Chương III: QUÁ TRÌNH SINH SẢN Ở SINH VẬT
3.2. SINH SẢN Ở THỰC VẬT
a. Các hình thức sinh sản dinh dưỡng tự nhiên
Sinh sản dinh dưỡng hay là quá trình tái sinh là hiện tượng phổ biến ở thực vật, đặc biệt là ở những cây hoang dại. Ở giới động vật, khả năng sinh sản này chỉ gặp ở những đại diện thấp trong thang tiến hóa mà thôi.
Sự sinh sản bằng cách phân chia tế bào ở những cơ thể đơn bào cũng có thể xem là hình thức sinh sản dinh dưỡng.
Từ lâu người ta đã biết áp dụng rộng rãi cách sinh sản dinh dưỡng của thực vật trong trồng trọt cây ăn quả, trong nghề trồng rau, trồng hoa cũng như trong trồng rừng v.v...
Phương thức sinh sản dinh dưỡng ở thực vật có hoa rất đa dạng, có thể nẩy mầm thành cây mới từ rễ, rễ củ, thân rễ, hành, thân, lá các phần của hoa và quả. Ngoài ra một số cây lại có sinh sản bằng cách đứt đoạn, mỗi đoạn lại có khả năng hình thành nên một cơ thể mới (ví dụ ở nấm men, nấm đảm và một số thực vật bậc cao).
Hình thức sinh sản dinh dưỡng trong trường hợp đơn giản nhất là tách chồi ra khỏi cây mẹ để phát triển thành cây mới. Ở trạng thái tự nhiên các cành của những cây gỗ, cây bụi hoặc cỏ nằm sát mặt đất, thân ngầm, hành, chồi phụ đều có sinh rễ đâm chồi trong sinh sản dinh dưỡng.
Sinh sản bằng thân bò: là hình thức sinh sản dinh dưỡng thường gặp ở những cây có thân bò trên mặt đất. Tại các mấu thân hình thành nên rễ phụ và ở nách lá phát triển chồi thẳng đứng lên như ở cây rau má, cây dâu đất, dâu tây...
Sinh sản bằng thân rễ. Sinh sản dinh dưỡng bằng thân rễ thường gặp ở các loại cỏ dại nhiều năm. Thân rễ mang các lá hình vẩy và tại các mấu có các mầm chồi, tại đấy chồi cùng rễ phát triển để hình thành cây con mới, ví dụ ở cỏ tranh, cỏ gà, các cây họ Củ dong ...
Sinh sản bằng thân hành là hình thức sinh sản dinh dưỡng ở các loại cỏ, chủ yếu là cỏ một năm như ở các họ Hành tỏi, họ Thủy tiên. Trong hình thức sinh sản này ở kẽ các vẩy mọng nước của thân hành hình thành nên những hành con. Ví dụ ở hành ta, tỏi, giò Thủy tiên ...
Sinh sản bằng thân củ và củ. Thân củ và củ có nguồn gốc rễ đều có khả năng sinh sản dinh dưỡng. Trong hình thức sinh sản này trên thân củ hoặc củ hình thành nên các chồi phụ từ các chồi đó hình thành nên những cây con.
Khoai tây có thể sinh sản bằng thân củ cắt nhỏ ra từng phần, nhưng mỗi phần đó phải có một mắt (chồi mầm). Các loại củ cải, củ từ cũng có thể sinh sản dinh dưỡng bằng củ v.v...
Sinh sản bằng chồi rễ và chồi thân là hình thức phát triển những cơ thể mới từ những chồi phụ trên rễ hoặc ở gốc thân. Ví dụ sau khi người ta thu hoạch mía bằng cách chặt tận gốc thì ngay sau đó ít ngày các cây con sẽ mọc lên từ gốc để cho những cây mía của mùa sau. Kiểu sinh sản như thế thường thấy ở những cây Một lá mầm cũng như ở cây Hai lá mầm.
Hình 3. 1. Sinh sản dinh dưỡng bằng bồ ở cây rau má (Centella asiatica) . Theo Nguyễn Bá
b. Giâm, chiết và ghép cây
Sinh sản bằng cành giâm là hình thức sinh sản dinh dưỡng có nhiều ý nghĩa trong thực tế. Trong tự nhiên các phần khác nhau của cơ thể thực vật có khả năng tái sinh thành cây mới. Giâm cành cũng là hình thức tái sinh nhân tạo phổ biến khá rộng rãi.
Chữ “cành giâm” có nghĩa không phải chỉ riêng cho cành mà là cả thân, lá và rễ, nhưng ứng dụng rộng rãi nhất là thân.
Cành giâm: Về nguyên tắc giâm cành là dựa vào khả năng tái sinh khi đem cắt rời một cơ quan hoặc bộ phận của cây, cắm xuống đất trong những điều kiện thuận lợi để cho mọc rễ và hình thành cây mới. Việc giâm cành thường được áp dụng rộng rãi trong trồng trọt, ví dụ như trồng dâu, trồng sắn, mía, khoai lang, trầu không v.v...Kỹ thuật giâm cành khá đơn giả, chỉ cần cắt rời từng phần thân hoặc cành ra, dài khoảng 15-20 cm đem dập xuống đất ẩm, sau một thời gian tại các mấu sẽ đâm rễ và sinh chồi. Trồng những cây làm cảnh như hoa Hồng, Dâm bụt hoặc trồng Tre cũng theo nguyên tắc giâm cành.
Giâm bằng rễ: Giâm bằng rễ là cắt từng khúc rễ ra để trên đó phát triển những chồi phụ. Bằng cách đó mà có thể sinh ra nhiều cây non, đặc biệt trong những trường hợp cành giâm ra rễ kém. Trong thiên nhiên, chồi sinh trên rễ tương đối ít và thấy chủ yếu là ở các cây gỗ.
Giâm bằng rễ thường có thể được áp dụng ở các cây như mận, táo, chà là cảnh, long não, hoa hồng, thầ
u dầu, huyết dụ v.v... Tốt nhất là lấy những cây tuổi 1-3 năm, cắt từng khúc rễ bên cấp một, dài 10-20 cm, đem dập xuống dưới đất ẩm tốt nhất là về mùa xuân. Rễ có khả năng hình thành chồi phụ lớn hơn thân và trong cả hai trường hợp các chồi đó đều được xuất hiện từ mô phân sinh được tạo thành từ các tế bào mô mềm trong phloem non chứ không phải từ tầng phát sinh.
Chiết cây là hình thức sinh sản dinh dưỡng nhân tạo dựa vào nguyên tắc làm cho cành chiết ra rễ từ trên cây mẹ rồi sau đó mới cắt rời ra đem đi trồng ở chỗ khác. Cành chiết thường là cành, nhưng cũng có thể là rễ.
Trong trường hợp đơn giản, uốn cong hình cung những cành thấp và vùi xuống đất để cho phần ngọn của nó vươn lên trên. Sau một thời gian trên phần cành được phủ đất sẽ phát triển nhiều rễ phụ. Sau đó có thể đánh riêng cành chiết đó đem đi trồng ở chỗ khác.
Hình 3. 2. Chiết cành bằng cách cắt khoanh vỏ và bó đất bùn. Nguồn Nguyễn Bá
Hình 3. 2. Ghép áp; A. Áp thường; B. Áp thìa lìa.
Nguồn Nguyễn Bá .
Thông thường chiết cành người ta dùng phương pháp lột một khoanh vỏ xung quanh cành, buộc đất bùn cùng với rơm rạ băm lẫn vào nơi vết cắt. Bó kỹ và tưới nước thường xuyên bằng một ống chảy giọt dần. Sau 3-4 tháng rễ phát triển đầy đủ có thể cưa rời cành rồi đem trồng ở chỗ khác. Chiết cành thường được dùng nhiều trong nghề trồng cây ăn quả, như cam, bưởi, chanh, quýt, nhãn, vải và nhiều loại cây gỗ khác v.v...
Cơ chế việc hình thành rễ được giải thích như sau: việc cắt khoanh vỏ vẫn đảm bảo cho dòng nước theo mô gỗ chuyển lên lá, cần thiết cho quá trình quang hợp, nhưng dòng chất hữu cơ tổng hợp được lại được tích tụ lại tại chỗ lát cắt, ở đấy có thể cùng với các chất kích thích sinh trưởng để tạo khả năng hình thành rễ phụ.
Chiết rễ là hình thức sinh sản dinh dưỡng dựa vào khả năng hình thành các chồi phụ trên rễ khi làm cho rễ bị thương tổn,
chắn rễ là hình thức chiết rễ, làm dập vỏ rễ, nơi bị thương đó sẽ mọc lên các chồi phụ và rễ để hình thành cây mới, khi cây đã mọc đầy đủ thì đánh rời khỏi cây mẹ và đem trồng ở chỗ khác.
Hình thức chiết rễ này thường được áp dụng trong nghề trồng rừng, trồng cây ăn quả. Ví dụ người ta thường chắn rễ các cây Xoan, Hồng, Mồng quân và nhiều loại cây khác v.v...
Ghép cây là phương pháp dùng một cây này, thường là dùng cành hoặc chồi cắt rời đem ghép lên một cây khác. Mục đích của ghép cây là dùng rễ của một cây nào đó như là một hệ thống cung cấp chất dinh dưỡng mà có tính chịu đựng cao, ví dụ ở những nơi đất xấu, đất mặt, khô hoặc đá, chịu lạnh được và bền vững đối với bệnh tật v.v...
Trong ghép cây người ta dùng hai bộ phận, phần cành hoặc chồi đem ghép gọi là cành ghép và cây có rễ được ghép vào, gọi là gốc ghép.
Có nhiều phương pháp ghép cây khác nhau, tất cả đều phải làm cho cành ghép dính liền hoàn toàn với gốc ghép. Người ta thường dùng các kiểu ghép áp, ghép nêm, ghép dưới vỏ và ghép mắt.
c. Nuôi cấy mô
Trồng cây trong dung dịch nước (thủy canh - hydroponics) đã được biết từ những năm 1860 (ngày nay ở những nước tiên tiến, nhưng thiếu nước ngọt người ta áp dụng nguyên tắc trồng cây trong hệ sương mù của dung dịch dinh dưỡng - khí canh - aeroponics). Thực tế đó cùng với khả năng sinh sản vô tính của thực vật đã đưa nhà thực vật học người Đức Gottleib Haberlandt đến với ý tưởng nuôi cấy mô để phát triển thành một cây trọn vẹn, năm 1902. Nuôi cấy mô là làm cho mô sinh trưởng trong một môi trường nuôi cấy nhân tạo lỏng. Haberlandt cho rằng tế bào thực vật có tính toàn năng, tức là mỗi tế bào đều có tiềm năng di truyền của cơ thể và do đó một tế bào đơn độc cũng có thể phát triển trở thành một cơ thể trọn vẹn. Nhưng phải đến năm 1958 F. C. Steward nhà thực vật học ở trường Đại học Cornell mới thực hiện nuôi cấy thành công một cây cà rốt trọn vẹn từ một mẩu nhỏ phloem của củ cà rốt. Cũng như những nhà nghiên cứu trước, ông cũng đã dùng đường muối khoáng, vitamin cho tế bào, nhưng còn thêm nước dừa (về sau mới phát hiện ra trong nước dừa có chứa hormon cytokinin). Khi tế bào bắt đầu phân chia thì chúng tạo nên mô callus tức là những tế bào không phân hóa. Rồi callus phân hóa thành chồi, rễ và trở thành một cây phát triển đầy đủ.
Nhân giống là tạo ra các thứ hoặc các loài khác nhau của cây để tạo nên những cây có các đặc tính mong muốn. Nhân giống theo kiểu sinh sản dinh dưỡng của những cây đã trưởng thành thì chỉ tạo ra được rất nhiều cây giống hệt nhau về những tính chất đó. Nuôi cấy mô tạo nên kiểu nhân giống, phương pháp thương mại có thể tạo ra hàng ngàn hoặc hàng triệu những cây con giống hệt nhau trong một khoảng không gian hạn hữu. Nuôi cấy mô phân sinh là phương pháp hữu hiệu của nhân giống hiển vi. Khi cho một tỉ lệ đúng của auxin và cytokinin vào môi trường nuôi cấy thì sẽ có rất nhiều chồi mới phát triển từ một chồi. Từ những chồi này sẽ phát triển thành những cây có đặc tính di truyền giống hệt nhau.
Ưu việt khác của việc nhân giống này là tạo nên những cây không nhiễm virus.
Khi dùng mô phân sinh hoa để nhân giống thì cấu trúc giống phôi được gọi là phôi xô ma ở trên đỉnh của callus. Những phôi này được bọc trong gel tạo thành hạt nhân tạo để bán rộng rãi như người ta đã làm với một số rau ăn, cây cảnh.
Nuôi cấy bao phấn là kĩ thuật dùng các bao phấn chín đem nuôi cấy trong môi trường chứa vitamin và các chất điều hoà sinh trưởng. Tế bào ống đơn bội trong hạt phấn sẽ phân chia cho ra vài chục tới bốn, năm chục tế bào. Rồi hạt phấn cuối cùng vỡ ra hàng chục các phôi đơn bội. Những phôi đơn bội này sẽ phát triển thành những cây đơn bội hoặc bằng các tác nhân hóa học để tạo nên bộ nhiễm sắc thể lưỡng bội và do đó những cây tạo nên là
lưỡng bội nhưng là đồng hợp về mọi alen. Nuôi cấy bao phấn là phương pháp tạo nên các cây có alen lặn. Nếu như các alen lặn đó điều khiển tính trạng mong muốn thì cây sẽ mang các tính trạng đó.
Kĩ thuật nuôi cấy treo tế bào được phát triển từ kĩ thuật nuôi cấy mô thực vật. Ngay sau khi callus phát triển người ta cắt nhỏ ra từng phần và lắc trong môi trường dinh dưỡng thì một tế bào đơn độc hoặc một nhóm nhỏ tế bào sẽ bị phá vỡ và tạo nên dạng treo. Những tế bào này sẽ cho những chất hóa học như chính cây nguyên. Chẳng hạn bằng cách nuôi cấy treo tế bào cây Cinchona ledgeriana đã tạo nên quinin và cây Digitalis lanata đã tạo nên digitoxin. Bằng cách này trong tương lai không xa người ta có thể tạo được các hợp chất tự nhiên của cây cỏ.
Nuôi cấy tế bào trần cũng là kĩ thuật dựa vào tính toàn năng của tế bào thực vật.
Người ta dùng enzym để tiêu hủy vách tế bào của mô thịt lá và tạo thành những tế bào trần hay thể nguyên sinh (protoplast). Những tế bào trần này sẽ tái sinh vách mới và bắt đầu phân chia để tạo thành phôi sô ma hay cả cây nguyên.
3.2.2. Sinh sản bằng bào tử
Sinh sản bằng bào tử là hình thức sinh sản trong đó cơ thể mới sinh ra từ bào tử, bào tử được hình thành trong túi bào tử từ thể bào tử. Vd: Sinh sản ở rêu, quyết, dương xỉ…
3.2.2.1. Sinh sản ở cây rêu:
Rêu (Bryophyta) là nhóm thực vật ở cạn không mạch, nhỏ, dài không quá 2 cm. Thể giao tử màu lục, tạo nên chất nuôi dưỡng cho mình và so với thể bào tử thì lại tương đối lớn hơn và rõ rệt hơn. Thể bào tử lại nhận chất thức ăn trực tiếp từ thể giao tử.
Có hai đặc điểm để phân biệt rêu với thực vật có mạch là:
+ Không có mô dẫn chuyên hóa: Thể giao tử ở nhiều loài rêu và thể giao tử ở một số loài có một dải mô dẫn nước chuyên hóa ở giữa thân giống với mô dẫn ở thể bào tử của thực vật có mạch, nhưng mô dẫn chất dinh dưỡng thì chỉ có ở một số ít chi. Dù có thân, lá, không có rễ (nhưng có rễ giả) nhưng cấu tạo của nó là rất đơn giản so với thực vật có mạch.
+ Thể bào tử ở rêu, rêu thật cũng như Địa tiền và Rêu sừng, đều luôn luôn nhở hơn và luôn lấy chất dinh dưỡng từ thể giao tử.
* Chu trình sinh sản ở cây Rêu:
Rêu thật (Musci) có trên 10,000 loài, gặp ở rất nhiều nơi trên trái đất, những nơi đất ẩm, trên thân cây có gỗ, trên mái, tường nhà.... Bề ngoài cây Rêu có thân, lá, rễ trông giống như thực vật bậc cao khác nhưng kì thực lại khác hoàn toàn thể giao tử, thể bào tử.
Chu trình sinh sản ở cây Rêu:
Hình 3.4. Chu trình sinh sản ở cây Rêu
Thể giao tử của cây Rêu là những cây có lá nhỏ, mọc xoắn trên thân, thân thành chùm hay mọc bò. Cây Rêu có cây đực và cây cái riêng biệt. Trên đỉnh cây rêu đực có mang túi tinh có cuống, túi tinh có lớp tế bào bao bọc phía ngoài. Bên trong là những tế bào chuyên hóa sẽ trở thành tinh trùng. Trên đỉnh cây rêu cái có các túi trứng hình chai gồm một cổ kéo dài và phía dưới là phần bụng phình ra chứa một tế bào trứng. Khi trứng chín các tế bào trong phần cổ sẽ tạo nên một lỗ và một cột dịch lỏng để cho tinh trùng và các túi tinh gần đấy bơi đến tế bào trứng để thụ tinh. Sự thụ tinh xảy ra bên trong phần bụng của túi trứng.
Thể bào tử trưởng thành ở cây rêu thường có màu vàng nhạt hoặc có màu nâu gồm một túi bào tử có dạng bình có nắp đậy đính trên một cuống trên cây rêu cái tức thể giao tử (thể mang túi bào tử hay tử nang thể).
Trong túi bào tử có một phức hợp tế bào giàu sinh chất sẽ cho các bào tử nên được gọi là các nguyên bào tử. Các nguyên bào tử tiến hành giảm phân cho các bào tử nhỏ (n) làm nhiệm vụ sinh sản vô tính.
Bào tử nảy mầm thành những sợi nhỏ phân nhánh, có chứa lục lạp gọi là các nguyên chồi sẽ cho một cây rêu có thân và lá để cuối cùng cho những cơ quan sinh sản là túi tinh và túi trứng.
Tóm lại, trong chu trình sống của cây rêu có sự xen kẽ của hai thế hệ. Thế hệ hữu tính hay thể giao tử, là giai đoạn đơn bội thể nhiễm sắc (n) được bắt đầu từ lần phân chia giảm nhiễm của tế bào nguyên bào tử để tạo nên các bào tử, bào tử nảy mầm thành nguyên ty để hình thành cây rêu đực và cái riêng biệt. Giai đoạn này dài và chiếm ưu thế.
Thế hệ vô tính tức là thể bào tử, là giai đoạn lưỡng bội NST (2n) được bắt đầu từ khi tinh trùng kết hợp với tế bào trứng tạo thành hợp tử rồi cho tử nang thể và kết thúc khi các nguyên bào tử bắt đầu phân chia. Giai đoạn này ngắn và phụ thuộc hoàn toàn vào thể giao tử.