Nuôi cấy mô tế bào thực vật (Plant tissue culture) là tổng hợp những kỹ thuật được sử dụng để duy trì và nuôi cấy các tế bào, mô hoặc cơ quan thực vật (rễ, chồi,…) hoặc cơ thể thực vật hoàn chỉnh trong điều kiện vô trùng trên môi trường nuôi cấy giàu dinh dưỡng với những thành phần đã xác định hoặc chưa xác định. Show Nuôi cấy mô tế bào thực vật có rất nhiều ứng dụng khác nhau, trong đó ứng dụng nổi bật nhất và đạt được kết quả thương mại lớn nhất là nhân giống in vitro (hay còn gọi là vi nhân giống – micropropagation). Quá trình nhân giống cây trồng bằng nuôi cấy mô có thể bằng đầu bằng hầu hết những nguồn mẫu khác nhau: hạt, lá, hoa, quả, củ, rễ, thân, phôi,… thường được chia thành 4 giai đoạn (Hình 1):
 Hình 1. Quá trình nhân giống cây trồng bằng nuôi cấy mô Mỗi giai đoạn của nuôi cấy mô đều có những khó khăn, rào cản riêng. Trong đó, giai đoạn tạo vật liệu khởi đầu đóng vai trò then chốt (input của một quá trình), giúp tạo ra nguồn mẫu sạch cho các thí nghiệm tiếp theo. Thông thường, cây sống ở ngoài điều kiện tự nhiên thường có các yếu tố như virus, vi khuẩn, nấm, tuyến trùng, côn trùng,… sống bám bề mặt hoặc nội sinh trong mô. Với hầu hết các thí nghiệm, các nhà khoa học đã sử dụng chất sát trùng để khử trùng bề mặt mẫu (Surface sterilization of explants). Nếu việc khử trùng bề mặt không hiệu quả, nấm, nấm men và vi khuẩn có thể đi vào mẫu nuôi cấy in vitro. Nguyên nhân là do một số lượng lớn vi khuẩn và nấm hoại sinh trên mô cấy làm giảm hiệu quả khử trùng ban đầu. Hiệu quả tạo vật liệu khởi đầu phụ thuộc vào đặc điểm mẫu, tuổi mẫu, vị trí lấy mẫu,… ví dụ như vỏ cây sần sùi thì rất khó để khử trùng bề mặt do nó tồn tại nhiều kẽ để mầm bệnh trú ẩn – nơi mà chất sát trùng không chạm tới. Thông thường, mẫu được lấy từ: (1) Mô thực vật tiếp xúc hoặc gần đất; (2) Cây sinh trưởng vùng nhiệt đới trên những cánh đồng thì thường là khó hoặc có khi không thể khử trùng được. Hầu hết các phòng thí nghiệm sử dụng natri hypochlorite (NaOCl) hoặc canxi hypochlorite (Ca(OCl)2) hoặc chất tẩy trắng thương mại để khử trùng bề mặt. Tác động hoá học của chất tẩy trắng trong gia đình là hypochlorous acid (HOCl), chất mà có khả năng oxi hoá rất mạnh. HOCl không phân ly thành các phân tử trái dấu gấp 100 lần hoạt động chấtkháng sinh hơn sự điện ly hypochlorite (OCl+). Hoạt động diệt khuẩn của dung dịch hypochlorite phụ thuộc vào pH. Nhiều chất hoá học khác như thuốc kháng sinh, HgCl2, thuốc diệt nấm cũng được sử dụng để khử trùng bề mặt mẫu cấy. Nồng độ và thời gian khử trùng các chất này thì khác nhau và phụ thuộc vào loại và kích thước của mẫu, chúng ta có thể tìm thấy trong nhiều tài liệu. Mặc dù, nhiều tác giả gợi ý rằng chỉ các mô thực vật ở bên ngoài tiếp xúc với hoá chất mới được tẩy độc. Điều đó là hiển nhiên, vì thế sự thành công của việc khử trùng chỉ có thể đạt được nếu mô khử trùng cái mà không tiếp xúc với hoá chất không chứa các yếu tố gây nhiễm. Có thể thấy sự đột ngột xuất hiện các vi khuẩn gây nhiễm phát triển mạnh ở giai đoạn sau trong nuôi cấy in vitro (sau một vài môi trường hay trong khi bén rễ) chúng được quy là yếu tố gây nhiễm được đi theo nguyên liệu thực vật ban đầu. Nếu nuôi cấy không thể loại bỏ yếu tố gây nhiễm (ví dụ không thể làm sạch cây nguyên liệu ban đầu mà chúng có sẵn yếu tố gây nhiễm hoặc sự nhiễm chỉ được phát hiện khi một số lượng lớn cây được sản xuất). Tuy nhiên, có thể loại bỏ các yếu tố gây nhiễm bởi sự kết hợp chất kháng sinh vào trong môi trường nuôi cấy. Nhiều tác giả khác nhau đã mô tả những kháng sinh nhạy cảm với vi khuẩn đã làm chúng bị tiêu diệt từ nuôi cấy mô thực vật hoặc có thể thêm chất kháng sinh vào môi trường nuôi cấy để khống chế và loại bỏ vi khuẩn gây nhiễm.
Hình 2. Rệp sống sót (khoanh tròn đỏ) sau khi khử trùng mẫu đốt thân Hình 3. Đốt thân cây hoa cúc tái sinh chồi, không nhiễm bệnh sau khi khử trùng bề mặt Viện Nghiên cứu Khoa học và Ứng dụng trường ĐHSP Hà Nội 2 đã xây dựng quy trình tạo vật liệu khởi đầu cho nuôi cấy mô hiệu quả cao đối nhiều loại cây hoa, cây nông nghiệp, cây dược liệu quan trọng.
Để đáp ứng yêu cầu của nền nông nghiệp công nghệ cao trong cuộc cách mạng 4.0 chúng tôi sẵn sàng hợp tác, nhận đặt hàng, chuyển giao với các tổ chức, cá nhân có nhu cầu ứng dụng và phát triển nuôi cấy mô thực vật. TS. La Việt Hồng - ThS. Ong Xuân Phong I.Nuôi cấy mô tế bào là gì?- Đó là tổng hợp các kỹ thuật được sử dụng để nuôi cấy và duy trì mô tế bào trong điều kiệnvô 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. 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. II. Quy trình công nghệ nhân giống bằng nuôi cấy mô tế bàoHình 4.Quy trình công nghệ nhân giống bằng nuôi cấy mô tế bàoBước 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 III. Cơ sở tế bào học của nuôi cấy mô1. 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 vật2. Khả năng phân hóa và phản phân hóa Hình 3. Sơ đồ quátrình 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 bàophôi sinh trong điều kiện thích hợp và tiếp tục phân chia mạnh mẽ IV. Ưu điểm của phương pháp nuôi cấy môSo với những phương pháp truyền thống, phương pháp nuôi cấy mô có rất nhiều ưu điểm. Đó là: -Giúp tạo ra chính xác số cây nhân bản. Qua đó giúp tạo ra loài mới có tính trạng như mong muốn ban đầu. -Tạo ra các cây trong điều kiện dinh dưỡng đầy đủ, giúp các cây trưởng thành một cách nhanh chóng hơn và phòng tránh được sâu bệnh. -Giúp tạo ra các loài cây mà không cần hạt hay quá trình thụ phấn thông thường. -Giúp tái sinh các cây hoàn chỉnh từ những tế bào thực vật đã được biến đổi gen, tạo ra các loài mới tốt hơn. -Làm sạch các cây bị nhiễm virus, giúp tăng năng suất và làm nguồn nguyên liệu. V. Ứng dụng của phương pháp nuôi cấy mô tế bàoChính nhờ những ưu điểm tuyệt vời, nuôi cấy mô tế bào đang được áp dụng ngày càng rộng rãi trong cả nghiên cứu và sản xuất. Phương pháp nuôi cấy phấn và chồi được áp dụng để tạo ra các loài cây cảnh với số lượng lớn. Bên cạnh đó, dựa trên cơ sở tế bào học của nuôi cấy mô, các nhà khoa học có thể bảo tồn được giống cây quý hiếm hoặc đang bị đe dọa. Đồng thời, các nhà khoa học còn có thể sàng lọc được những cây trồng có tính trạng tốt, tạo ra các dược phẩm sinh học hay cứu phôi của một số loài khó sinh trường. Để hiểu rõ hơn phần kiến thức này, chúng ta hãy cùng tìm hiểu một số câu hỏi trắc nghiệm nhé. VI.Ý nghĩa của nuôi cấy mô tế bàoKiểm 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. VII. Một số câu hỏi về nuôi cấy mô tế bào thực vậtCâu 1: Khi nói về nuôi cấy mô và tế bào thực vật phát biểu nào sau đây không đúng: A. Phương pháp nuôi cấy mô giúp bảo tồn một số loài gen quý hiếm đang có nguy cơ tuyệt chủng. B. Phương pháp nuôi cấy mô giúp tạo ra một số lượng lớn cây trưởng thành trong thời gian ngắn C. Phương pháp nuôi cấy mô giúp tiết kiệm được diện tích khi nhân giống D. Phương pháp nuôi cấy mô được sử dụng để tạo ra nguồn gen biến dị tổ hợp. Đáp án: D. Như đã tìm hiểu ở trên,cơ sở tế bào học của nuôi cấy môđược dựa trên sự nhân đôi và phân li đồng đều của các nhiễm sắc thể trong quá trình nguyên phân, do đó sẽ không tạo ra biến dị tổ hợp. Câu 2: Thành tựu công nghệ tế bào là? A. Tạo ra giống dâu tằm cho năng suất lá cao hơn B. Tạo ra giống lúa có khả năng tổng hợp dưỡng chất tốt hơn C. Tạo ra cừu Đôly D. Tạo ra vi khuẩn E.coli – một chủng vi khuẩn có khả năng sản xuất insulin giúp điều trị bệnh tiểu đường. Đáp án C. các thành tựu của công nghệ tế bào là gồm: tạo giống thực vật và tạo giống động vật thông qua việc cấy truyền phôi và nhân bản vô tính. Xét từng đáp án, ta thấy lí do như sau: Phương án A: thành tựu của phương pháp gây đột biến thông qua tác nhân hóa học Phương áo B và D: thành tựu của công nghệ gen. Phương án C: thành tựu của công nghệ nuôi cấy mô (nhân bản vô tính). Câu 3: Phát biểu nào sau đây đúng khi nói về công nghệ tế bào thực vật? A. Bằng phương pháp nuôi cấy mô thực vật, các nhà khoa học tạo ra được các kiểu gen đồng nhất B. Khi ta nuôi cấy hạt phấn hoặc noãn chưa thụ tinh, kết quả sẽ tạo ra một dòng đồng hợp tử về số gen C. Khi dung hợp 2 tế bào trần của 2 loài thực vật, ta có thể tạo ra giống mới có kiểu gen đồng hợp của cả 2 loài. D. Công nghệ tế bào thực vật giúp nhân giống các cây quý hiếm. Dựa vào ứng dụng của công nghệ tế bào thực vật, ta có thể dễ dàng trả lời là đáp án D |
