Chương 5: CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG TRỒNG TRỌT ppt

CHƯƠNG 5 CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG TRỒNG TRỌT NỘI DUNG Nuôi cấy mô tế bào thực vật Các kỹ thuật chuyển gen ở thực vật 1. Nuôi cấy mô, tế bào thực vật 1.1. Khái niệm Nuôi cấy mô, tế bào thực vật là khái niệm chung cho tất cả các phương pháp nuôi cấy các nguyên liệu (tế bào, mô, phôi) trên môi trường dinh dưỡng nhân tạo trong điều kiện vô trùng Nuôi cấy mô, tế bào gồm nuôi cấy cây non, cây trưởng thành, nuôi cấy các bộ phận cơ quan như rễ, thân, lá, hoa, bao phấn, noãn chưa thụ tinh,… nuôi cấy phôi, nuôi cấy mô sẹo, nuôi cấy tế bào đơn bội và nuôi cấy tế bào trần. 1.2. Cơ sở kỹ thuật của nuôi cấy mô tế bào thực vật 1.2.1. Cơ sở khoa học - Tính toàn năng của tế bào (totipotency cell) - Sự phân hóa và phản phân hóa của tế bào 1.2.2. Yêu cầu kỹ thuật của nuôi cấy mô, tế bào thực vật Các thiết bị, hóa chất: Môi trường nuôi cấy: Các chất vô cơ đa lượng: N, P, K, S, Ca, Mg Nguyên tố vi lượng: Fe, Mn, Zn, Br, Cu, Co, Mo Vitamin: Nguồn cacbon: sucrose hoặc glucose Các chất điều hòa sinh trưởng: auxin và cytokinin Agar 1.2.3. Mẫu dùng cho nuôi cấy mô, tế bào thực vật Mẫu có thể được thu theo hai cách: - Từ hạt: Khử trùng bề mặt hạt, gieo hạt trong điều kiện vô trùng thành cây và lấy mẫu - Mẫu cấy: lấy trực tiếp từ cây tươi được xử lý bằng dung dịch sát trùng 1.3. Nhân giống cây trồng bằng nuôi cấy mô, tế bào 1.3.1. Khái niệm Khái niệm: Nhân giống vô tính hoặc công nghệ vi nhân giống được tiến hành trên nguyên tắc cắt, nuôi đoạn thân (có mang chồi ở nách lá), đoạn rễ, mảnh củ, cánh hoa, … có kích thước nhỏ trong điều kiện vô trùng. Các thực vật được nhân giống bao gồm các loài hoa (lan, cẩm chướng, đồng tiền, lily, cúc,…), cây lương thực, thực phẩm (khoai tây, mía, cà chua,…), cây ăn quả (chuối, dứa, cam, chanh,…), cây lâm nghiệp (bạch đàn, keo, thông,…) cây cảnh (sung, đa, si, ) 1.3.2. Phương pháp nhân giống vô tính in vitro a) Nuôi cấy mô phân sinh hoặc đỉnh sinh trưởng Phát triển cây trực tiếp: Chủ yếu trên cây 2 lá mầm (dicotyledon) Phát triển cây gián tiếp qua giai đoạn cụm chồi (protocorm): Trên cây một lá mầm (monocotyledon) b) Nhân giống qua giai đoạn mô sẹo Trong nhiều trường hợp mô nuôi cấy không tái sinh thành cây mà phát triển thành khối mô sẹo (callus) sau đó mô sẹo được tái sinh thành cây hoàn chỉnh c) Nhân giống vô tính thông qua phát sinh phôi vô tính – công nghệ hạt nhân tạo Ở thực vật sinh sản hữu tính, phôi là sản phẩm của quá trình thụ tinh đó là phôi hữu tính (zygotic embryo). Tuy nhiên trong nuôi cấy in vitro, phôi có thể được phát triển từ tế bào sinh dưỡng, gọi là phôi vô tính (somatic embryo) Phôi vô tính là dạng phôi được hình thành từ tế bào soma, không qua thụ tinh và có bản chất di truyền hoàn toàn giống với tế bào soma sinh ra nó 1958, Street và Reinert đã mô tả sự hình thành phôi vô tính ở cà rốt Các phôi vô tính có thể tái sinh thành cây hoàn chỉnh [...]...Một số cây trồng được nhân giống qua phôi vô tính Công nghệ hạt nhân tạo Hạt nhân tạo (artificial seed hoặc synthetic seed) là phôi vô tính được bọc trong một lớp vở polyme như agar, agarose, alginate,… Trong cấu trúc lưới của các lớp vỏ đó, nước, chất dinh dưỡng và chất sinh trưởng được cung cấp thay cho nội nhũ, giúp cho phôi vô tính có thể... in vitro và cứu phôi in vitro Hiện tượng bất thụ trong lai xa Thụ phấn in vitro để khắc phục hiện tượng bất hợp giao tử trong lai xa Nuôi cấy phôi in vitro (cứu phôi) Sau khi thụ phấn in vitro cần tiến hành nuôi cấy phôi in vitro nhằm cứu phôi Thành tựu: Trên cây củ cải, sắn, đu đủ, lạc, Khó khăn: Môi trường dinh dưỡng phức tạp 1.5 Công nghệ tế bào trong bảo quản nguồn gen thực vật Mục đích: Duy trì... thấp (tỉ lệ thành công là từ 1 đến 5%), nên cần một hệ thống chọn lọc các tế bào mang gen chuyển Nhìn chung, các gen kháng kháng sinh hoặc thuốc diệt cỏ được sử dụng làm chỉ thị Kết cấu gen Bt Gen kháng kháng sinh hoặc thuốc diệt cỏ Promoter Gen Bt Trình tự kết thúc Sàng lọc các mô chuyển gen Sau quá trình chuyển gen, các mô thực vật được chuyển sang môi trường chọn lọc có chứa kháng sinh hoặc thuốc... genebank) + Bảo quản hạt trong kho lạnh (seed genebank) + Bảo quản in vitro (in vitro genebank) + Bảo quản ADN Những kết quả và khó khăn của công tác bảo quản nguồn gen thực vật Thành tựu: Các cây được bảo quản như dứa, cà phê, cao su, khoai lang, khoai tây, sắn, chuối, nho, cây có múi, mía,… Khó khăn: Chưa có những nghiên cứu đầy đủ về mối tương quan giữa các yếu tố môi trường trong quá trình bảo quản... noãn chưa thụ tinh phát triển thành cây đơn bội 1.4.2 Nuôi cấy tế bào trần và ứng dụng trong chọn giống Tế bào trần (protoplast) là tế bào được loại bỏ thành tế bào Có hai phương pháp tạo tế bào trần: - Hóa chất: Dùng enzym cellulase và pectinase - Cơ học Quy trình nuôi cấy tế bào trần: - Tách tế bào trần - Tái sinh cây từ tế bào trần Cây lai giữa khoai tây và cà chua Ứng dụng : - Dung hợp tế bào trần... thuộc vào chỉ thị đã sử dụng Chỉ có thực vật biểu hiện gen chỉ thị này mới sống sót Tái sinh cây Để có được một cây hoàn chỉnh, các mô chuyển gen cần được nuôi cấy trong những điều kiện môi trường có kiểm soát với các nguồn dinh dưỡng và hormone đặc biệt Quy trình này được gọi là nuôi cấy mô Khi cây đã được tái sinh và tạo hạt thì bắt đầu tiến hành đánh giá thế hệ con cháu 2.2 Chuyển gen trực tiếp... ưu điểm và hạn chế của nhân giống vô tính Ưu điểm: - Đưa ra sản phẩm nhanh, độ đồng đều cao - Nhân nhanh với hệ số nhân giống cao - Nâng cao chất lượng giống cây trồng, tạo quần thể cây sạch bệnh Hạn chế: - Hạn chế về chủng loại - Có thể phát sinh một số hiện tượng như biến dị soma, nhiễm khuẩn, tạo độc tố, thủy tinh hóa (cay có thân, lá mọng nước) 1.4 Chọn tạo giống bằng nuôi cấy mô, tế bào 1.4.1 Nuôi... cấy hạt phấn, noãn phát triển thành cây hoàn chỉnh ta sẽ thu được cây đơn bội (1n) 1964, Guda và Maheshwari (Ấn Độ) đã thu được cây đơn bội ở cây cà độc dược (Datura innoxia) Cây đơn bội được áp dụng trong: - Nghiên cứu di truyền của các gen, trội và lặn, tương tác gen - Tạo đột biến đơn bội - Tạo cây đồng hợp tử tuyệt đối phục vụ chọn giống Hai phương pháp tạo cây đơn bội là: - Nuôi cấy bao phấn và . CHƯƠNG 5 CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG TRỒNG TRỌT NỘI DUNG Nuôi cấy mô tế bào thực vật Các kỹ thuật chuyển gen ở thực vật 1 sẹo Trong nhiều trường hợp mô nuôi cấy không tái sinh thành cây mà phát triển thành khối mô sẹo (callus) sau đó mô sẹo được tái sinh thành cây hoàn chỉnh c) Nhân giống vô tính thông qua phát sinh. phát sinh phôi vô tính – công nghệ hạt nhân tạo Ở thực vật sinh sản hữu tính, phôi là sản phẩm của quá trình thụ tinh đó là phôi hữu tính (zygotic embryo). Tuy nhiên trong nuôi cấy in vitro,