Giải bài tập Chuyên đề Sinh học 10 Bài 3: Các giai đoạn của công nghệ tế bào thực vật
A/ Câu hỏi mở đầu
Mở đầu 1 trang 15 Chuyên đề Sinh học 10: Để trồng hàng loạt cây sắn (cây khoai mì) hoặc cây khoai lang, em có thể cắt một đoạn thân và trồng xuống đất. Vì sao có thể nhân giống cây trồng bằng phương pháp này?
Trả lời:
Có thể nhân giống hàng loạt cây sắn hoặc cây khoai lang bằng cách cắt một đoạn thân và trồng xuống đất vì các cây này có thể sinh sản sinh dưỡng bằng thân cây (từ một đoạn thân có đủ mắt đủ chồi có thể phát triển thành một cây con hoàn chỉnh).
Mở đầu 2 trang 15 Chuyên đề Sinh học 10: Các nhà khoa học đã nhân giống vô tính nhiều loài cây trồng quý bằng công nghệ tế bào thực vật, tiêu biểu là nhân giống lan kim tuyến (như đã nêu ở Bài 1). Em hãy phác thảo các giai đoạn công nghệ nhằm nhân giống lan kim tuyến.
Trả lời:
Phác thảo các giai đoạn công nghệ nhằm nhân giống lan kim tuyến:
B/ Câu hỏi giữa bài
I. CÁC GIAI ĐOẠN CỦA CÔNG NGHỆ NUÔI CẤY MÔ TẾ BÀO THỰC VẬT
Hình thành kiến thức, kĩ năng 1 trang 15 Chuyên đề Sinh học 10: Quan sát hình 3.1, hãy cho biết công nghệ tế bào thực vật có các giai đoạn nào?
Trả lời:
Công nghệ tế bào thực vật có 3 giai đoạn:
(1) Giai đoạn chuẩn bị mẫu và môi trường nuôi cấy.
(2) Giai đoạn nuôi cấy.
(3) Giai đoạn hoàn thiện và thu nhận sản phẩm.
Hình thành kiến thức, kĩ năng 2 trang 15 Chuyên đề Sinh học 10: Tại sao việc khử trùng mẫu trước khi tiến hành nuôi cấy mô tế bào thực vật là cần thiết?
Trả lời:
Việc khử trùng mẫu trước khi tiến hành nuôi cấy mô tế bào thực vật là cần thiết vì: Mẫu ở ngoài tự nhiên có thể chứa các mầm bệnh nên cần phải loại bỏ để đảm bảo mẫu cấy được vô trùng. Từ đó, tạo điều kiện thuận lợi cho mẫu phát triển tốt trong quá trình nuôi cấy và sản phẩm tạo ra sẽ được sạch bệnh, không nhiễm vi sinh vật kí sinh hay côn trùng.
Hình thành kiến thức, kĩ năng 3 trang 15 Chuyên đề Sinh học 10: Tại sao có thể chọn các mẫu mô như mô mảnh lá, lá mầm, rễ, chồi đỉnh, chồi nách, phôi từ hạt để làm vật liệu nuôi cấy in vitro?
Trả lời:
Có thể chọn các mẫu mô như mô mảnh lá, lá mầm, rễ, chồi đỉnh, chồi nách, phôi từ hạt để làm vật liệu nuôi cấy in vitro vì: Các mẫu mô như mô mảnh lá, lá mầm, rễ, chồi đỉnh, chồi nách, phôi từ hạt có chứa tỉ lệ lớn các tế bào sống có khả năng phân chia mạnh nên dễ tạo mô sẹo để hình thành nên cây con hoàn chỉnh.
Tìm hiểu thêm 1 trang 16 Chuyên đề Sinh học 10: Khử trùng mẫu mô tế bào nuôi cấy và khử trùng dụng cụ, thiết bị, môi trường có áp dụng cùng một phương pháp không? Vì sao?
Trả lời:
– Khử trùng mẫu mô tế bào nuôi cấy và khử trùng dụng cụ, thiết bị, môi trường không áp dụng cùng một phương pháp.
– Giải thích: Khử trùng mẫu mô tế bào nuôi cấy và khử trùng dụng cụ, thiết bị, môi trường không áp dụng cùng một phương pháp vì:
+ Mẫu nuôi cấy vừa phải đảm bảo yếu tố vô trùng vừa phải giữ được khả năng sống sót của tế bào nên khi khử trùng mẫu cấy, người ta thường sử dụng dung dịch sodium hypochloride, chất tẩy rửa hoặc ethanol 70% rồi rửa lại bằng nước cất vô trùng.
+ Còn dụng cụ, thiết bị, môi trường chỉ cần đảm bảo yếu tố vô trùng nên thường được thực hiện trong các nồi hấp khử trùng.
Hình thành kiến thức, kĩ năng 4 trang 16 Chuyên đề Sinh học 10: Tại sao không thể áp dụng một phương pháp nuôi cấy chung trong giai đoạn nuôi cấy mô tế bào thực vật?
Trả lời:
Không thể áp dụng một phương pháp nuôi cấy chung trong trong giai đoạn nuôi cấy mô tế bào thực vật vì dựa vào các mục đích nuôi cấy khác nhau như nhân giống, sản xuất sản phẩm thứ cấp, mẫu nuôi cấy khác nhau như mảnh mô, cơ quan, phôi, hạt,… mà cần lựa chọn kĩ thuật và phương pháp nuôi cấy mô phù hợp.
Hình thành kiến thức, kĩ năng 5 trang 16 Chuyên đề Sinh học 10: Các phương pháp nuôi cấy được xây dựng dựa trên những cơ sở nào?
Trả lời:
– Các phương pháp nuôi cấy được xây dựng dựa trên cơ sở tính toàn năng của tế bào thực vật, khả năng biệt hóa và phản biệt hóa của tế bào. Dựa trên cơ sở này, người ta có thể tiến hành nuôi cấy tế bào in vitro trên môi trường nhân tạo hình thành dòng tế bào, mô, cơ quan và cơ thể hoàn chỉnh.
– Ngoài ra, dựa vào các mục đích nuôi cấy khác nhau như nhân giống, sản xuất sản phẩm thứ cấp, mẫu nuôi cấy khác nhau như mảnh mô, cơ quan, phôi, hạt,… mà cần xây dựng kĩ thuật và phương pháp nuôi cấy mô phù hợp.
Tìm hiểu thêm 2 trang 17 Chuyên đề Sinh học 10: Tại sao lai (dung hợp) tế bào trần là phương pháp làm tăng tính đa dạng di truyền ở cây trồng?
Trả lời:
Lai (dung hợp) tế bào trần là phương pháp làm tăng tính đa dạng di truyền ở cây trồng vì: Dung hợp tế bào trần có thể tạo ra giống mới mang đặc điểm của hai loài mà bằng cách tạo giống thông thường không thể tạo ra được.
Hình thành kiến thức, kĩ năng 6 trang 18 Chuyên đề Sinh học 10: Phôi soma khác với phôi hình thành từ hợp tử như thế nào? Ứng dụng của nuôi cấy tạo phôi soma là gì?
Trả lời:
– Sự khác nhau giữa phôi soma và phôi hình thành từ hợp tử:
|
Phôi soma |
Phôi hình thành từ hợp tử |
|
+ Là phôi được hình thành từ các tế bào soma (tế bào sinh dưỡng) của cây mà không phải từ hợp tử. |
+ Là phôi được hình thành từ hợp tử được tạo ra qua thụ tinh (có sự kết hợp giữa giao tử đực và giao tử cái). |
|
+ Quá trình hình thành phôi cần trải qua giai đoạn phản biệt hóa để trở thành tế bào gốc phôi toàn năng. |
+ Quá trình hình thành phôi không cần trải qua giai đoạn phản biệt hóa vì hợp tử là tế bào gốc phôi toàn năng. |
– Ứng dụng của nuôi cấy tạo phôi soma là: Phôi soma sử dụng trong nhân giống vô tính, tạo vật liệu đồng nhất về mặt di truyền, sạch bệnh, cung cấp nguồn mô để chuyển gene, tái sinh cây từ tế bào trần và trong công nghệ hạt nhân tạo.
Hình thành kiến thức, kĩ năng 7 trang 18 Chuyên đề Sinh học 10: Tại sao trong nhân giống vô tính để duy trì đặc tính cây trồng, người ta thường tái sinh cây bằng nuôi cấy tạo cơ quan sử dụng đoạn thân cây mà không tái sinh gián tiếp từ mô sẹo?
Trả lời:
Trong nhân giống vô tính để duy trì đặc tính cây trồng, người ta thường tái sinh cây bằng nuôi cấy tạo cơ quan sử dụng đoạn thân cây mà không tái sinh gián tiếp từ mô sẹo vì: Tái sinh cây bằng tái sinh gián tiếp từ mô sẹo sẽ phải trải qua nhiều giai đoạn khiến quá trình tái sinh cây kéo dài (tốn thời gian), đồng thời, tỉ lệ thành công khi tái sinh cây bằng tái sinh gián tiếp từ mô sẹo cũng thấp hơn.
Luyện tập 1 trang 19 Chuyên đề Sinh học 10: Các kĩ thuật nuôi cấy mô tế bào khác nhau về mẫu sử dụng cho nuôi cấy và mục đích ứng dụng như thế nào?
Trả lời:
Các kĩ thuật nuôi cấy mô tế bào khác nhau về mẫu sử dụng cho nuôi cấy và mục đích ứng dụng:
|
Kĩ thuật nuôi cấy mô tế bào |
Mẫu sử dụng cho nuôi cấy |
Mục đích ứng dụng |
|
Nuôi cấy mảnh mô |
Mảnh mô của cây gốc |
– Tạo nguyên liệu cho các kĩ thuật khác như nuôi cấy tạo mô sẹo, tái sinh cơ quan. – Tạo vật liệu chuyển gene. |
|
Nuôi cấy mô sẹo |
Mảnh mô đã biệt hóa và được khử biệt hóa trong điều kiện in vitro |
– Tạo thành mô, cơ quan và cây hoàn chỉnh. – Tạo nguyên liệu để tạo sinh khối huyền phù tế bào và chuyển gene. |
|
Nuôi cấy tế bào đơn |
Mảnh mô, mô sẹo, dịch nuôi tế bào được xử lí để tách rời các tế bào |
– Tạo sinh khối tế bào. |
|
Nuôi cấy huyền phù tế bào |
Các tế bào đơn hoặc khối tế bào nhỏ được tách từ mô hoặc mô sẹo |
– Tăng quy mô sản xuất chất chuyển hóa thứ cấp. |
|
Nuôi cấy tế bào trần |
Tế bào thực vật đã bị loại bỏ thành tế bào |
– Tạo nguồn tế bào đơn trong tạo dòng tế bào, chuyển gene, tạo giống cây lai từ lai tế bào soma hoặc dùng để nghiên cứu về các cấu trúc và chức năng của tế bào. |
|
Nuôi cấy phôi |
Phôi trưởng thành hoặc chưa trưởng thành được tách ra từ hạt |
– Được sử dụng để “cứu phôi” của hạt lai, hạt chưa chín và không tự nảy mầm được nhằm tạo cây hoàn chỉnh có khả năng sống sót. |
|
Tạo phôi soma |
Tế bào soma của cây |
– Sử dụng trong nhân giống vô tính, tạo vật liệu đồng nhất về di truyền, sạch bệnh. – Cung cấp nguồn mô để chuyển gene, tái sinh cây từ tế bào trần và trong công nghệ hạt nhân tạo. |
|
Nuôi cấy tạo cơ quan |
Mô tế bào |
– Hình thành và tái tạo cơ quan (thường là chồi thân và rễ) để ứng dụng nhằm sản xuất các chất chuyển hóa và để nhân giống ở một số loại cây trồng. |
Hình thành kiến thức, kĩ năng 8 trang 20 Chuyên đề Sinh học 10: Bằng cách nào có thể sản xuất vaccine ăn được (có trong rau, củ, quả) nhờ sử dụng công nghệ tế bào thực vật?
Trả lời:
Sản xuất vaccine ăn được bằng cách sử dụng công nghệ tế bào thực vật kết hợp với công nghệ gene trong vi nhân giống cây trồng: Nuôi cấy mảnh mô từ cây được chọn để tạo mô sẹo → Chuyển gene mong muốn vào mô sẹo → Nuôi huyền phù tế bào để tạo phôi → Tạo hạt nhân tạo hoặc tái sinh phôi trực tiếp thành cây → Tạo cây con mang gene cần chuyển. Cây mang gene sẽ mã hóa các protein mong muốn, khi con người ăn vào sẽ tạo ra được miễn dịch.
Luyện tập 2 trang 21 Chuyên đề Sinh học 10: Những kĩ thuật nuôi cấy mô tế bào thực vật nào có thể áp dụng sau khi tạo mô sẹo? Hãy nêu định hướng tạo sản phẩm cuối cùng của các quá trình công nghệ đó.
Trả lời:
– Những kĩ thuật nuôi cấy mô tế bào thực vật có thể áp dụng sau khi tạo mô sẹo là: nuôi cấy tế bào đơn, nuôi cấy huyền phù tế bào, tạo phôi soma, nuôi cấy tạo cơ quan.
– Một số định hướng tạo sản phẩm cuối cùng của các quá trình công nghệ trên là:
+ Các chất chuyển hóa thứ cấp (hợp chất alkaloid, steroid) hoặc các sản phẩm khác như protein tái tổ hợp.
+ Tái sinh cây hoàn chỉnh.
+ Sản xuất hạt nhân tạo.
Tìm hiểu thêm 3 trang 21 Chuyên đề Sinh học 10: Kĩ thuật vi nhân giống (nhân giống vô tính) được ứng dụng trong những trường hợp nào? Khi nào thì nên áp dụng kĩ thuật này mà không phải là nhân giống từ hạt tạo thành bằng lai hữu tính?
Trả lời:
– Kĩ thuật vi nhân giống được ứng dụng trong các trường hợp là:
+ Nhân nhanh giống cây trồng: Tái sinh cây hoàn chỉnh từ một tế bào soma hoặc mô sẹo.
+ Bảo tồn sinh học: Sản xuất hạt nhân tạo góp phần lưu trữ, bảo tồn giống thực vật.
– Nên áp dụng kĩ thuật vi nhân giống mà không phải là nhân giống từ hạt tạo bằng lai hữu tính khi muốn nhân nhanh giống cây trồng mà vẫn giữ được đặc tính của cây mẹ.
Luyện tập 3 trang 22 Chuyên đề Sinh học 10: Quan sát các hình 3.7 (a – g) về quá trình tái sinh cây lúa (Oryza sativa) từ nuôi cấy mô tế bào và thực hiện các yêu cầu sau:
a) Cho các mô tả sau: (1) Sau 35 ngày tái sinh; (2) Sau 17 ngày trên môi trường tái sinh; (3) Sau 9 ngày trên môi trường tái sinh; (4) Nuôi cấy tạo mô sẹo từ phôi hạt; (5) Đưa cây ra nhà lưới; (6) Sau 25 ngày tái sinh. Hãy ghép mỗi mô tả (1 – 6) với mỗi hình (a – g) cho phù hợp.
b) Sắp xếp các hình theo tiến trình thời gian thực hiện các giai đoạn nuôi cấy mô tế bào và tái sinh ở cây lúa.
Trả lời:
a) Ghép mô tả vào mỗi hình:
(1) Sau 35 ngày tái sinh – e
(2) Sau 17 ngày trên môi trường tái sinh – g
(3) Sau 9 ngày trên môi trường tái sinh – b
(4) Nuôi cấy tạo mô sẹo từ phôi hạt – d
(5) Đưa cây ra nhà lưới – c
(6) Sau 25 ngày tái sinh – a
b) Sắp xếp các hình theo tiến trình thời gian thực hiện các giai đoạn nuôi cấy mô tế bào và tái sinh ở cây lúa: d → b → g → a → e → c
Luyện tập 4 trang 22 Chuyên đề Sinh học 10: Thiết lập các bước tiến hành sản xuất một loại vaccine để phòng bệnh truyền nhiễm sử dụng công nghệ nuôi cấy mô tế bào cây thuốc lá, kết hợp kĩ thuật chuyển gene vào tế bào thực vật nuôi cấy nhờ vi khuẩn Agrobacterium tumefaciens (tham khảo hình 3.6)
Trả lời:
Các bước tiến hành sản xuất một loại vaccine để phòng bệnh truyền nhiễm sử dụng công nghệ nuôi cấy mô tế bào cây thuốc lá, kết hợp với kĩ thuật chuyển gene vào tế bào thực vật nuôi cấy nhờ vi khuẩn Agrobacterium tumefaciens:
(1) Tách các mẫu mô từ cơ quan của cây thuốc lá
(2) Nuôi cấy mảnh mô để tạo mô sẹo
(3) Sử dụng vi khuẩn Agrobacterium tumefaciens làm vector chuyển gene vào mô sẹo
(4) Nuôi cấy huyền phù để nhân dòng tế bào mang gene cần chuyển
(5) Tạo phôi mang gene cần chuyển
(6) Sử dụng môi trường dinh dưỡng thích hợp, bổ sung hormone kích thích sinh trưởng để kích thích phôi mang gene cần chuyển phát triển thành cây con
(7) Đưa cây con mang gene cần chuyển sang trồng ở vườn ươm rồi trồng đại trà để thu vaccine phòng bệnh
