Sinh sản sinh dưỡng có ở cả thực vật bậc thấp và thực vật bậc cao. Cơ thể mới được hình thành từ các cơ quan sinh dưỡng hoặc từ một phần của chúng. Dựa trên cơ sở khả năng tái sinh những phần đã mất để tạo thành một cơ thể hoàn chỉnh, con người đã có nhiều phương pháp khác nhau về nhân giống vô tính thực vật với mục đích tăng cường cây trồng và cây cảnh. Hầu hết các phương pháp này đều đặt cơ sở trên khả năng của cây hình thành nên rễ phụ và chồi phụ.
ỨNG DỤNG SINH HỌC CƠ THỂ THỰC VẬT TRONG ĐỜI SỐNG VÀ SẢN XUẤT Giảng viên hướng dẫn: PGS TS Nguyễn Khoa Lân MỞ ĐẦU Sinh sản sinh dưỡng có thực vật bậc thấp thực vật bậc cao Cơ thể hình thành từ quan sinh dưỡng từ phần chúng Dựa sở khả tái sinh phần để tạo thành thể hoàn chỉnh, người có nhiều phương pháp khác nhân giống vơ tính thực vật với mục đích tăng cường trồng cảnh Hầu hết phương pháp đặt sở khả hình thành nên rễ phụ chồi phụ NỘI DUNG I Các hormone thực vật II Nhân giống nhờ giâm, chiết, ghép III Nuôi cấy mô, tế bào thực vật I Các hormon thực vật Hormon thực vật hình thành chủ yếu mơ sinh trưởng mạnh, đặc biệt mô phân sinh đỉnh sinh trưởng thân, rễ Chúng có tác dụng đến miền xa cách nơi chúng hình thành Hormon thực vật có tác dụng khác đến q trình sinh trưởng phát triển thực vật: • • • • • • Điều khiển sinh trưởng tế bào theo chiều dài phần sinh trưởng Thúc đẩy hình thành rễ Kích thích phân bào Thúc đẩy ức chế phát triển chồi Thúc đẩy hoa kết Ngăn ngừa rụng hay Auxin Được Charle Darwin phát vào năm 1880 bao mầm họ Lúa (Poaceae) Sau đó, Kogl & cộng (1934), Thimann (1935) tách nấm chất có hoạt tính sinh học tương tự chất sinh trưởng Bản chất hóa học indoleacetic acid (IAA) Indoleacetic acid Trong thực vật bậc cao, IAA tập trung nhiều chồi, phát triển, tầng phát sinh, hạt, phấn hoa,… IAA tổng hợp mô phân sinh đỉnh thân non chồi đỉnh Từ đó, IAA di chuyển theo chiều hướng gốc khơng theo chiều ngược lại mà xa đỉnh hàm lượng auxin giảm Chức chủ yếu Kích thích dãn nở tế bào Kích thích hình thành rễ: IAA kích thích hình thành rễ đặc biệt rễ bất định cành chiết, cành giâm hay nuôi cấy mơ Kích thích hình thành sinh trưởng quả, tạo khơng hạt Kìm hãm rụng lá, hoa Hoạt hóa sinh tổng hợp RNA IAA ảnh hưởng đến tượng ưu đỉnh IAA có vai trị quan trọng cử động sinh trưởng, tính hướng sáng thực vật Gibberellin Năm 1926, nhà bệnh lý học người Nhật E Kurosawa phát nguyên nhân bệnh lúa von nấm Gibberella fujikuori gây Năm 1955, nhà nghiên cứu người Anh Mỹ xác định chất hóa học dịch nấm gây bệnh Đó gibberellic acid (GA) gibberellic acid (GA) Các mô phân sinh chồi rễ, non hạt phát triển vị trí tổng hợp chủ yếu gibberellin Chức chủ yếu Kích thích kéo dài thân Phát triển hạt phấn Sự sinh trưởng ống phấn Sự sinh trưởng phát triển nảy mầm hạt Điều chỉnh xác định giới tính chuyển tiếp từ pha chưa thành thục (non) đến pha trưởng thành Cytokinin • Năm 1955, Miller Skoog nuôi cấy tế bào thực vật phát hợp chất kinetin có tác dụng kích thích phân chia tế bào Năm 1963, D.S.Letham tách từ hạt ngô non chất cytokinin tự nhiện gọi zeantin Những hợp chất cytokinin biết dẫn xuất base nito purin, adenin • Cytokinin tổng hợp mơ phân sinh rễ số quan non chồi non, non Chức chủ yếu Điều chỉnh phân chia tế bào chồi rễ Làm thay đổi ưu kích thích sinh trưởng chồi bệnh Xúc tiến vận động chất dinh dưỡng vào mơ trữ Kích thích nảy mầm hạt Làm chậm hóa già Chuyển sống sót luống trồng để chăm sóc Huấn luyện dần thích nghi với mơi trường (nhà lưới) Tạo hồn chỉnh Chuyển mẫu vào mơi trường nhân nhanh (cytokinin cao hơn) • Mỗi chồi rễ • • • • đất trồng Đưa • • Tách riêng chồi cho vào môi trường tạo rễ (Auxin cao hơn) Nhân nhanh hoàn chỉnh Tạo vật liệu nhiều chồi khởi đầu Tùy theo loại cây, thường chồi Khử trùng mẫu, đưa vào môi trường nuôi cấy III Nuôi cấy mô, tế bào thực vật Ứng dụng Nhân giống vơ tính: giống trồng q hiếm, có giá trị kinh tế cao khơng thể nhân phương pháp khác… Làm bệnh để phục tráng giống: nuôi cấy mô phân sinh, phương pháp vi ghép đỉnh sinh trưởng ống nghiệm Chọn giống chịu hạn, chịu mặn, chịu bệnh,… Tạo giống: Ni cấy hạt phấn nỗn chưa qua thụ tinh tạo đơn bội nhị bội (đồng hợp tử tuyệt đối sau hệ) Nuôi cấy tế bào trần dung hợp tế bào trần tạo hợp tử lai vơ tính hai tế bào trần (lai soma), tái sinh hình thành lai có đặc tính bố mẹ Nhiều lĩnh vực nghiên cứu di truyền, sinh lý, hóa sinh, dược học,… Kỹ thuật tách chiết hợp chất thứ sinh thực vật Khái niệm - Sản phẩm chuyển hóa sơ cấp: hợp chất cần thiết cho hoạt động sống phát triển chất béo, đạm, đường Các hợp chất chiết xuất từ thực vật dễ dàng kỹ thuật lý hóa thơng thường - Sản phẩm chuyển hóa thứ cấp: phức hợp có cấu tạo phức tạp, khó tổng hợp chúng đường hóa học, tập trung số phận với hàm lượng Ví dụ: chất thơm hoa nhài, hợp chất berberin chiết xuất từ rễ hoàng liên Kỹ thuật tách chiết hợp chất thứ sinh thực vật Quy trình Chọn lọc khỏe Ni cấy mơ tạo mơ sẹo Chọn lọc dịng gốc Chuyển sang ni cấy môi trường lỏng Sản xuất đại trà tế bào dòng gốc Chiết xuất tinh chế sản phẩm Nhân giống bệnh Cây nhiễm virus Xử lý nhiệt Cắt đỉnh chồi Nuôi cấy môi trường Chồi phát triển Tạo rễ Chuyển đất Kiểm định virus Khử trùng bề mặt Tách đỉnh sinh trưởng Tạo giống công nghệ tế bào Dung hợp tế bào trần Khái niệm tế bào trần Tế bào trần tế bào thực vật mà thành bị hủy cách xử lý enzyme (cellulase pectinase) tách chiết từ nấm Dung hợp tế bào trần Quy trình Hình Quy trình tạo lai pomato Đưa tế bào trần hai loài vào Loại bỏ thành tế bào nhờ enzym kỹ môi trường đặc biệt để chúng dung hợp thuật vi phẫu tạo tế bào trần khối nhân tế bào chất thành để tạo tế bào lai Từ khác lồi nhân nhanh thành nhiều tạo giống Nuôi tế bào lai môi trường dinh dưỡng đặc biệt cho chúng phân chia tái sinh tạo khác loài Dung hợp tế bào trần Cơ sở di truyền Dung hợp tế bào trần khác loài, khác chi, khác họ để tạo thành tế bào lai cần phải có mơi trường thích hợp cho phát triển hai lồi Sau đó, tế bào lai có khả phát sinh đầy đủ thành lai xoma giống lai hữu tính khác lồi Đây hình thức lai xa cấp độ tế bào mà không cần thơng qua sinh sản hữu tính nên tránh tượng bất thụ lai Ứng dụng Tạo lai khác loài mang đặc điểm hai lồi khơng cần phải trải qua sinh sản hữu tính tránh tượng bất thụ lồi Tạo giống cơng nghệ tế bào Nuôi cấy hạt phấn Cơ sở di truyền Tạo dòng lưỡng bội chủng từ dòng đơn bội dựa đặc tính hạt phấn mọc môi trường nhân tạo để tạo nên dòng tế bào đơn bội dựa đặc tính dịng đơn bội: alen lặn biểu kiểu hình Điều cho phép chọn lọc in vitro mức độ tế bào dịng có đặc tính mong muốn Ứng dụng Dùng để chọn có đặc tính chống chịu hạn, chịu lạnh, chịu mặn, kháng thuốc diệt cỏ… Tạo dòng chủng đồng hợp tất gen giúp cho tính trạng chọn lọc di truyền ổn định Nuôi cấy hạt phấn Quy trình - Ni hạt phấn mơi trường nhân tạo hình thành dịng tế bào đơn bội - Chọn lọc dịng đơn bội có biểu tính trạng mong muốn khác - Các dịng đơn bội có hai hướng phát triển: Hướng 1: tiếp tục nuôi cấy môi trường dinh dưỡng nhân tạo để tạo đơn bội sau dùng consixin (ngăn cản NST phân chia đồng hai cực tế bào) lưỡng bội hóa tạo lưỡng bội cành lưỡng bội đơn bội Hướng 2: lưỡng bội hóa để phát triển thành lưỡng bội phát triển từ dòng đơn bội nên lưỡng bội chủng tất kiểu gen (kiểu gen đồng hợp tử) KẾT LUẬN • Phần lớn thực vật có khả sinh sản sinh dưỡng Các cấu trúc sinh dưỡng (rễ, thân, lá) sinh hệ Con người lợi dụng kĩ thuật nhân giống sinh dưỡng: cành giâm cây, ghép cành chồi, chiết cành để tạo lượng lớn từ cá thể mà có tổ hợp tính trạng di truyền mong muốn • Các biện pháp nuôi cấy tế bào, nuôi cấy mô, nuôi cấy hạt phấn, dung hợp tế bào trần chứng thực nghiệm chứng minh tính tồn tế bào thực vật Sự tái sinh từ biện pháp ni cấy có ý nghĩa lớn nghiên cứu lý thuyết ứng dụng sản xuất nơng nghiệp, đăc biệt có giá trị thương phẩm cao TÀI LIỆU THAM KHẢO Sinh học đại cương, tập II, Hoàng Đức Cự, Nxb Đại học Quốc gia Hà Nội, 1999 Sinh học thể thực vật, PGS TS Nguyễn Khoa Lân, Huế, 2010 Campbell – Reece, Biology, th Edition Người dịch: Trịnh Việt Văn Lê Thị Trễ, Sinh trưởng phát triển cá thể thực vật, Huế