Tài liệu CHƯƠNG II - ỨNG DỤNG CNSH TRONG TRỒNG TRỌT ppt

CHƯƠNG II
ỨNG DỤNG CNSH
TRONG TRỒNG TRỌT
BÀI 1
KHÁI QUÁT VỀ CNSH THỰC VẬT
I. SƠ LƯỢC LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN

Giai đoạn I (1902 – 1930): Thử nghiệm ban đầu;

Giai đoạn II (1934 – 1954): Gautheret đã nuôi thành
công mô tế nào cà rốt (1937). Phát hiện vai trò của
các vitamin, các chất điều hoà tăng trưởng;

Giai đoạn III (1957 – 1992): Phát triển công nghệ
gen thực vật.

Giai đoạn IV: Ứng dụng các thành tựu vào sản xuất
với quy mô lớn và diện rộng.
II. CƠ SỞ CỦA NUÔI CẤY MÔ TẾ
BÀO THỰC VẬT
1. Định nghĩa
Nuôi cấy mô, tế bào thực vật là phạm trù khái niệm chung
cho tất cả các loại nuôi cấy nguyên liệu thực vật hoàn toàn
sạch các vi sinh vật trên môi trường dinh dưỡng nhân tạo trong
điều kiện vô trùng.
2. Cơ sở của kỹ thuật nuôi cấy mô,
tế bào thực vật
a. Tính toàn năng của tế bào
Haberlandt (1902) đã quan niệm rằng mỗi tế bào bất kỳ
của một cơ thể đa bào đều có khả năng tiềm tàng để phát triển
thành một cá thể hoàn chỉnh.

b. Sự phân hoá và phản phân hoá của tế bào
Cơ thể thực vật trưởng thành là một chỉnh thể thống nhất
bao gồm nhiều cơ quan chức năng khác nhau, được hình thành
từ nhiều loại tế bào khác nhau.
Về bản chất, sự phân hoá và phản phân hoá là một quá
trình hoạt hoá, ức chế các gen. Tại một thời điểm nào đó trong
quá trình phát triển cá thể, có một số gen được hoạt hoá (mà
vốn trước nay bị ức chế) để cho ra tính trạng mới, còn một số
gen khác lại bị đình chỉ hoạt động.
III. NHÂN GIỐNG CÂY TRỒNG
BẰNG NUÔI CẤY MÔ
1. Ý nghĩa
Một trong những ưu điểm của phương pháp nhân in vitro
là việc sử dụng các mô nuôi cấy ở kích thước nhỏ.
2. Các bước chính trong nhân
giống vô tính in vitro
Bước 0: Chọn lọc và chuẩn bị cây mẹ
Bước I: Nuôi cấy khởi động
Bước II: Nhân nhanh
Bước III: Tạo cây in vitro hoàn chỉnh
Bước IV: Thích ứng cây in vitro ngoài điều kiện tự nhiên
3. Nuôi cấy mô và cơ quan TV:

Tế bào thực vật có tính toàn thế (totipotency)

Để nuôi cấy mô TV (NCMTV) có hiệu quả cần thành thạo các
kỹ thuật vô trùng, biết cách pha chế các môi trường thích hợp
và sử dụng các trang thiết bị tương ứng.
a. Môi trường nuôi cấy tế bào TV:


Khoáng đa lượng: N, P, K, S, Ca, Mg

Khoáng vi lượng: Fe, Mn, Zn, Br, Cu, Co, Mo

Vitamin: nicotinic, biotin, thyamin, pyridoxin…

Nguồn cacbon: sucrose hay glucose

Các chất điều hòa tăng trưởng: auxin, cytokynin

Để tạo môi trường đặc: Agar
b. Mẫu dùng cho nuôi cấy mô:

Gần như tất cả các phần của cây tươi đều có thể dùng làm
mẫu nuôi cấy mô.

Nguyên tắc căn bản: mẫu chứa các tế bào sống có khả năng
phân chia mạnh, cây gốc có phẩm chất tốt, năng suất cao,
không bị bệnh và không đang ở trạng thái ngủ.

Mẫu cấy cần được vô trùng trước khi đưa vào môi trường nuôi
cấy. Có 2 cách:
- Từ hạt: khử trùng bề mặt hạt và gieo hạt vào điều kiện vô
trùng để mọc thành cây và lấy mẫu.
- Mẫu cấy: mẫu được ngâm trong dung dịch chất sát trùng với
thời gian và nồng độ thích hợp.
c. Các phương pháp nuôi cấy:

Nuôi cấy mô phân sinh:
- Sử dụng đỉnh sinh trưởng (meristem) để nuôi cấy, sau một

thời gian hình thành mô sẹo (callus).
- Có thể sử dụng mô sẹo cho các mục đích khác nhau ở giai
đoạn tiếp theo: tạo cụm chồi hay tạo thành dòng thứ cấp.

Nuôi cơ quan thực vật: đặt mẫu cấy vào môi trường thích hợp
sau một thời gian sẽ tạo ra các cây non hoàn chỉnh.

Nuôi cấy tế bào trần: Dùng enzyme phân giải vách tế bào thực
vật để tạo ra tế bào trần, có thể tiến hành dung hợp tế bào trần
của các loài khác nhau để tạo ra loài lai mới.

Nuôi cấy bao phấn và hạt phấn: Nuôi các bao phấn nguyên
chứa các hạt phấn đang phát triển sẽ hình thành phôi soma
trực tiếp từ hạt phấn và tạo ra nguyên cây đơn bội
IV. NHỮNG ƯU THẾ CỦA NUÔI
CẤY MÔ
1. Vi nhân giống (micropropagation)

Thực hiện trong PTN với những chuẩn mực ổn định.

Sinh sản vô tính tạo ra số lớn cây giống con, có sự
đồng đều cao.

Hệ số nhân giống cao, tốc độ tăng trưởng nhanh và
rút ngắn thời gian ra hoa, quả với những cây lâu
năm.
2. Chọn giống in vitro

Rút ngắn thời gian và đưa nhiều thử nghiệm đồng ruộng
vào phòng thí nghiệm hoặc nhà kính như chọn các dòng

kháng virus, chịu lạnh…

Sử dụng các biomarker sàng lọc nhanh các tính trạng từ
bộ sưu tập giống và các cây lai.

Thu được các cây lưỡng bội thuần chủng nhờ đa bội hoá
dòng đơn bội ưu việt.

Tận dụng gen im lặng thường không biểu hiện trong tự
nhiên.
3. Khai thác các hoá chất bằng nuôi tế bào đơn

Sản xuất chủ động và liên tục trong phòng thí nghiệm. Khai
thác các chất bằng sinh tổng hợp của thực vật thay cho
tổng hợp hoá học.

Chọn dòng tế bào sản sinh các chất với năng suất cao,
vượt trội so với cây tự nhiên và thời gian sản xuất nhanh
hơn.

Thu nhận nhiều chất quý hiếm.

Chuyển hoá sinh học có thể thực hiện nhờ tế bào đơn hay
tế bào được cố định.
V. CÁC HẠN CHẾ CỦA NHÂN GIỐNG
CÂY TRỒNG BẰNG NUÔI CẤY MÔ
1. Tính bất định về mặt di truyền
Những nhân tố gây ra biến dị tế bào soma:
Kiểu di truyền;
Số lần cấy chuyển;

Loại mô.
2. Sự nhiễm mẫu
Các vi sinh vật như nấm, vi khuẩn nói chung đều bị loại
trừ khi khử trùng mẫu. Tuy nhiên, một số loại vi khuẩn như:
Agrobacterium, Bacilus, Corylabacterium, Pseudomonas… có
thể xâm nhiễm vào mô dẫn, tồn tại trong mô và bắt đầu gây tác
hại.
3. Việc sản sinh các chất độc từ mô nuôi cấy
Trong nuôi cấy mô thường quan sát thấy hiện tượng hoá
nâu hay đen mẫu. Hiện tượng này là do mẫu nuôi cấy có chứa
nhiều chất tanin hoặc hydroxyphenol.

Các phương pháp loại trừ sự hoá nâu:
–
Bổ sung than hoạt tính vào môi trường nuôi cấy;
–
Bổ sung polyvinyl pyrolidone (PVP) có tác dụng khử nâu hoá
tốt ở mẫu một số cây ăn quả;
–
Sử dụng mô non, gây vết thương nhỏ nhất khi khử trùng;
–
Ngâm mẫu vào dung dịch acid ascorbic và citric vài giờ trước
khi cấy;
–
Nuôi cấy mẫu trong môi trường lỏng, O
2
thấp, không có ánh
sáng (1 – 2 tuần);
–
Cấy chuyển mẫu liên tục.

4. Hiện tượng thuỷ tinh hoá
Trong quá trình nhân nhanh in vitro thường xuất hiện hiện
tượng cây bị “thuỷ tinh hoá” – thân, lá cây mọng nước, trong
suốt, cây rất khó sống khi đưa ra ngoài môi trường.

Một số giải pháp tránh hiện tượng thuỷ tinh hoá:
–
Tăng nồng độ đường hoặc các chất gây áp suất
thẩm thấu cao;
–
Giảm nồng độ các chất chứa Nitơ trong môi trường;
–
Giảm sự sản sinh Ethylen trong bình nuôi cấy;
–
Xử lý acid absisic hoặc một số chất ức chế sinh
trưởng;
–
Tăng cường độ ánh sáng và giảm nhiệt độ phòng
nuôi.