Cơ sở khoa học của phương pháp nhân giống cây trồng bằng công nghệ tế bào là

​ T rong môi trường nuôi cấy cần đáp ứng đủ điều kiện vật lý (ánh sáng, nhiệt độ, không khí, áp suất không khí) và điều kiện hóa học (đa lượng, vi lượng, vitamin, chất điều hòa sinh trưởng) để giúp mẫu cấy biểu hiện ra kiểu gen và kiểu hình của nó. Tất cả hai bước (tách mẫu và đưa vào môi trường nuôi cấy) đều được tiến hành trong điều kiện vô trùng, tức là trong điều kiện không có nấm, vi khuẩn và các nguồn lây nhiễm khác vì chúng có thể gây độc cho mẫu cấy hoặc gây ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và phát triển của mẫu cấy, có khi gây chết mẫu. Vì vậy, cần ngăn cản các nguồn gây nhiễm bằng cách loại trừ các vi sinh vật, chủ yếu là cách tổ chức và phương pháp thực hiện trong phòng nuôi cấy mô.

Qui trình nuôi cấy mô tế bào thực vật được thực hiện như sau:

Chuẩn bị cây mẹ: Trồng thành vườn gốc giống được chăm sóc và theo dõi các đặc điểm hình thái. Cây sạch bệnh và đang giai đoạn sinh trưởng khỏe mạnh, đây chính là nguồn nguyên liệu quan trọng cho kỹ thuật nuôi cấy mô tế bào thực vật.

Chọn mẫu cấy: Tùy vào đối tượng nhân giống, mục đích nghiên cứu mà lựa chọn vị trí lấy mẫu trên cây mẹ, kích thước mẫu, hình thái mẫu. Song song đó, phải chuẩn bị môi trường vô trùng để nuôi cấy mẫu. Mẫu sau khi được lựa chọn, bảo quản trong bao PE, có ghi nhãn tránh nhầm lẫn. Dụng cụ lấy mẫu được khử trùng kỹ càng.

Giai đoạn tăng sinh: Mẫu còn khả năng tái sinh sẽ được chuyển vào giai đoạn này để tăng nhanh số lượng cá thể bằng sự sinh phôi soma, tăng số lượng chồi bên, tạo chồi bất định. Các chồi tăng trưởng tốt, khỏe mạnh, đạt kích thước và chiều cao sẽ được cấy sang giai đoạn kế tiếp. Môi trường nuôi cấy được bổ sung chất kích thích tạo chồi.

Giai đoạn ra rễ invitro: Mẫu cấy hoàn chỉnh hình thái cây, tiếp tục phát triển chiều cao và hình thành rễ. Tất nhiên, mỗi giai đoạn tăng trưởng, các môi trường nuôi cấy đều được bổ sung các chất điều hòa sinh trưởng phù hợp cho sự ra rễ.

Giai đoạn huấn luyện: Bình chứa các cây con được chuyển ra nhà huấn luyện (nhà kính), ánh sáng và nhiệt độ đạt 75 – 80 % so với bên ngoài tự nhiên, giúp cây con thích nghi dần với điều kiện bên ngoài. Đây là giai đoạn trung gian để chuyển cây từ phòng thí nghiệm ra ngoài vườn ươm.

Giai đoạn ra rễ invivo: Các đối tượng không thể ra rễ trong môi trường thí nghiệm được đưa ra ngoài vườm ươm để phát triển rễ và cây hoàn chỉnh.

Sau các giai đoạn trên, cây con được trồng và chăm sóc ngoài vườn ươm. Chiều cao cây 20 – 25 cm, đường kính cổ rễ 0,5 – 0,7 cm là cây đủ tiêu chuẩn xuất vườn.

Để có được qui trình nuôi cấy mô hoàn chỉnh (qui trình trong phòng thí nghiệm) cần ít nhất 10 – 12 tháng. Chất lượng cây giống được sản xuất bằng phương pháp này có những ưu điểm: Kiểm soát được dịch bệnh cây trồng (bằng phương pháp nuôi cấy mô ta có thể loại bỏ hoàn toàn cá thể mang mầm bệnh); kiểm soát được chất lượng giống thông qua kiểm soát kiểu gen của cây bố mẹ đem vào làm mẫu nuôi cấy; nhân giống trong phòng thí nghiệm ít phụ thuộc vào điều kiện tự nhiên bên ngoài; cây con được sản xuất hàng loạt, đồng nhất về mặt di truyền, có sự đồng đều về hình thái.

Trong tương lai, nuôi cấy mô tế bào thực vật sẽ là những đóng góp to lớn để phục tráng, nhân giống cây trồng và chọn giống cây trồng, góp phần vào sự phát triển của ngành nông nghiệp tỉnh nhà.

PHẠM THỊ DIỄM

(Theo Bản tin KH&CN, số 02/2017)

Nuôi cấy mô tế bào là phương pháp tách rời tế bào, mô nuôi cấy trong môi trường thích hợp và vô trùng để chúng tiếp tục phân bào, biệt hóa thành mô, cơ quan để phát triển thành cây mới.

Môi trường dinh dưỡng:

• Nguyên tố đa lượng: N, S, Ca, K, P
• Nguyên tố vi lượng: Fe, B, Mo, I, Cu
• Đường: Glucozơ, Saccarozơ
• Chất điều hòa sinh trưởng: Auxin, Cytokinin

Hình 1. Minh họa quá trình nuôi cấy mô tế bào

II - CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA PHƯƠNG PHÁP NUÔI CẤY MÔ TẾ BÀO

1. Tính toàn năng của tế bào

• Tế bào chứa hệ gen qui định loài đó, mang toàn bộ lượng thông tin của loài
• Tế bào có thể sinh sản vô tính khi nuôi cấy trong môi trường thích hợp để tạo thành cây hoàn chỉnh

Hình 2. Sơ đồ thể hiện tính toàn năng tế bào thực vật

2. Khả năng phân hóa và phản phân hóa

Hình 3. Sơ đồ quá trình phân hóa và phản phân hóa tế bào

• Phân hóa tế bào: là quá trình từ tế bào phôi sinh biến đổi thành tế bào chuyên hóa đảm bảo các chức năng khác nhau
• Phản phân hóa tế bào: Là quá trình chuyển tế bào chuyên hóa về tế bào phôi sinh trong điều kiện thích hợp và tiếp tục phân chia mạnh mẽ

III - QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ NHÂN GIỐNG BẰNG NUÔI CÂY MÔ TẾ BÀO

1. Quy trình

Hình 4. Quy trình công nghệ nhân giống bằng nuôi cấy mô tế bào

Bước 1: Chọn vật liệu nuôi cấy

• Chọn mẫu tốt, không bị nhiễm bệnh
• Cách làm:
  • Chọn cây mẹ khỏe, sạch bệnh
  • Chọn mô phân sinh đỉnh chồi, đỉnh rễ, bộ phận non

Bước 2: Khử trùng

• Mẫu và dụng cụ được tẩy rửa, khử trùng
• Cắt đỉnh sinh trưởng thành phần tử nhỏ, tẩy rửa, khử trùng ở buồng vô trùng

Bước 3: Tạo chồi

• Môi trường dinh dưỡng:
  • Nguyên tố đa lượng: N, S, Ca, K, P
  • Nguyên tố vi lượng: Fe, B, Mo, I, Cu
  • Đường: Glucozơ, Saccarozơ
  • Chất điều hòa sinh trưởng: Auxin, Cytokinin
• Để phát triển thân cành cho chồi trong môi trường dinh dưỡng có bổ sung Cytokinin hoạt hóa tạo chồi

Bước 4: Tạo rễ

• Khi chồi đạt tiêu chuẩn về chiều cao, số lá thì chuyển sang môi trường tạo rễ, bổ sung chất kích thích auxin, IBA…

Bước 5: Cấy cây vào môi trường thích ứng

• Chuyển cây sang môi trường thích ứng gần giống với môi trường tự nhiên về: nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng…

Bước 6: Trồng cây trong vườn ươm

• Khi cây đủ chiều cao, thân lá thì chuyển cây ra vườn ươm

2. Ý nghĩa

• Nhân với số lượng lớn, trên quy mô công nghệ
• Sản phẩm sạch bệnh và đồng nhất về di truyền
• Hệ số nhân giống cao

VietJack

Bằng cách đăng ký, bạn đồng ý với Điều khoản sử dụng và Chính sách Bảo mật của chúng tôi.

Tiếp nối các chủ đề liên quan đến tính toàn năng của tế bào thực vật, hôm nay Việt Sinh sẽ mang đến những thông tin nuôi cấy mô tế bào là gì và cơ sở khoa học của nuôi cấy mô tế bào thực vật. Một số thuật ngữ, quy trình sẽ được chia sẻ, diễn giải cũng như những thành tựu ứng dụng từ công nghệ nuôi cấy mô tế bào thực vật mang lại sẽ được chúng tôi cập nhật thông qua bài viết sau.

• Đó là tổng hợp các kỹ thuật được sử dụng để nuôi cấy và duy trì mô tế bào trong điều kiện vô trùng. Biện pháp này sẽ được áp dụng trên các môi trường giàu dinh dưỡng và với những thành phần đã được xác định từ trước.
• Nuôi cấy mô tế bào bao gồm nuôi cấy mô tế bào động vật và nuôi cấy mô tế bào thực vật.

• Là thuật ngữ để nói về việc nuôi cấy tất cả các phần của thực vật (tế bào đơn, mô sẹo, cơ quan sinh trưởng…). Đây là phương pháp nghiên cứu tất cả các vấn đề liên quan đến thực vật như sinh lý học, sinh hóa học, di truyền học và cấu trúc thực vật.
• Chúng ta sẽ tách rời tế bào thực vật và chuyển nó vào trong một môi trường dinh dưỡng thích hợp giống như trong cơ thể sống, giúp tế bào phân chia, biệt hóa thành mô, cơ quan và phát triển thành cây hoàn chỉnh.

• Mô tế bào là một thành phần của cơ thể nhưng chúng vẫn có tính độc lập riêng biệt. Vì thế, khi tách riêng chúng để nuôi trong một môi trường thích hợp đầy đủ các chất dinh dưỡng, các mô tế bào có thể phát triển thành mô cơ quan, thâm chí là mô cơ thể.
• Tế bào thực vật có tính toàn năng. Tức là mọi tế bào sẽ đều có cùng hệ gen và có khả năng sinh sản vô tính. Do đó, chúng có thể được nuôi cấy trong môi trường thuận lợi để tạo ra các cá thể mới đồng loạt về tính trạng, kiểu gen và kiểu hình.
• Dựa trên tính toàn năng này, phương pháp nuôi cấy mô tế bào xuất hiện. Cơ sở khoa học của nuôi cấy mô tế bào được dựa trên sự nhân đôi và phân li đồng đều của các nhiễm sắc thể trong quá trình nguyên phân.
• Thực tế là rất nhiều các tế bào thực vật có khả năng tái sinh thành cây hoàn chỉnh (còn gọi là totipotency – khả năng biệt hóa của tế bào đơn lẻ thành những tế bào chuyên biệt với số lượng không giới hạn).
• Các tế bào đơn lẻ, các tế bào thực vật không có thành tế bào (protoplast), các mảnh lá, rễ hoặc thân, thường có thể được sử dụng để tạo ra các tế bào mới trên môi trường nuôi cấy bổ sung các chất dinh dưỡng và hormone thực vật.

Nuôi cấy mô tế bào thực vật được thực hiện như sau:

Trồng thành vườn gốc với các cây giống được chăm sóc và theo dõi kĩ đặc điểm hình thái. Cây sạch bệnh và đang giai đoạn sinh trưởng khỏe mạnh, đây chính là nguồn nguyên liệu quan trọng cho kỹ thuật nuôi cấy mô tế bào thực vật.

Xem thêm:

Tùy vào đối tượng nhân giống, mục đích nghiên cứu mà lựa chọn vị trí lấy mẫu trên cây mẹ, kích thước mẫu, hình thái mẫu. Song song đó, phải chuẩn bị môi trường vô trùng để nuôi cấy mẫu.

Mẫu sau khi được lựa chọn, bảo quản trong bao PE, có ghi nhãn tránh nhầm lẫn. Dụng cụ lấy mẫu được khử trùng kỹ càng.

Mẫu cấy ở ngoài tự nhiên luôn chứa vi khuẩn, nấm… nên cần phải loại bỏ các yếu tố này để đưa vào môi trường nuôi cấy vô trùng. Đây là khâu rất khó trong nuôi cấy mô vì nó quyết định 50% sự thành công trong nuôi cấy mô. Để khử trùng mẫu cấy, cần lựa chọn hóa chất và thời gian khử trùng thích hợp làm chết các tác nhân gây nhiễm mẫu (nấm, vi khuẩn).

Mẫu còn khả năng tái sinh sẽ được chuyển vào giai đoạn này để tăng nhanh số lượng cá thể bằng sự sinh phôi soma, tăng số lượng chồi bên, tạo chồi bất định. Các chồi tăng trưởng tốt, khỏe mạnh, đạt kích thước và chiều cao sẽ được cấy sang giai đoạn kế tiếp. Môi trường nuôi cấy được bổ sung chất kích thích tạo chồi.

Mẫu cấy hoàn chỉnh hình thái cây, tiếp tục phát triển chiều cao và hình thành rễ. Tất nhiên, mỗi giai đoạn tăng trưởng, các môi trường nuôi cấy đều được bổ sung các chất điều hòa sinh trưởng phù hợp cho sự ra rễ.

Bình chứa các cây con được chuyển ra vườn ươm (nhà kính), ánh sáng và nhiệt độ đạt 75 – 80 % so với bên ngoài tự nhiên, giúp cây con thích nghi dần với điều kiện bên ngoài. Đây là giai đoạn trung gian để chuyển cây từ phòng thí nghiệm ra ngoài vườn ươm.

Kiểm soát được dịch bệnh cây trồng (ta có thể loại bỏ hoàn toàn cá thể mang mầm bệnh).

Kiểm soát được chất lượng giống thông qua kiểm soát kiểu gen của cây bố mẹ làm mẫu nuôi cấy.

Nhân giống trong phòng thí nghiệm ít phụ thuộc vào điều kiện tự nhiên bên ngoài.
Cây con được sản xuất hàng loạt, đồng nhất về mặt di truyền, có sự đồng đều về hình thái.

Dựa vào cơ sở khoa học của nuôi cấy mô tế bào, thực tế tất cả các giống cây đều có thể áp dụng công nghệ này. Đến năm 2019, thông qua nuôi cấy mô tế bào thực vật, ở nước ta đã có những giống cây trồng được nhân giống thành công như:

• Các giống cây ăn quả bao gồm chuối già Nam Mỹ, chuối sứ, dâu tây chịu nhiệt, dừa, dứa,…
• Các giống cây cảnh có giá trị cao như lan hồ điệp, lan rừng đột biến,… và cây cảnh ngắn ngày như hoa hồng, thược dược, cúc, đồng tiền,…
• Các giống cây dược liệu như đinh lăng, đẳng sâm, sâm Ngọc Linh,…
• Các giống lúa có phẩm chất tốt như lúa Nàng Thơm Chợ Đào, lúa cẩm, lúa den (nếp nương),…
• Các giống cây lấy gỗ như bạch đàn, keo lai, cẩm lai…

Còn một số loại cây quý hiếm, có giá trị cao đang tồn tại trong tự nhiên vẫn đang được các nhà khoa học nghiên cứu để tối ưu quy trình nuôi cấy. Hy vọng trong tương lai gần có thể ứng dụng rộng rãi để góp phần phát triển ngành công nghệ sinh học dược liệu nước ta.

Đến đây chắc hẳn các bạn đã phần nào hiểu rõ về cơ sở khoa học của nuôi cấy mô tế bào cũng như qui trình, ý nghĩa và thành tựu của phương pháp này rồi. Nhớ bình luận cho Việt Sinh biết nếu những thông tin này bổ ích với bạn và đừng quên tiếp tục theo dõi những bài chia sẻ thú vị khác nhé!