I - Khái niệm công nghệ tế bào
Ngày nay, việc ứng dụng ph√ơng pháp nuôi cấy tế bào hoặc mô trên môi tr√ờng dinh d√ỡng nhân t◊o để t◊o ra những mô, cơ quan hoặc cơ thể hoàn chỉnh với đầy
đủ các t˙nh tr◊ng của cơ thể gốc đã trở thành một ngành kĩ thuật, có quy tr˘nh xác
đ˚nh, đ√ợc gọi là công nghệ tế bào.
Khi ứng dụng công nghệ tế bào trên đối t√ợng thực vật hay động vật, ng√ời ta đều phải tách tế bào từ cơ thể rồi nuôi cấy trên môi tr√ờng dinh d√ỡng nhân t◊o th˙ch hợp để t◊o thành mô non (hay còn gọi là mô sẹo). Tiếp đó, dùng hoocmôn sinh tr√ởng k˙ch th˙ch mô sẹo phân hoá thành cơ quan hoặc cơ thể hoàn chỉnh.
tHãy trả lời các câu hỏi sau :
−Công nghệ tế bào là g˘ ?
− Để nhận đ√ợc mô non, cơ quan hoặc cơ thể hoàn chỉnh hoàn toàn giống với cơ thể gốc, ng√ời ta phải thực hiện những công việc g˘ ? T◊i sao cơ quan hoặc cơ thể hoàn chỉnh l◊i có kiểu gen nh√ d◊ng gốc ?
II - ứ ng dụng công nghệ tế bào
Công nghệ tế bào đ√ợc ứng dụng khá rộng rãi trong nhân giống vô t˙nh ở cây trồng và trong t◊o giống cây trồng mới. ởvật nuôi, công nghệ tế bào đã thu đ√ợc một số kết quả b√ớc đầu.
1. Nhân giống vô t˙nh trong ống nghiệm (vi nhân giống) ở cây trồng
Để có đủ số l√ợng cây trồng trong một thời gian ngfln, đáp ứng yêu cầu của sản xuất, ng√ời ta th√ờng tách mô phân sinh (từ đỉnh sinh tr√ởng hoặc từ các tế bào lá non) rồi nuôi cấy trên môi tr√ờng dinh d√ỡng đặc trong ống nghiệm (h˘nh 31.a) để t◊o ra các mô sẹo (h˘nh 31.b).
Các mô sẹo l◊i đ√ợc chuyển sang nuôi cấy trong ống nghiệm chứa môi tr√ờng dinh d√ỡng đặc và có hoocmôn sinh tr√ởng phù hợp để k˙ch th˙ch chúng phân hoá thành các cây con hoàn chỉnh (h˘nh 31.c,d). Các cây non đ√ợc chuyển sang trồng trong các bầu (th√ờng là các hộp nhựa nhỏ đựng đất) trong v√ờn √ơm có mái che (31.e) tr√ớc khi mang trồng ngoài đồng ruộng (31.f).
ởn√ớc ta, quy tr˘nh nhân giống vô t˙nh trong ống nghiệm đối với khoai tây, m˙a, dứa và một số giống phong lan đã đ√ợc hoàn thiện. Nhiều phòng th˙ nghiệm b√ớc
đầu đ◊t kết quả trong nhân giống cây rừng (lát hoa, sến, b◊ch đàn...) và một số cây thuèc qu˝ (s©m, sinh ®˚a, r©u mÌo,...).
Ph√ơng pháp này còn giúp cho việc bảo tồn một số nguồn gen thực vật qu˝ hiếm có nguy cơ tuyệt chủng.
2. ứng dụng nuôi cấy tế bào và mô trong chọn giống cây trồng
Ngày nay, ng√ời ta đã áp dụng ph√ơng pháp nuôi cấy mô và tế bào để phát hiện và chọn lọc dòng tế bào xôma biến d˚. Một dòng tế bào xôma là tập hợp các tế bào
đ√ợc h˘nh thành từ một tế bào xôma ban đầu qua nhiều lần nguyên phân liên tiếp.
Viện Công nghệ Sinh học đã chọn đ√ợc dòng tế bào ch˚u nóng và khô từ các tế bào phôi của giống lúa CR203 rồi dùng ph√ơng pháp nuôi cấy tế bào để t◊o ra giống lúa mới cấp Quốc gia DR2 có năng suất và độ thuần chủng cao, ch˚u nóng và khô h◊n tốt.
3. Nhân bản vô t˙nh ở động vật
Hiện nay, trên thế giới đã nhân bản vô t˙nh thành công đối với cừu (cừu Đôli, 1997), bò (bê nhân bản vô t˙nh, 2001) và một số loài động vật khác.
H˘nh 31. S ơ đồ nhân giống m˙a bằng nuôi cấy mô (V iện Di truyền Nông nghiệp)
Lá non đ√ợc nuôi cấy trên môi tr√ờng
Cây con hoàn chỉnh Nhà l√ới để √ơm cây con Cây t◊o thành từ nuôi cấy mô
đ√ợc trồng trên đồng ruộng Mô sẹo đ√ợc t◊o thành
sau 10 ngày nuôi cấy
Cây con đ√ợc t◊o thành từ mô sẹo
a b
d e f
c
Việt Nam đã nhân bản vô t˙nh thành công đối với cá tr◊ch. Việc nhân bản vô t˙nh thành công mở ra triển vọng nhân nhanh nguồn gen động vật qu˝ hiếm có nguy cơ
tuyệt diệt.
Ngoài ra, nhân bản vô t˙nh để t◊o cơ quan nội t◊ng động vật từ các tế bào động vật
đã đ√ợc chuyển gen ng√ời mở ra khả năng chủ động cung cấp các cơ quan thay thế cho các bệnh nhân b˚ hỏng các cơ quan t√ơng ứng.
t Nêu những √u điểm và triển vọng của ph√ơng pháp nhân giống vô t˙nh trong ống nghiệm.
Công nghệ tế bào là ngành kĩ thuật về quy tr˘nh ứng dụng ph√ơng pháp nuôi cấy tế bào hoặc mô để t◊o ra cơ quan hoặc cơ thể hoàn chỉnh.
Công nghệ tế bào gồm 2 công đo◊n thiết yếu là : tách tế bào hoặc mô
từ cơ thể rồi mang nuôi cấy để t◊o mô sẹo, dùng hoocmôn sinh tr√ởng k˙ch th˙ch mô sẹo phân hoá thành cơ quan hoặc cơ thể hoàn chỉnh.
Công nghệ tế bào đ√ợc ứng dụng trong vi nhân giống hay nhân bản vô t˙nh hoặc trong chọn dòng tế bào xôma biến d˚ để t◊o ra giống cây trồng mới...
1. Công nghệ tế bào là g˘ ? Gồm những công đo◊n thiết yếu nào ?
2. Hãy nêu những √u điểm và triển vọng của nhân giống vô t˙nh trong ống nghiệm.
Trong nhân bản vô t˙nh để tăng nhanh số cá thể, ng√ời ta th√ờng tách một mô sẹo thành nhiều phần nhỏ. Mỗi phần nhỏ này l◊i phát triển thành một mô sẹo lớn hơn.
Thực hiện tách và nuôi cấy nhiều lần lặp l◊i trong vòng 8 tháng, từ một củ khoai tây có thể thu đ√ợc 2000 triệu mầm giống, đủ trồng cho 40 ha. Mỗi cm3 môi tr√ờng nuôi cấy có thể chứa 1 triệu tế bào khoai tây, mỗi tế bào có thể phát triển thành cây mới.
Bài 32. C≠NG NGHệ gen
I - Khái niệm kĩ thuật gen và công nghệ gen
Kĩ thuật gen (kĩ thuật di truyền) là các thao tác tác động lên ADN để chuyển một
đo◊n ADN mang một hoặc một cụm gen từ tế bào của loài cho (tế bào cho) sang tế bào của loài nhận (tế bào nhận) nhờ thể truyền (h˘nh 32).
H˘nh 32. S ơ đồ chuyển gen vào tế bào vi khuẩn đ√ờng ruột (E. coli) 1. Đo◊n A DN tách từ tế bào cho ; 2. Phân tử A DN làm thể truyền ; 3. A DN tái tổ hợp ; 4. A DN tái tổ hợp trong tế bào vi khuẩn ;
5. A DN d◊ng vòng (NS T) của tế bào vi khuẩn ; 6. A DN tái tổ hợp của thế hệ tiếp theo.
Kĩ thuật gen gồm 3 khâu :
− Khâu 1 : Tách ADN NST của tế bào cho và tách phân tử ADN dùng làm thể truyền từ vi khuẩn hoặc virut.
−Khâu 2 : T◊o ADN tái tổ hợp (còn đ√ợc gọi là “ADN lai”). ADN của tế bào cho và phân tử ADN làm thể truyền đ√ợc cflt ở v˚ tr˙ xác đ˚nh nhờ các enzim cflt chuyên biệt, ngay lập tức, ghp đo◊n ADN của tế bào cho vào ADN làm thể truyền nhờ enzim nèi.
−Khâu 3 : Chuyển ADN tái tổ hợp vào tế bào nhận, t◊o điều kiện cho gen đã ghp
đ√ợc biểu hiện.
Vào tế bào động vật, thực vật và nấm men, ADN tái tổ hợp đ√ợc gfln vào NST của tế bào nhận, tự nhân đôi, truyền qua các thế hệ tế bào tiếp theo qua cơ chế phân bào, chỉ huy tổng hợp prôtêin đã mã hoá trong đo◊n đó.
Vào tế bào vi khuẩn, đo◊n ADN của tế bào cho có thể tồn t◊i cùng với thể truyền,
độc lập với NST của tế bào nhận nh√ng vẫn có khả năng tự nhân đôi và chỉ huy tổng hợp prôtêin t√ơng ứng.
Kĩ thuật di truyền đ√ợc ứng dụng để sản xuất ra các sản phẩm hàng hoá trên quy mô công nghiệp.
Công nghệ gen chỉ mới ra đời từ năm 1977, là ngành kĩ thuật về quy tr˘nh ứng dụng kĩ thuật gen.
tHãy trả lời các câu hỏi sau :
−Ng√ời ta sử dụng kĩ thuật gen vào mục đ˙ch g˘ ?
−Kĩ thuật gen gồm những khâu chủ yếu nào ?
−Công nghệ gen là g˘ ?
II - ứ ng dụng công nghệ gen
Trong sản xuất và đời sống, kĩ thuật gen đ√ợc ứng dụng trong các lĩnh vực ch˙nh nh√ sau :
1. T◊o ra các chủng vi sinh vật mới
Kĩ thuật gen đ√ợc ứng dụng để t◊o ra các chủng vi sinh vật mới có khả năng sản xuất nhiều lo◊i sản phẩm sinh học (axit amin, prôtêin, vitamin, enzim, hoocmôn, kháng sinh...) với số l√ợng lớn và giá thành rẻ.
Nh√ ta đã biết, tế bào nhận đ√ợc dùng phổ biến hiện nay là E. coli (vi khuẩn
đ√ờng ruột) và nấm men. Chúng có √u điểm là dễ nuôi cấy và có khả năng sinh sản rất nhanh, dẫn đến tăng nhanh số bản sao của gen đ√ợc chuyển. Tế bào E. coli sau 30 phút l◊i nhân đôi. Sau 12 giờ, một tế bào ban đầu sẽ sinh ra 16 triệu tế bào.
Những điều nêu trên giúp ta hiểu rõ t◊i sao dùng chủng E. coliđ√ợc cấy gen mã
hoá hoocmôn insulin ở ng√ời trong sản xuất th˘ giá thành insulin để chữa bệnh đái tháo đ√ờng rẻ hơn hàng v◊n lần so với tr√ớc đây phải tách chiết từ mô động vật.
T√ơng tự nh√ vậy, ng√ời ta đã sử dụng vi khuẩn E. coli đ√ợc chuyển gen từ x◊
khuẩn để nâng cao hiệu quả sản xuất các chất kháng sinh.
2. T◊o giống cây trồng biến đổi gen
Trên thế giới, bằng kĩ thuật gen ng√ời ta đã đ√a nhiều gen quy đ˚nh nhiều đặc điểm qu˝ nh√ năng suất và hàm l√ợng dinh d√ỡng cao, kháng sâu bệnh, kháng thuốc diệt cỏ d◊i và ch˚u đ√ợc các điều kiện bất lợi, tăng thời h◊n bảo quản, khó b˚ dập nát khi vận chuyển... vào cây trồng.
Ng√ời ta đã chuyển đ√ợc gen quy đ˚nh tổng hợp β −carôten (tiền vitamin A) vào tế bào cây lúa và t◊o ra giống lúa giàu vitamin A, góp phần cải thiện t˘nh tr◊ng thiếu vitamin A của hơn 100 triệu trẻ em trên thế giới (hằng năm có 2 triệu trẻ em tử vong v˘ thiếu vitamin A) ; chuyển đ√ợc gen từ một giống đậu của Pháp vào tế bào cây lúa làm tăng hàm l√ợng sflt trong g◊o lên 3 lần, khflc phục t˘nh tr◊ng thiếu sflt và thiếu máu ở ng√ời. ởAnh, gen t◊o chất flavônol chống bệnh ung th√ và bệnh tim m◊ch từ thuốc lá cảnh (Petunia hybrida) đã đ√ợc cấy vào cà chua ; chuyển gen kháng sâu từ đậu t√ơng d◊i vào đậu t√ơng trồng và ngô, chuyển gen kháng đ√ợc nhiều lo◊i thuốc diệt cỏ từ thuốc lá cảnh vào cây đậu t√ơng, chuyển gen kháng virut gây thối củ vào khoai tây...
ởViệt Nam, trong điều kiện phòng th˙ nghiệm đã chuyển đ√ợc gen kháng rầy nâu, kháng sâu, kháng bệnh b◊c lá, kháng một số lo◊i nấm, gen tổng hợp vitamin A,
gen kháng virut, gen ch˙n sớm... vào một số cây trồng nh√ lúa, ngô, khoai tây, cà chua, cải bflp, thuốc lá, đu đủ.
3. T◊o động vật biến đổi gen
Thành tựu chuyển gen vào động vật còn rất h◊n chế v˘ các hiệu quả phụ do gen
đ√ợc chuyển gây ra ở động vật biến đổi gen.
Trên thế giới, ng√ời ta đã chuyển gen sinh tr√ởng ở bò vào lợn, giúp cho hiệu quả tiêu thụ thức ăn cao hơn, hàm l√ợng mỡ ˙t hơn lợn b˘nh th√ờng. (Nh√ng ở con lợn trên l◊i xuất hiện các vấn đề nh√ tim nở to, hay b˚ lot d◊ dày, viêm da). Đã chuyển đ√ợc gen xác đ˚nh mùi sữa ở ng√ời vào tế bào phôi bò cái làm cho sữa bò có mùi sữa ng√ời và dễ tiêu hoá dùng để nuôi trẻ trong vòng 6 tháng tuổi. Đã chuyển đ√ợc gen tổng hợp hoocmôn sinh tr√ởng và gen ch˚u l◊nh từ cá Bflc Cực vào cá hồi và cá chp.
ởViệt Nam, đã chuyển đ√ợc gen tổng hợp hoocmôn sinh tr√ởng ở ng√ời vào cá tr◊ch.
Đến nay, động vật biến đổi gen chủ yếu dùng trong nghiên cứu sự biểu hiện của một số gen và sản xuất thử nghiệm một số prôtêin có giá tr˚ cao.
III - Khái niệm Công nghệ sinh học
Ngành công nghệ sử dụng tế bào sống và các quá tr˘nh sinh học để t◊o ra các sản phẩm sinh học cần thiết cho con ng√ời đ√ợc gọi là Công nghệ sinh học.
Các lĩnh vực trong Công nghệ sinh học hiện đ◊i gồm :
− Công nghệ lên men để sản xuất các chế phẩm vi sinh dùng trong chăn nuôi, trồng trọt và bảo quản.
− Công nghệ tế bào thực vật và động vật.
− Công nghệ chuyển nhân và phôi.
− Công nghệ sinh học xử l˙ môi tr√ờng.
− Công nghệ enzim/prôtêin để sản xuất axit amin từ nhiều nguồn nguyên liệu, chế t◊o các chất cảm ứng sinh học (biosensor) và thuốc phát hiện chất độc.
− Công nghệ gen là công nghệ cao và là công nghệ quyết đ˚nh sự thành công của cuộc cách m◊ng sinh học.
− Công nghệ sinh học y - d√ợc (Công nghệ sinh học trong Y học và d√ợc phẩm).
Hiện nay trên thế giới và Việt Nam, Công nghệ sinh học đ√ợc coi là h√ớng √u tiên
đầu t√ và phát triển. Theo số liệu của Tổ chức h√ớng dẫn sinh học cho Công nghệ sinh học (1999) th˘ giá tr˚ sản l√ợng của một số sản phẩm công nghệ sinh học trên th˚ tr√ờng thế giới năm 1998 đ◊t 40 − 65 tỉ đôla Mĩ (USD), năm 1999 đ◊t 65 tỉ USD, dự báo năm 2010 sẽ đ◊t 1000 tỉ USD.
tHãy trả lời các câu hỏi sau :
− Công nghệ sinh học là g˘ ? Gồm những lĩnh vực nào ?
− T◊i sao Công nghệ sinh học là h√ớng √u tiên đầu t√ và phát triển trên thế giới và ở V iệt Nam ?
Kĩ thuật gen là tập hợp những ph√ơng pháp tác động đ˚nh h√ớng lên ADN cho php chuyển gen từ một cá thể của một loài sang cá thể của loài khác. Kĩ thuật gen gồm 3 khâu cơ bản là : tách ; cflt, nối để t◊o ADN tái tổ hợp ; đ√a ADN tái tổ hợp vào tế bào nhận.
Công nghệ gen là ngành kĩ thuật về quy tr˘nh ứng dụng kĩ thuật gen.
Trong sản xuất, công nghệ gen đ√ợc ứng dụng trong việc t◊o ra các sản phẩm sinh học, t◊o ra các giống cây trồng và động vật biến đổi gen.
Công nghệ sinh học là một ngành công nghệ sử dụng tế bào sống và các quá tr˘nh sinh học để t◊o ra các sản phẩm sinh học cần thiết cho con ng√ời. Công nghệ sinh học gồm các lĩnh vực là : Công nghệ lên men, Công nghệ tế bào, Công nghệ enzim, Công nghệ chuyển nhân và chuyển phôi, Công nghệ sinh học xử l˙ môi tr√ờng, Công nghệ gen, Công nghệ sinh học y - d√ợc.
1. Kĩ thuật gen là g˘ ? Gồm những khâu cơ bản nào ? Công nghệ gen là g˘ ? 2. Trong sản xuất và đời sống, công nghệ gen đ√ợc ứng dụng trong những lĩnh vực
chủ yếu nào ?
3. Công nghệ sinh học là g˘ ? Gồm những lĩnh vực nào ? Cho biết vai trò của Công nghệ sinh học và từng lĩnh vực của nó trong sản xuất và đời sống.
Năm 2002, diện t˙ch trồng cây chuyển gen trên thế giới đã đ◊t tới 58,7 triệu ha.
Trong số đó, cây đậu nành kháng thuốc diệt cỏ : 36,5 triệu ha ; ngô kháng đ√ợc sâu gây h◊i : 7,7 triệu ha ; cải dầu kháng thuốc diệt cỏ : 3,3 triệu ha ; ngô kháng thuốc diệt cỏ : 2,5 triệu ha ; bông kháng sâu : 2,4 triệu ha ; bông kháng thuốc diệt cỏ : 2,2 triệu ha ; bông vừa kháng sâu vừa kháng thuốc diệt cỏ : 2,2 triệu ha ; ngô
vừa kháng sâu vừa kháng thuốc diệt cỏ : 2,2 triệu ha (theo Clive James, 2002).
Đặc điểm nổi bật nhất của cây trồng biến đổi gen trong thời gian từ 1996 −2002 là t˙nh kháng thuốc diệt cỏ, đứng thứ 2 là t˙nh kháng sâu bệnh. Trong năm 2003, tổng diện t˙ch trồng cây chuyển gen trên toàn cầu là 67,7 triệu ha.
Viện Nghiên cứu lúa g◊o Quốc tế đã chuyển thành công các gen vào hai giống lúa tẻ đặc sản Nam Bộ là Nàng h√ơng chợ Đào và Một bụi. Đó là gen quy đ˚nh tổng hợp vitamin A, gen BT quy đ˚nh khả năng kháng sâu đục thân, gen quy đ˚nh hàm l√ợng nguyên tố vi l√ợng sflt, gen quy đ˚nh h◊t g◊o có màu hồng.
Ng√ời ta đã t◊o thành công các virut tiêu diệt các tế bào ung th√ bằng chuyển gen.
Các virut này tấn công và phá huỷ các tế bào ung th√ phổi và ruột kết.
Bài 33. Gây đột biến nhân t◊o trong chọn giống
Trong chọn giống, đặc biệt là chọn giống cây trồng, ng√ời ta đã sử dụng các
đột biến tự nhiên nh√ng không nhiều v˘ những đột biến này chỉ chiếm tỉ lệ 0,1 −0,2%.
Từ những năm 20 của thế kỉ XX, ng√ời ta đã gây đột biến nhân t◊o bằng các tác nhân vật l˙ và hoá học để tăng nguồn biến d˚ cho quá tr˘nh chọn lọc.
I - Gây đột biến nhân t◊o bằng tác nhân vật l˙
Tác nhân vật l˙ dùng để gây đột biến gồm 3 lo◊i ch˙nh : các tia phóng x◊, tia tử ngo◊i và sốc nhiệt.
1. Các tia phóng x◊
Tia X, tia gamma, tia anpha, tia bêta... khi xuyên qua các mô, chúng tác động trực tiếp hoặc gián tiếp lên ADN trong tế bào gây ra đột biến gen hoặc làm chấn th√ơng NST gây ra đột biến NST.
Trong chọn giống thực vật, ng√ời ta đã chiếu x◊ với c√ờng độ và liều l√ợng th˙ch hợp vào h◊t nảy mầm, đỉnh sinh tr√ởng của thân và cành, h◊t phấn, bầu nhu˛.
Gần đây, ng√ời ta còn chiếu x◊ vào mô thực vật nuôi cấy.
2. Tia tử ngo◊i
Tia tử ngo◊i không có khả năng xuyên sâu nh√ tia phóng x◊ nên chỉ dùng để xử l˙
vi sinh vật, bào tử và h◊t phấn, chủ yếu dùng để gây các đột biến gen.
3. Sốc nhiệt
Sốc nhiệt là sự tăng hoặc giảm nhiệt độ môi tr√ờng một cách đột ngột làm cho cơ
chế tự bảo vệ sự cân bằng của cơ thể không k˚p điều chỉnh nên gây chấn th√ơng trong bộ máy di truyền hoặc làm tổn th√ơng thoi phân bào gây rối lo◊n sự phân bào, th√ờng phát sinh đột biến số l√ợng NST.
tHãy trả lời các câu hỏi sau :
−T◊i sao các tia phóng x◊ có khả năng gây đột biến ?
−Ng√ời ta sử dụng tia phóng x◊ để gây đột biến ở thực vật theo những cách nào ?
−T◊i sao tia tử ngo◊i th√ờng đ√ợc dùng để xử l˙ các đối t√ợng có k˙ch th√ớc b ?
−S ốc nhiệt là g˘ ? T◊i sao sốc nhiệt cũng có khả năng gây đột biến ? S ốc nhiệt chủ yếu gây ra lo◊i đột biến nào ?
II - Gây đột biến nhân t◊o bằng tác nhân hoá học
Những hoá chất dùng để t◊o đột biến gen khi vào tế bào chúng tác động trực tiếp lên phân tử ADN gây ra hiện t√ợng thay thế cặp nuclêôtit này bằng cặp nuclêôtit khác ; gây ra mất hoặc thêm cặp nuclêôtit.
Có những lo◊i hoá chất chỉ tác động đến một lo◊i nuclêôtit xác đ˚nh. Điều này hứa hẹn khả năng chủ động gây ra các lo◊i đột biến mong muốn.