sinh, thụ tinh cho ra hợp tử Hợp tử có khả năng di động gọi là trứng động Về sau, trứng động lách qua thành dạ dày muỗi vào thể xoang dần dần phân chia ra thành nhiều bào tử không màng Chúng lên tuyến
Trang 6nước bọt của muỗi Chất bài tiết của các tuyến ấy được muỗi truyền vào vết đốt qua vòi khi đốt Lúc đốt, vô số tử bào tử chui vào máu người Các tử bào tử này có đối xứng hai bên, có thể tiết ra những men tiêu protein, giúp chúng xâm nhập vào tế bào chủ một cách dễ dàng Từ muỗi sang người, trước tiên, tử bào
tử chui vào các tế bào mội mô của các mạch, sinh sản ở trong đó một thời gian ngắn và ngay sau thời gian ấy, chúng rời nội mô vào mạch để chui vào hồng cầu Chỉ vào thời gian này mới bắt đầu giai đoạn đầu của chu kỳ sống như đã
mô tả Như vậy, có thể thấy cả đời sống Trùng sốt rét diễn ra trong vật chủ (giai đoạn sinh sản vô tính ở trong cơ thể người – vật chủ phụ, giai đoạn sinh sản hữu tính trong cơ thể muỗi – vật chủ chính), không có giai đoạn sống tự do
ở môi trường ngoài Do đó, trong giai đoạn sinh sản hữu tính, chúng không có bào tử có vỏ bảo vệ mà chỉ có những bào tử con trần
Trang 72.4.Sự nảy chồi
Sinh sản vô tính bằng hình thức nảy chồi là kiểu sinh sản trong đó cá thể mới được sinh ra do một mấu lồi (chồi) của cơ thể bố mẹ Các cá thể mới sinh
Hình 2 – Sinh sản của Trùng sốt rét (Plasmodum )
Trang 8ra có thể tách rời khỏi cơ thể bố mẹ để sống độc lập (thủy tức đơn độc) hoặc vẫn dính vào cơ thể bố mẹ (thủy tức tập đoàn)
Kiểu sinh sản này thường thấy ở một số nhóm động vật như ruột khoang, bọt biển và sống đuôi
Ở thủy tức nước ngọt sống đơn độc, chồi thường mọc ở vùng sinh chồi nằm vào khoảng giữa cơ thể Đầu tiên xuất hiện một mấu lồi, lớn dần lên rồi hình thành lỗ miệng và vòng tua miệng của con non, thủy tức con sau đó tách khỏi cơ thể mẹ thành một cơ thể độc lập và hình thành cơ thể trưởng thành Ở thủy tức tập đoàn, các cá thể con không tách khỏi cơ thể mẹ, kết quả hình thành thủy tức tập đoàn
Ngoài ra, còn có hiện tượng sinh chồi trong với lớp vỏ chắc chắn.Chồi trong được hình thành vào mùa thu trong cơ thể mẹ Đến mùa xuân các cá thể
Hình 3 – Sinh sản bằng nảy chồi ở thủy tức
Trang 9này chui ra khỏi lớp vỏ, thoát khỏi cơ thể mẹ để cho các cá thể mới Hiện
tượng này có thể gặp ở thân lỗ nước ngọt hoặc ở Động vật hình rêu (Bryozoa).
2.5.Sự tái sinh
Sinh sản vô tính bằng hình thức tái sinh là khi cắt cơ thể ra thành nhiều
phần, mỗi phần sẽ tái sinh thành cơ thể toàn vẹn Ví dụ ở Giun giẹp (Planaria).
Khi nói đến tái sinh người ta thường phân biệt tái sinh sinh lý và tái sinh khôi phục.Tái sinh sinh lý là hiện tượng thay thế các tế bào bị phân hủy và thay thế mới, các hợp chất hóa học phức tạp luôn luôn bị phân giải và được tổng hợp Tái sinh khôi phục là hiện tượng một cơ quan hoặc một mô của cơ thể hoặc một phần cơ thể phát triển trở lại hoặc phát triển thành một cơ thể mới
Trang 10Sự tái sinh được đặc trưng bởi sự tập trung các tế bào vào vùng bị hủy
hoại Các tập hợp tế bào này được gọi là blastema (mầm cơ quan) Chính cấu trúc mới được xuất hiện từ blastema.
Ở Planaria, có dòng tế bào chưa được biệt hóa gọi là neoblast (tân
nguyên bào), chúng tồn tại ở trạng thái phôi, khi có một nơi nào trên cơ thể bị
thương tổn chúng sẽ di cư đến đó và tạo thành blastema Từ đây các cơ quan
sẽ biệt hóa
Hình 4 – Sự tái sinh ở Giun dẹp (Planaria)
Trang 112.6.Sự phân mảnh
Sinh sản vô tính bằng hình thức phân mảnh là khi cơ thể bị cắt ra thành nhiều mảnh, từ mỗi mảnh có thể phát triển thành một cơ thể mới Ví dụ: sao biển, giun dẹp… sự phân mảnh được xem như là sự tái sinh đạt tới mức phát triển tối đa
Một dạng khác của sự phân mảnh cần được chú ý là quá trình cắt đoạn
(hay tạo đốt sinh sản) Ở lớp Sứa chính thức (Scyphozoa), trong chu kỳ sống
của chúng có hai dạng sống: dạng sứa có khả năng di chuyển, tạo ra các giao
tử đực và cái, các giao tử đực và cái kết hợp với nhau thành hợp tử Hợp tử phát triển qua giai đoạn ấu trùng bơi lội tự do một thời gian rồi lắng xuống đáy tạo thành dạng thủy tức Dạng này sinh sản vô tính bằng cách phân mảnh để tạo thành một chồng đĩa sứa Các đĩa sứa tách nhau ra và phát triển dần dần thành dạng sứa chính thức sống tự do trong nước
Hình 5 – Sự phân mảnh ở lớp Sứa chính thức (Scyphozoa)
Trang 122.7.Sinh sản đa phôi
Sinh sản đa phôi là hình thức sinh sản nhiều phôi xuất hiện từ một mầm Chỉ một phôi trong đó có nguồn gốc hữu tính, còn các phôi khác có xuất xứ vô tính Ở động vật, sinh sản đa phôi thấy ở các loài ong ký sinh thuộc Bộ Cánh
màng (Hymenoptera) Sinh sản đa phôi cũng còn gặp ở con tatu (Tatusisa hybrida).
Ở các loài ong ký sinh thuộc Bộ Cánh màng (Hymenoptera), trứng
thường nghèo chất dinh dưỡng dự trữ, được đẻ vào cơ thể ấu trùng của một loại ấu trùng khác Tận dụng chất dinh dưỡng trong cơ thể vật chủ, trứng phân cắt thành dải phôi bào rồi tự phân thành nhiều đoạn nhỏ, mỗi đoạn lại có thể phân thành nhiều đoạn nhỏ hơn Mỗi đoạn nhỏ sau cùng sẽ phát triển thành một ấu trùng rồi thành ong trưởng thành rồi chui ra ngoài Lối sinh sản đa phôi
là đặc tính thích ứng của các loài ong ký sinh, bảo đảm nhân nhanh số lượng, được coi là một dạng sinh sản vô tính ở côn trùng
3.Ứng dụng của sinh sản vô tính
3.1.Đa thai nhân tạo
Bằng kỹ thuật buộc thắt phôi ở giai đoạn mới hình thành sẽ tạo ra nhiều
cá thể là một vấn đề thời sự trong chăn nuôi Kết quả của kỹ thuật trên sẽ tạo ra hai hoặc nhiều cá thể sinh đôi, sinh ba, … gọi là đa thai nhân tạo
3.2.Nuôi cấy tế bào
Tế bào từ các cơ thể nguyên vẹn có thể được tách riêng và nuôi cho phát triển trong môi trường nuôi cấy có chứa một hỗn hợp các chất dinh dưỡng và nhân tố tăng trưởng Quá trình này gọi là nuôi cấy tế bào
Năm 1907, Harrison công bố thí nghiệm được xem là sớm nhất về nuôi
cấy tế bào động vật Ông sư dụng một kỹ thuật có tên là kỹ thuật “giọt treo” (hanging drop) để nuôi một mẫu mô phôi ếch trong dung dịch bạch huyết.
Tế bào nuôi cấy được sử dụng trong nhiều lĩnh vực: mô hình thực nghiệm để khảo sát tác động của hóa chất, công cụ sản xuất các chế phẩm sinh học, nguyên liệu cho ghép tế bào và cơ quan,…
Trang 13Một hóa chất trị bệnh, trước khi được phép lưu hành, phải trải qua nhiều thử nghiệm, trong đó có giai đoạn thử nghiệm trên động vật Các thử nghiệm
đó đã gặp sự phản đối vì công tác bảo vệ động vật, không mở rộng trên người, làm mất thời gian và tốn kém,… Vì thế, sử dụng tế bào nuôi cấy làm mô hình thử nghiệm là hướng tốt nhất
Người ta có thể chủ động tạo ra các hư hại đặc trưng trên tế bào bằng các chất độc, từ đó phát hiện các bào quan bị ảnh hưởng và xác định các cơ chế sinh hóa và phân tử của quá trình chuyển hóa chất độc
Tế bào nuôi cấy còn được ứng dụng trong việc sản xuất các chế phẩm sinh học Ví dụ: vaccine ngừa bệnh đậu mùa, chứng bại liệt ở trẻ em,… trong chăn nuôi thì có caccin ngừa bệnh lở mồm long móng ở gia súc và các bệnh khác
Sử dụng tế bào nuôi cấy động vật vào trong cấy ghép Ví dụ: Việc ghép các tế bào tụy tạng sản sinh insulin của heo vào người bệnh tiểu đường đã được thực hiện vào năm 1990 nhưng chưa có kết quả rõ ràng, nếu thành công
sẽ giúp bệnh nhân tiểu đường không còn phụ thuộc vào việc tiêm đều đặn insulin đồng thời loại bỏ tối đa các hậu quả của bệnh Ngoài ra, tế bào nuôi cấy còn ứng dụng để tạo ra các cơ quan dùng trong điều trị chứng xơ vữa động mạch, thay thế các động mạch bị hỏng Gần đây, một nhóm nghiên cứu đã sản xuất thành công mạch máu tự nhiên bằng cách nuôi cấy các tế bào động mạch chủ của bò thay cho các mạch máu nhân tạo thường kém bền và dễ bị nghẽn
3.3.Cấy, ghép mô và cơ quan
Những thành tựu của việc cấy ghép mô và cơ quan:
Ghép da và xương: Phổ biến và dễ thực hiện vì miếng ghép dễ kiếm (có thể lấy ngay trên người đó hoặc từ một người khác có hệ HLA phù hợp)
Ghép thận: Bệnh nhân có thể ghép chờ chạy thận nhân tạo Trên thế giới
có hàng trăm trung tâm ghép thận và đã có hàng vạn người được ghép với tỉ lệ sống rất cao Có thể lấy thận từ người chết để ghép với tỉ lệ thành công đạt 54%
