1 CÔNG NGHỆ SINH HỌC THỰC VẬT GV: Ths. PHẠM NGỌC MINH QUỲNH BÀI GIẢNG VẤN ĐỀ 1 VAI TRÒ VÀ Ứng DỤNG CỦA CÔNG NGHỆ SINH HỌC THỰC VẬT 2 CÔNG NGHỆ SINH HỌC THỰC VẬT SINH SINH LÝ LÝ H H Ó Ó A A CÔNG NGHỆ SINH HỌC ? HS HS HL HL LS LS CÔNG NGHỆ SINH HỌC Định nghĩa Công nghệ sinh học là các quá trình sản xuất ở quy mô công nghiệp có sự tham gia của các tác nhân sinh học (ở mức độ cơ thể, tế bào hoặc dưới tế bào) dựa trên các thành tựu tổng hợp của nhiều bộ môn khoa học, phục vụ cho việc tăng của cải vật chất của xã hội và bảo vệ lợi ích của con người. 3 CÔNG NGHỆ SINH HỌC PHÂN LOẠI THEO TÁC NHÂN SINH HỌC • Công nghệ sinh học động vật. • Công nghệ sinh học thực vật. • Công nghệ sinh học vi sinh vật. • Công nghệ sinh học enzym. • Công nghệ sinh học gen. • Công nghệ sinh học protein. CÔNG NGHỆ SINH HỌC PHÂN LOẠI THEO ĐỐI TƯỢNG PHỤC VỤ 1. CNSH nông nghiệp. 2. CNSH y tế. 3. CNSH môi trường. 4. CNSH năng lượng. 5. CNSH vật liệu. 6. CNSH chế biến thực phẩm. 7. CNSH hóa học. 4 CÔNG NGHỆ SINH HỌC THỰC VẬT 1. CNSH thực vật và việc tạo giống cây trồng - Tạo giống và nhân giống cây trồng theo phương pháp cổ truyền: tạo giống ngẫu nhiên, nhân giống chậm, tự cung cấp giống, giống địa phương, chất lượng cao. - Cuộc cách mạng xanh – Giống do các đơn vị chuyên môn cung cấp – Giống lai – Ưu thế lai – Sự phụ thuộc vào công ty giống. CÔNG NGH Ệ SINH H Ọ C THỰC VẬT 2. Công nghệ gen Công nghệ gen là lĩnh vực nghiên cứu nhằm tạo ra các cấu trúc DNA thích hợp chứa gen tương ứng với một hoặc nhiều tính trạng mong muốn và hệ thống để chuyển nạp gen đó vào cây trồng, vật nuôi hay vi sinh vật với mục đích làm chúng kết hợp và thể hiện bền vững trong bộ máy di truyền cây chủ. 5 CÔNG NGHỆ SINH HỌC THỰC VẬT Ở ViỆT NAM 3 mục tiêu chính của CNSH thực vật là: • Tạo giống mới • Nhân nhanh các giống đã lựa chọn. • Bảo quản giống CÔNG NGHỆ SINH HỌC THỰC VẬT Ở ViỆT NAM • CN tế bào thực vật ở Việt Nam đã được ngành nông nghiệp thừa nhận là một biện pháp hữu hiệu trong công tác giống. • CNSHTV ở VN được thế giới biết đến qua những thành công trong việc chuyển giao công nghệ vào sản xuất. 6 CÔNG NGHỆ SINH HỌC THỰC VẬT Ở ViỆT NAM Vai trò của CNSHTV từ nay đến năm 2020 1. Vấn đề an toàn lương thực • CNSH góp phần tăng năng suất cây trồng, đảm bảo chất lượng để tăng an toàn lương thực cho con người. • CNSH tạo các giống mới kháng virus, vi khuẩn, nấm gây bệnh. 2. Vấn đề phủ xanh đất trống, đồi trọc • CNSH nhân nhanh giống cây rừng có giá trị cao • CN gen tạo các giống kháng sâu bệnh. CÔNG NGHỆ SINH HỌC THỰC VẬT Ở ViỆT NAM 7 VẤN ĐỀ 2 KỸ THUẬT NUÔI CẤY MÔ, TẾ BÀO THỰC VẬT SƠ LƯỢC LỊCH SỬ NUÔI CẤY MÔ TẾ BÀO THỰC VẬT. 1. Thời kì 1838 đến cuối thế kỉ 19: Schwanm và Schleiden đưa ra thuyết gọi là “tính toàn thế” của tế bào thực vật. 2. Thời kì 1902 đến 1939: Haberlandt (1902): người đầu tiên nuôi cấy tế bào đơn trên môi trường nhân tạo. Ông sử dụng môi trường Knop có bổ sung asparagin, peptone và đường. Các tế bào này sống vài tháng nhưng không có khả năng phân chia. White (1934); Gautheret (1939); Nobecourt (1939): thành công với thí nghiệm tạo sự phân chia tế bào thực vật khi nuôi cấy liên tục trên môi trường có bổ sung auxin. 8 SƠ LƯỢC LỊCH SỬ NUÔI CẤY MÔ, TẾ BÀO THỰC VẬT. (tt) 3. Thời kì 1940 – 1978: thời kì nghiên cứu về môi trường nuôi cấy và sự phát sinh hình thái, cơ quan của mẫu nuôi cấy với các thí nghiệm của White (1942), Skoog và Miller (1957), Steward (1958), Street (1977),… 4. Thời kỳ 1978 đến hiện tại: thời kì ứng dụng các thành tựu trong giai đoạn trước vào lĩnh vực nông nghiệp và công nghiệp, đồng thời đi sâu vào lĩnh vực nghiên cứu công nghệ gen thực vật Tổng quan Mẫu nuôi cấy Mẫu nuôi cấy vô trùng Tiệt trùng Nuôi cấy chồi Môi trường Chồi bất định / Phôi soma Nhân nhanh Mô sẹo Tạo sản phẩm Chuyển gen Tái sinh 9 Các phương pháp nhân giống vô tính in vitro • Chồi nách • Tạo chồi bất định • Tạo phôi soma Nuôi cấy chồi nách Ngọn Chồi nách trên trục của lá Thân Lá 10 Môi trường • Khi cắt mẫu nuôi cấy ra khỏi cây mẹ, lấy đi nguồn dinh dưỡng  cần phải cung cấp các chất này cho mẫu nuôi cấy. Ngọn - Auxin và Gibberellin Rễ - Nước, vitamins Chất khoáng và cytokinin Lá - Đường, GA II. CÁC ĐiỀU KiỆN NUÔI CẤY 2.1. Điều kiện vô trùng 2.1.1. Vô trùng khu vực thao tác cấy: • Phòng cấy phải được quét dọn sạch sẽ. • Khử trùng bằng foocmon trong 24 h, sau đó trung hòa lại bằng dung dịch amoniac. • Tiệt trùng bằng đèn UV • Tủ cấy phải được lau bằng cồn và bật đèn UV trước khi thao tác. [...]... của nước dừa: 10−20% (V/v) 20 3.1.3 Các chất điều hòa sinh trưởng • Các chất điều hoà sinh trưởng là thành phần không thể thiếu trong môi trường nuôi cấy, có vai trò quan trọng trong quá trình phát sinh hình thái thực vật in vitro • Hiệu quả tác động của chất điều hoà sinh trưởng phụ thuộc vào: nồng độ sử dụng, hoạt tính vốn có của chất điều hoà sinh trưởng, mẫu nuôi cấy Kiểm soát quá trình phân hóa... Trung bình Chất kháng sinh 50 – 100mg/l 30 - 60 Khá tốt (Theo street, 1974; Narayanaswamy, 1994; Dodds J.H and Robert L.W, 1999; Smilt R.H, 2000) 2.1.3 VÔ TRÙNG MẪU CẤY (tt) • Những vấn đề cần lưu ý khi vô trùng mẫu cấy: + Có thể sử dụng kháng sinh phối hợp với hóa chất diệt khuẩn ( gentamixin, ampixilin) + Một số trường hợp khó vô trùng mẫu (vi sinh vật ngay trong mô hoặc vi sinh vật trên bề mặt mẫu... loại bỏ hoàn toàn các sinh vật gây nhiễm: vi khuẩn, nấm men, nấm mốc…(Torres, 1989) 2.1 Điều kiện vô trùng (tt) 2.1.3 VÔ TRÙNG MẪU CẤY • Lựa chọn mẫu cấy: Loại mẫu cấy: chồi ngọn, chồi bên, phiến lá, cuống lá, lá mầm, trụ lá mầm, củ, căn hành… Vị trí lấy mẫu: mẫu ở trên cao ít bị nhiễm vi sinh vật hơn mẫu ở gần mặt đất, các cấu trúc được bao kín thường không có hoặc có rất ít vi sinh vật Thời điểm lấy... trùng 6 Phòng ảnh 7 Phòng kính hiển vi 8 Phòng nuôi 9 Phòng nuôi 10 Phòng sinh hóa 1 2 3 4 5 6 10 9 8 7 In vitro và ex vitro Ruộng khoai tây Ruộ 28 VẤN ĐỀ 3 ỨNG DỤNG CNSH TRONG NHÂN GIỐNG THỰC VẬT CÁC PHƯƠNG PHÁP NHÂN GIỐNG THỰC VẬT • Nhân giống hữu tính • Nhân giống vô tính – Nhân giống vô tính bằng phương pháp truyền thống (Nông học) – Nhân giống vô tính in vitro (Vi nhân giống) 29 NHÂN GiỐNG HỮU TÍNH... mầm của hạt – – – – Chất lượng hạt Độ ẩm Nhiệt độ Ánh sáng 30 NHÂN GIỐNG VÔ TÍNH THỰC VẬT BẰNG PHƯƠNG PHÁP TRUYỀN THỐNG (nông học) • Nhân giống từ đốt thân, mảnh lá, đoạn rễ… Ảnh hưởng của sự hiện diện chồi và lá lên sự tạo rễ của đoạn cắt • Sự hiện diện của chồi hoặc lá kích thích sự tạo rễ của đốt cắt • Nhà sinh lý thực vật Đức, Sachs, năm 1882 đã đặt ra giả thiết là có một chất tạo rễ chuyên biệt... Các yếu tố ảnh hưởng đến sự tái sinh cây từ đoạn cắt Chọn mẫu: - Các điều kiện môi trường của cây lấy mẫu (hàm lượng nước, nhiệt độ, cường độ sáng…) - Trạng thái sinh lý của cây gốc dùng lấy mẫu (khỏe mạnh ? Hay bị sâu bệnh ?) - Tuổi sinh học của cây (biological age) - Loại cây lấy mẫu (thân mềm hay thân cứng) - Thời gian chọn mẫu (mùa) Các yếu tố ảnh hưởng đến sự tái sinh cây từ đoạn cắt Xử lí mẫu... tính (Activated charcoal, AC) + Làm thay đổi môi trường ánh sáng, do môi trường trở nên sẫm khi có than hoạt tính, có thể kích thích sự hình thành và sinh trưởng của rễ + Một số trường hợp, thúc đẩy phát sinh phôi vô tính và kích thích sinh trưởng, phát sinh cơ quan ở các loài cây gỗ (Dodds & Roberts, 1999; Trigiano & Gray, 1999) + Chất chống oxy hoá 3.2 pH của môi trường • pH được điều chỉnh trong khoảng... được bao kín thường không có hoặc có rất ít vi sinh vật Thời điểm lấy mẫu: mùa xuân hay đầu mùa hè là thời điểm cây sinh trưởng và phát triển mạnh nhất  mang ít mầm bệnh Trạng thái sinh lí mẫu cấy: mẫu non trẻ có sự phản ứng với các điều kiện và môi trường nuôi cấy nhanh, dễ tái sinh, sinh trưởng mạnh, mức độ nhiễm mầm bệnh ít hơn Kích thước mẫu: Mẫu càng nhỏ càng khó nuôi cấy 13 2.1.3 VÔ TRÙNG MẪU... trình phân hóa Cytokinin Đĩa lá Chồi bất định Rễ Mô sẹo Auxin 21 3.1.3 Các chất điều hòa sinh trưởng 3.1.3.1 Nhóm auxin: được đưa vào môi trường nuôi cấy nhằm thúc đẩy sự sinh trưởng và giãn nở của tế bào, tăng cường các quá trình sinh tổng hợp và trao đổi chất, kích thích hình thành rễ và tham gia vào cảm ứng phát sinh phôi vô tính…(Epstein và cộng sự, 1989) Các loại auxin thường sử dụng cho nuôi cấy:... acetic acid) • - Dicamba (3,6-Dichloro acetic acid) 3.1.3 Các chất điều hòa sinh trưởng 3.1.3.2 Nhóm cytokinin: • Kích thích sự phân chia tế bào, sự hình thành và sinh trưởng của chồi in vitro (Miller, 1961) Các cytokinin có biểu hiện ức chế sự tạo rễ và sự sinh trưởng của mô sẹo nhưng có ảnh hưởng dương tính rõ rệt đến phát sinh phôi vô tính của mẫu nuôi cấy Các loại cytokinin thường được dùng trong . vật. • Công nghệ sinh học thực vật. • Công nghệ sinh học vi sinh vật. • Công nghệ sinh học enzym. • Công nghệ sinh học gen. • Công nghệ sinh học protein. CÔNG NGHỆ SINH HỌC PHÂN LOẠI THEO ĐỐI. 1 CÔNG NGHỆ SINH HỌC THỰC VẬT GV: Ths. PHẠM NGỌC MINH QUỲNH BÀI GIẢNG VẤN ĐỀ 1 VAI TRÒ VÀ Ứng DỤNG CỦA CÔNG NGHỆ SINH HỌC THỰC VẬT 2 CÔNG NGHỆ SINH HỌC THỰC VẬT SINH SINH LÝ LÝ H H Ó Ó A A CÔNG. khoa học, phục vụ cho việc tăng của cải vật chất của xã hội và bảo vệ lợi ích của con người. 3 CÔNG NGHỆ SINH HỌC PHÂN LOẠI THEO TÁC NHÂN SINH HỌC • Công nghệ sinh học động vật. • Công nghệ sinh