Trang 10
Sau khi học xong bài này, em sẽ:
Phân tích được một số hướng ứng dụng của công nghệ sinh học trong chọn tạo giống cây trồng.
Câu hỏi
Những kĩ thuật nào của công nghệ sinh học đang được ứng dụng trong chọn tạo giống cây trồng? Ứng dụng công nghệ sinh học trong chọn tạo giống cây trồng đã mang lại ý nghĩa như thế nào?
I – ỨNG DỤNG CHỈ THỊ PHÂN TỦ TRONG CHỌN TẠO GIỐNG CÂY TRỒNG
Chỉ thị phân tử (molecular marker) hay còn gọi là chỉ thị di truyền (genetic marker) ở thực vật là đoạn DNA ngắn đã biết vị trí trên nhiễm sắc thể, có liên kết chặt chẽ với gene quy định một tính trạng cụ thể của cây trồng, tạo nên tính đặc trưng để phân biệt giữa các cá thể (ví dụ như tính kháng sâu, bệnh, màu sắc hạt, kích thước quả,...). Liên kết chặt chẽ có nghĩa là trong quá trình sinh sản, chỉ thị phân tử đó luôn được di truyền kẻm với tính trạng đang khảo sát cho thế hệ con, do đó nó được sử dụng như một công cụ hữu ích trong chọn tạo giống.
Chỉ thị phân tử cho phép xác định những cá thể mang gene mong muốn ngay ở giai đoạn phát triển sớm của cây, nhờ đó rút ngắn rất nhiều thời gian chọn tạo giống mới, giảm chi phí và công sức do loại bỏ sớm được những cây không mong muốn.
Ví dụ: Giả sử cần chọn tạo một giống lúa năng suất cao, chất lượng tốt và kháng bệnh từ hai dòng thuần G1 và G2. Dòng G1 có năng suất cao, chất lượng gạo ngon nhưng lại dễ nhiễm bệnh. Dòng G2 có năng suất, chất lượng trung bình nhưng có khả năng kháng bệnh. Hi vọng là bằng cách lai giữa G1 và G2 kết hợp với chọn lọc có thể thu được giống có năng suất cao, chất lượng tốt và kháng bệnh tốt. Nếu việc này được thực hiện bằng phương pháp chọn giống truyền thống thì sau mỗi lần lai tạo sẽ phải trồng lại tất cả các con lai, đợi chúng trưởng thành và đánh giá từng tính trạng để chọn ra cây mong muốn.
Trang 11
Việc này sẽ mất rất nhiều thời gian, công sức và tốn kém. Nếu ứng dụng chỉ thị phân tử thì ngay sau khi tạo ra các con lai đã có thể xác định được cây nào có mang đầy đủ các gene mong muốn để giữ lại và tiếp tục đánh giá, các cây còn lại có thể loại bỏ, nhờ đó sẽ rút ngắn được thời gian, tiết kiệm được công sức và chi phí.
Nhờ ứng dụng chỉ thị phân tử, các nhà khoa học đã tạo ra được nhiều giống cây trồng mới có các ưu điểm vượt trội như các giống lúa kháng bệnh đạo ôn, bạc lá, giống lúa chịu mặn, chịu hạn, giống khoai tây kháng bệnh mốc sương,...
Kết nối năng lực
Sử dụng internet, sách, báo,... để tìm hiểu thêm về các ứng dụng của chỉ thị phân tử trong chọn tạo giống cây trồng.
II – ÚNG DỤNG KĨ THUẬT CHUYỂN GENE TRONG CHỌN TẠO GIỐNG CÂY TRỒNG
Kĩ thuật chuyển gene là kĩ thuật chuyển một đoạn DNA từ tế bào này (tế bào cho) sang tế bào khác (tế bào nhận). Kĩ thuật chuyển gene được áp dụng khá phổ biến ở cây trồng, gồm các bước cơ bản sau (Hình 2.1):
Bước 1: Thu nhận gene cần chuyển từ sinh vật hoặc tế bào cho gene bằng kĩ thuật phù hợp
Bước 2: Gắn gene cần chuyển vào công cụ chuyển gene (súng bắn gene, thể truyền)
Bước 3: Chuyển gene vào tế bào nhận gene đã chuẩn bị sẵn bằng kĩ thuật phù hợp
Bước 4: Chọn lọc dòng tế bào mang gene cần chuyển
Bước 5: Nuôi cấy trong môi trường thích hợp để các tế bào mang gene cần chuyển phát triển thành cây hoàn chỉnh
Hình 2.1. Các bước cơ bản trong quy trình chuyển gene vào cây trồng
Đã có nhiều giống cây trồng mới được tạo ra nhờ ứng dụng kĩ thuật chuyển gene như các giống ngô, giống bông, giống đậu tương năng suất cao, kháng sâu và thuốc diệt cỏ,...
Trang 12
Khám phá
Quan sát Hình 2.2 và mô tả các bước trong quy trình chuyển gene kháng sâu vào cây trồng.
DNA thu nhận từ tế bào cho gene
Enzyme cắt
Gene kháng sâu
Plasmid
Enzyme cắt
Mở vòng plasmid
DNA tái tổ hợp
Nhiễm vào các tế bào thực vật
Chọn các tế bào thực vật mang gene kháng sâu
Nuôi cấy và mang trồng
Sâu chết khi ăn lá
Hình 2.2. Sơ đồ chuyển gene kháng sâu vào cây trồng
Kết nối năng lực
Sử dụng internet, sách, báo,... để tìm hiểu thêm về các bước trong quy trình chuyển gene vào cây trồng.
Trang 13
III - ỨNG DỤNG KĨ THUẬT DUNG HỢP TẾ BÀO TRẦN TRONG CHỌN TẠO GIỐNG CÂY TRỒNG
Dung hợp tế bào trần (hay còn gọi là lai xôma) là kĩ thuật hợp nhất nhiều loại tế bào xôma của các loài khác nhau để tạo thành tế bào lai, sau đó cho tế bào lai phát triển thành cơ thể mới mang bộ nhiễm sắc thể lưỡng bội của các loài ban đầu (Hình 2.3). Dung hợp tế bào trần là một kĩ thuật hiện đại của công nghệ tế bào, kĩ thuật này có thể tạo ra các giống cây lai khác loài mà bằng phương pháp truyền thống không thể đạt được.
Nhờ ứng dụng kĩ thuật dung hợp tế bào trần các nhà khoa học đã tạo thành công một số dòng cây lai khác loài như cây lai giữa các loài thuốc lá, khoai tây, khoai tây với cà chua,...
| Tế bào xôma của loài A (2n A) | Tế bào xôma của loài B (2n B) |
| Loại bỏ thành tế bào | |
| Tế bào trần loại A | Tế bào trần loại B |
| Nuôi hai loại tế bào trần trong cùng môi trường cho chúng dung hợp với nhau | |
| Tế bào lai (2n A + 2n B) | |
| Môi trường thích hợp | |
| Cây lai (2n A + 2n B) | |
Hình 2.3. Sơ đồ tạo giống bằng dung họp tế bào trần
Khám phá
Quan sát Hình 2.3 và mô tả quá trình chọn tạo giống cây trồng bằng kĩ thuật dung hợp tế bào trần.
Kết nối năng lực
Sử dụng internet, sách, báo,... để tìm hiểu thêm về thành tựu của chọn tạo giống bằng dung hợp tế bào trần.
IV – ỨNG DỤNG NUÔI CẤY HẠT PHẤN TRONG CHỌN TẠO GIỐNG THUẦN CHỦNG
Các hạt phấn đơn bội (n) được nuôi cấy trong môi trường nhân tạo để tạo các dòng tế bào đơn bội khác nhau. Sử dụng môi trường chọn lọc để chọn các dòng tế bào đơn bội phù hợp với mục đích. Sử dụng tác nhân gây đột biến để lưỡng bội hoá các dòng tế bào đơn bội, nuôi cấy các tế bào lưỡng bội trong môi trường thích hợp để phát triển thành cây hoàn chỉnh. Các cây thu được đều là những cây thuần chủng (Hình 2.4).
Trang 14
Bằng kĩ thuật nuôi cấy hạt phấn, các nhà khoa học đã tạo ra được các dòng lúa, ngô đơn bội thuần chủng, có khả năng chống chịu tốt với các điều kiện bất lợi của môi trường như
chịu lạnh, chịu mặn, chịu phèn,...
| Tế bào mẹ hạt phấn (2n) | |
| Giảm phân | |
| Các hạt phấn đơn bội (n) | |
| Môi trường nhân tạo | |
| Các dòng tế bào đơn bội | |
| Chọn lọc | |
| Dòng đơn bội theo yêu cầu (n) | |
| Nuôi cấy trong môi trường thích hợp | Lưỡng bội hoá |
| Cây đơn bội (n) | Dòng tế bào lưỡng bội (2n) |
| Lưỡng bội hoá | Nuôi cấy trong môi trường thích hợp |
| Cây lưỡng bội thuần chủng (2n) | |
Hình 2.4. Sơ đồ tạo giống thuần chủng bằng nuôi cấy hạt phần
Khám phá
Quan sát Hình 2.4 và mô tả quá trình chọn tạo giống cây trồng thuần chủng bằng nuôi cấy hạt phấn.
Kết nối năng lực
Sử dụng internet, sách, báo... để tìm hiểu thêm về thành tựu của chọn tạo giống bằng nuôi cấy hạt phấn.
Luyện tập
1. Trình bày vai trò của chỉ thị phân tử, kĩ thuật chuyển gene, dung hợp tế bào trần và nuôi cấy hạt phấn trong chọn tạo giống cây trồng.
2. Nêu một số triển vọng của công nghệ sinh học trong chọn tạo giống cây trồng.
Vận dụng
Để chọn tạo giống cây trồng kháng sâu, bệnh cần ứng dụng kĩ thuật nào của công nghệ sinh học? Giải thích.
