ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ TẾ BÀO TRONG CHỌN GIỐNG

BÀI TIỂU LUẬN
Ứng dụng công nghệ tế
bào trong chọn tạo giống
cây trồng


Ứng dụng công nghệ tế bào trong
chọn tạo giống cây trồng
Công nghệ tế bào thực vật là một trong những công
nghệ quan trọng của công nghệ sinh học, nó là nền tảng
để nghiên cứu và áp dụng các công nghệ khác trong lĩnh
vực công nghệ sinh học nông nghiệp. Hiện nay, từ những
thành tựu của công nghệ sinh học trong nuôi cấy mô tế
bào, nuôi cấy hạt phấn và có thể ứng dụng rất nhiều vào
lĩnh vực trồng trọt.Vậy công nghệ tế bào là gì?
Công nghệ tế bào là phương pháp nuôi cấy té bào hoặc
mô trên môi trường dinh dưỡng nhân tạo để tạo ra cơ
quan hay cơ thể hoàn chỉnh có đầy đủ các tính trạng như
ở cơ thể gốc.
-Cơ sở khoa học:
Tính toàn năng của tế bào( totipotency cell)
Sự phân hóa và phản phân hóa của tế bào.
- Công nghệ tế bào bao gồm các kĩ thuật chính:
 Kĩ thuật tạo cây đơn bội invitro.
 Kĩ thuật nuôi cấy tế bào trần
 Kĩ thuật thụ tinh trong ống nghiệm và nuôi cấy phôi
invitro.
 Chuyển gen ở thực vật.


I-.Kĩ thuật tạo cây đơn bội invitro

* Khái niệm:
Tạo cây đơn bội in vitro dựa trên cơ sở sinh sản
đơn tính đực là sử dụng hạt phấn (tiểu bào tử
tách rời) hay các bao phấn có chứa các hạt phấn
đơn nhân trên môi trường dinh dưỡng nhân tạo
để kích thích các hạt phấn phát triển thành cây
hoàn chỉnh mà không thông qua sự thụ tinh.
Hai phương pháp tạo cây đơn bội là:
- Nuôi cấy bao phấn và hạt phấn.
- Nuôi cấy noãn chưa thụ tinh


1.Nuôi cấy bao phấn và hạt
phấn
• *Khái niệm:
• -Là phương pháp dựa trên cơ sở của sự
sinh sản đơn tính đực, người ta nuôi cấy
các hạt phấn đơn phân( tiểu bào tử)
tách rời hay các bao phấn có chứa các
hạt phấn đơn phân trên môi trường dinh
dưỡng nhân tạo phù hợp để kích thích
hạt phấn phát triển thành cây đơn bội.


Qui trình:
a)Nuôi cấy bao phấn:
-Bước 1:Chọn bao phấn: Giai đoạn phát triển của hạt
phấn có vai trò quyết định trong việc tạo cây đơn bội,
tốt nhất là hạt phấn ở giai đoạn sắp phân bào giảm
nhiễm lần một.

-Bước 2: Xử lí nụ hoa: Xử lí ở nhiệt độ thấp sau khi nụ
hoa cắt khỏi cây và trước khi tách bao phấn để cấy sẽ
kích thích sự phân chia của tiểu bào tử (hạt phấn đơn
nhân) để tạo cây đơn bội.
-Bước 3: Chọn môi trường thích hợp.
-Bước 4: Chọn lọc cây đơn bội.
Một số phương pháp chọn lọc cây đơn bội:
-đếm số lượng NST
-đo gián tiếp hàm lượng AND của tế bào,trồng cây tái
sinh
- so sánh với cây mẹ về hình thái, kích thước, khả
năng sinh trưởng..


b)Nuôi cấy hạt phấn:
-Các bước tương tự như nuôi cấy bao phấn, tuy
nhiên hạt phấn được rời khỏi bao phấn trước
khi nuôi. Các hạt phấn này được nuôi trong
môi trường lỏng kèm theo chế độ lắc hay nuôi
cấy trong môi trường bán lỏng.


* Ưu điểm và nhược điểm:
-Nuôi cấy bao phấn:
*Ưu điểm
-Vi bao phân có kích thước lớn nên thao tác dễ
dàng.
Môi trường nuôi cấy đơn giản.
*Hạn chế:
-Khó sàng lọc cây đơn bội

-Khi nuôi cấy thường gặp hiện tượng bach tạng.
-Kĩ thuật phức tạp, phụ thuộc nhiều yếu tố: tuổi
bao phấn,kiểu gen, kinh nghiệm…


Nuôi cấy hạt phấn:
*Ưu điểm:
-Giống tạo ra có tính đồng hợp tử cao.
-Phát sinh phôi dễ dàng trong quá trình nuôi cấy.
-Tạo cây đơn bội thuận lợi trong quá trình nghiên cứu di
truyền.
- Tạo dòng thuần chủng,tính trạng ỏn định.
*Nhược điểm:
-Khó thao tác do hạt phấn nhỏ.
- Hiệu suất thấp.
-Tỉ lệ tái sinh cây thấp.
-Kĩ thuật nuôi cấy phức tạp, phụ thuộc nhiều yếu tố.
-Đối với một số loài cây tạo ra không phải là cây đơn bội.
-Ở cây ngũ cốc, chỉ thu được cây xanh rất ít, nhiều cây
bạch tạng hoặc thể khảm.



2.Nuôi cấy noãn chưa thụ
tinh:
*Khái niệm:
-Sự hình thành cây đơn bội từ noãn chưa thụ
tinh được gọi là sự sinh sản đơn tính hay trinh
nữ. Cây đơn bội từ nuôi cấy noãn chưa thụ
tinh được hình thành do kích thích tế bào

trứng hay các tế bào cực, tế bào đối cực, tế
bào kèm trong noãn phát triển và tái sinh tạo
thể đơn bội.


Qui trình:
Noãn chưa thụ tinh →Nuôi cấy invitro→Phát
sinh thể giao tử cái→ Hình thành túi phôi→ Tế
bào trứng kèm tế bào cực tế bào đối cực
→Callus thể tiền phôi →Tái sinh chồi phôi →Tạo
cây hoàn chỉnh cây đơn bội.Xử lí đa bội hóa
→Cây đơn bội kép.


Ưu và nhược điểm:
*Ưu điểm:
-Tỉ lệ tạo cây đơn bội có nhiều khả quan như ở
hành và củ cải đường 5-20% ở dâu tằm 3-6%.
-Cây tái sinh ít bị bạch tạng .
-Các loại cây ngũ cốc ở Việt Nam thì biện pháp
này tương đối đơn giản và dễ thành công như
ở cây ngô.
*Nhược điểm:
-Còn nhiều khó khăn phức tạp do việc tách noãn
rất khó và dễ gây tổn thương.
-Xác định giai đoạn phát triển của thể giao tử cái
rất phức tạp vì túi phôi nằm trong bầu quả.
- Còn rất ít nghiên cứu theo hướng này.

Ứng dụng chung của phương
pháp này:
-Dùng để chọn các cây có dặc tính chống chịu
hạn, chịu lạnh, chịu mặn, kháng thuốc diệt
cỏ…
 - Dùng để tạo ra dòng thuần chủng, tính trạng
chọn lọc sẽ rất ổn định.
 Kĩ thuật tạo cây đơn bội invitro đã có nhiều
thành tựu trong việc tạo ra giống cây thuần
chủng tuy nhiên vẫn còn nhiều khó khăn trong
việc lai tạo.



II.- Kĩ thuật nuôi cấy tế bào trần
* Khái niệm:
- Tế bào trần thực vật (protoplast) là tế
bào đã được loại bỏ thành tế bào chỉ
còn màng sinh chất bao bọc khối tế bào
chất và nhân tế bào.
- Dung hợp tế bào trần hay ( lai soma) là
sự hợp nhất của các tế bào soma không
có thành tế bào của các cá thể hay các
loài khác nhau từ đó tái sinh cây lai từ
các tế bào đã dung hợp.


Qui trình:
Nuôi cấy tế bào trần: Gồm hai giai đoạn
Giai đoạn 1:

- Nuôi cấy tế bào trần tái sinh thành tế bào và
phân chia tạo cụm nhỏ tế bào:dùng enzim
thủy phân thành tế bào. Cho các tế bào
trần vào nuôi cấy trong môi trường nhân
tạo.
Giai đoạn 2:
- Nuôi cấy tạo mô sẹo và tái sinh cây hoàn
chỉnh:khi các tế bào trần phát triển thành
khối mô sẹo( callus),chuyển khối callus này
sang các môi trường phân hóa chức năng tế
bào và nuôi cấy thành cây lai.


-Dung hợp tế bào trần: gồm hai
phương pháp
+ Dung hợp bằng hóa chất
+ Dung hợp bằng điện: Đưa dung dịch hỗn
hợp tế bào trần( hai bản cực được thiết kế
trong các hộp dung hợp), các tế bào trần
sẽ lần lượt sắp xếp thành chuỗi nằm giữa
hai bản cực. Khi có 1 xung điện cao( 7501000V) trong một thời gian rất ngắn( 1200mili giây) vùng tiếp xúc giữa hai màng
tế bào sẽ bị vỡ, 2 tế bào trần hòa nhập vào
nhau- quá trình dung hợp sẽ xảy ra.




Ứng dụng:
- Là đối tượng thích hợp nghiên cứu đưa nhân lạp
thể, ti thể, AND, Plasmit vào tế bào.

-Sản xuất các dòng bố mẹ phục vụ sản xuất hạt
lai.
-Sản xuất các hợp chất thứ cấp qua nhân sinh
khối tế bào trong môi trường lỏng.
- Công nghệ nuôi cấy tế bào trần ứng dụng cho
những cây có giá trị kinh tế cao nhưng khó
nhân giống bằng phương pháp thông thường.
- Công nghệ này làm nhân nhanh giống và kết
hợp làm sạch virut. Nghiên cứu tạo giống
khoai lang kháng bệnh.
- Bảo quản nguồn gen.


Ưu và nhược điểm:
Ưu điểm:
- Số lượng cây tạo ra nhiều.
-Tế bào trần ở một số cây trồng có khả năng tái sinh mạnh như
tế bào thịt lá ở thuốc lá, cải dầu,…bằng kĩ thuật di truyền ở
tế bào trần có thể dễ dàng tạo ra các tế bào biến đổi gen.
-Biến nạp các gen thuận lợi vào tế bào thực vật mà trước kia
thường bị vỏ tế bào ngăn cản.
-Tạo nên một thể lai vô tính mà không cần biết chính xác về sự
liên hệ giữa các gen.
- Ít tốn kém, nhanh, trực tiếp và ít đòi hỏi phương tiện phức tạp.
-Từ phương pháp dung hợp tế bào trần mà tạo nên các
phương pháp lai xa giữa các loài.
-Tạo ra những cơ thể có nguồn gen khác xa nhau mà lai hữu
tính không thực hiên được.
- Có khả năng chống chịu sâu bệnh.

Nhược điểm:
• Qúa trình cô lập nuôi cấy phải hoàn thiện.
• Chưa có phương pháp hiệu quả để tuyển
chọn các sản phẩm phù hợp.
• Mới chỉ thành công ở một số loài cây như
họ cà solanacea, họ brassiccaceca…còn ở
cây ngũ cốc còn hạn chế.
• Thường có sự loại bớt NST trong phân bào
và không ổn định.
• Trong điều kiện thí nghiệm giữ giống khó
khăn.


Lai giữa cà chua và khoai tây




Nhờ có kĩ thuật nuôi cấy tế bào trần
ở thực vật mà người ta đã tạo thành cây
lai từ hai giống khác nhau khá xa về mặt
di truyền tạo nên những giống cây lai có
giá trị kinh tế cao. Tuy nhiên kĩ thuật này
chỉ mới thành công nhất là ở cây lúa
nhưng vẫn còn nhiều hạn chế ở các
giống thuộc loài phụ.Japoni a, còn các
giống lúa thuộc dưới chi Indica vẫn khó
tái sinh thành công và trong số cây tái
sinh được tỉ lệ bất thụ cao.

III- Kĩ thuật thụ phấn trong
ống nghiệm và nuôi cấy phôi
invitro
*Khái niệm:
-Thụ phấn invitro là thực hiện quá trình thụ phấn
trong ống nghiệm không phụ thuộc vào cơ thể
mẹ.
Nuôi cấy phôi (cứu phôi) là sự tách rời và nuôi
cấy invitro phôi hợp tử đã thành thục hoặc
chưa thành thục thành cây hoàn chỉnh.