Sinh 12: Tạo giống bằng phương pháp gây đột biến và công nghệ tế bào

1. Tạo giống bằng phương pháp gây đột biến

1.1. Khái niệm

1.1.1. Đột biến 

• Đột biến là những biến đổi bất thường trong vật chất di truyền ở cấp độ phân tử (ADN, gen) hoặc ở cấp độ tế bào (nhiễm sắc thể) dẫn đến sự biến đổi đột ngột của một hoặc một số tính trạng, những biến đổi này có tính chất bền vững và có thể di truyền cho các thế hệ sau.

• Đột biến trong điều kiện tự nhiên là quá trình xảy ra đột ngột, riêng rẽ, ngẫu nhiên và không định hướng ở cơ thể sinh vật.

• Đột biến trong tự nhiên đa số là đột biến gen lặn và có hại, rất ít đột biến có lợi, nhưng  nhìn chung, các đột biến đều có ý nghĩa rất lớn đối với quá trình tiến hóa và chọn giống.

1.1.2. Khái niệm tạo giống bằng phương pháp gây đột biến

• Đây là phương pháp sử dụng một cách chủ động các tác nhân gây đột biến khác nhau gây biến đổi vật liệu di truyền của các giống vật nuôi cây trồng để tạo ra các tổ hợp gen mới nhằm đáp ứng nhu cầu thị hiếu của con người.

• Các tác nhân đột biến thường được sử dụng là: 

• Tác nhân vật lí: các tia UV (tia cực tím), tia phóng xạ…

• Tác nhân hóa học: 5-BU (5-brom uraxin), EMS (ethyl metal sulfonat), NMS (Nitrozo methyl ure), Consixin…

• Nhiệt độ: sốc nhiệt (tăng, giảm nhiệt độ đột ngột).

• Đối tượng áp dụng: 

• Vi sinh vật: Phương pháp tạo giống vi sinh vật bằng gây đột biến đặc biệt hiệu quả vì tốc độ sinh sản của chúng rất nhanh, do vậy chúng có thể nhanh chóng tạo ra các dòng đột biến.

• Thực vật: Phương pháp gây đột biến được áp dụng đối với hạt khô, hạt nảy mầm, hoặc đỉnh sinh trưởng của thân, cành, hay hạt phấn, bầu nhụy của hoa. Tạo giống bằng phương pháp gây đột biến thường chủ yếu được thực hiện trên đối tượng thực vật.

• Động vật: Phương pháp gây đột biến nhân tạo chỉ được sử dụng hạn chế ở một số nhóm động vật bậc thấp, đối với các nhóm động vật bậc cao sẽ khó áp dụng vì cơ quan sinh sản của chúng nằm sâu trong cơ thể nên rất khó xử lý. Chúng phản ứng rất nhạy và dễ chết khi được xử lý bằng các tác nhân lí hóa.

1.2. Quy trình tạo giống 

Tạo giống bằng phương pháp gây đột biến nhìn chung gồm 3 giai đoạn chính:

- Bước 1: Xử lí mẫu vật bằng tác nhân gây đột biến.

- Bước 2: Sàng lọc các trường hợp đột biến.

- Bước 3: Tạo giống sinh vật thuần chủng.

Cùng tìm hiểu cụ thể về các quy trình này qua những phần nội dung dưới đây.

Tham khảo ngay bộ tài liệu ôn tập kiến thức và kỹ năng làm mọi dạng bài tập trong đề thi THPT Quốc gia

1.2.1. Xử lí mẫu vật bằng tác nhân gây đột biến

Để đột biến có hiệu quả tối ưu nhất, ban đầu cần chọn tác nhân đột biến thích hợp, liều lượng và thời gian xử lý chính xác. Nếu dùng sai tác nhân xử lý, liều lượng hoặc thời gian không thích hợp có thể làm  giảm sức sống, sức sinh sản hoặc thậm chí gây chết sinh vật.

Các mẫu vật khác nhau phù hợp với tác nhân xử lý khác nhau:

• Xử lí bằng tác nhân vật lí:

  Loại tác nhân	Cơ chế tác động	Đối tượng	Cách sử dụng
  Các loại tia phóng xạ (tia gama, tia bêta, tia X, chùm nơtrôn...)	- Kích thích và ion hóa các nguyên tử khi chúng đi xuyên qua các mô sống. Các phân tử ADN, ARN trong tế bào chịu tác động trực tiếp của các tia phóng xạ hoặc chịu tác động gián tiếp của chúng qua quá trình tác động lên các phân tử nước trong tế bào (đặc biệt là các gốc OH- và H2O2 sinh ra có tác dụng oxi hóa rất mạnh) làm thay đổi cấu trúc phân tử ADN dẫn đến đột biến gen hoặc đột biến NST.	- Tác động vào hạt nảy mầm, hạt khô, hoặc đỉnh sinh trưởng của cành, thân, hay hạt phấn, bầu nhụy của hoa gây ra đột biến gen và đột biến NST.	- Chiếu xạ với cường độ và liều lượng phù hợp lên đỉnh sinh trưởng của thân, cành hoặc bầu nhụy, hạt phấn, mô thực vật nuôi cấy.
  Tia tử ngoại	- Chỉ có khả năng kích thích, không có khả năng xuyên sâu và ion hóa các nguyên tử mà, nhưng khi được tế bào hấp thu, nó cũng gây ra đột biến gen và đột biến NST.	- Các tế bào vi sinh vật, bào tử hoặc hạt phấn ở thực vật để gây đột biến gen và đột biến NST.
  Nhiệt độ	- sốc nhiệt (tăng giảm nhiệt độ đột ngột) làm cơ thể không kịp khởi động cơ chế nội cân bằng gây chấn thương bộ máy di truyền.	- Gây đột biến gen và đột biến nhiễm sắc thể.	- Thay đổi nhiệt độ môi trường một cách đột ngột.

• Xử lí bằng tác nhân hóa học:

  Loại tác nhân	Cơ chế tác động	Đối tượng và cách sử dụng
  5BU (5brôm uraxin)	- Thay thế T, thay thế cặp A-T thành cặp G-X khi ADN nhân đôi: A-T → A-5BU → G-5BU → G-X.	- Thực vật :  + Ngâm hạt khô hoặc hạt đang nảy mầm trong dung dịch có nồng độ hóa chất thích hợp. + Tiêm dung dịch hóa chất vào bầu nhụy.  + Quấn bông tẩm hóa chất vào đỉnh sinh trưởng của thân hoặc chồi. + Phun hóa chất dạng hơi. - Động vật: Tác dụng hóa chất lên buồng trứng, tinh hoàn.
  Etyl metal sunfonat (EMS)	- Gây đột biến thay thế cặp G-X thành cặp A-T
  NMU	- Thay thế cặp G –X thành cặp X- G hoặc cặp A-T
  Acridin	- Gây đột biến mất hoặc thêm cặp Nucleotit. Nếu Acridin được chèn vào mạch khuôn cũ gây đột biến thêm cặp Nu, nếu Acridin được chèn vào mạch mới gây đột biến mất cặp Nu.
  Cosixin	- Rối loạn hình thành thoi phân bào dẫn đến rối loạn phân li của các cặp nhiễm sắc thể.

1.2.2. Sàng lọc các trường hợp đột biến mong muốn

- Vì đột biến là ngẫu nhiên nên khi xử lý bằng tác nhân gây đột biến, trong quần thể sẽ xuất hiện cả đột biến mình mong muốn và đột biến không mong muốn. Dựa vào những đặc điểm có thể nhận biết để tách các cá thể mang đột biến có lợi (đúng mục đích ban đầu của nhà nghiên cứu) ra khỏi quần thể giống.

1.2.3. Tạo dòng thuần chủng

- Sau khi xác định được thể đột biến mong muốn, đem cho chúng sinh sản để nhân lên thành dòng thuần chủng mang đột biến đã tạo được.

- Cho tự thụ hoặc giao phối gần để tạo dòng thuần chủng. Đối với vi sinh vật, cho nhân lên và tạo dòng đột biến.

1.3. Một số thành tựu tạo giống bằng phương pháp gây đột biến ở Việt Nam

1.3.1. Thành tựu trong công tác tạo giống bằng sử dụng tác nhân vật lý

Tác nhân vật lý sử dụng: Tia gamma, tia UV, sốc nhiệt...

Ví dụ: 

• Từ giống lúa Mộc Tuyền sau khi được xử lý bằng tia gamma đã tạo ra giống lúa MT1, có nhiều đặc tính tốt như: chịu phèn, chịu chua, chín sớm, thấp cây, năng suất tăng 15-20%.

• Ngô M1 được xử lý tạo ra 12 dòng đột biến khác nhau, chọn ra giống ngô DT1 mang các đặc tính tốt như: chín sớm, năng suất tăng và có hàm lượng protein tăng khoảng 1,5%.

1.3.2. Thành tựu trong công tác tạo giống bằng sử dụng tác nhân hóa học

Tác nhân hóa học: 5BU, NMU, EMS, consixin,...

Ví dụ:

• Táo Gia Lộc được xử lý bằng NMU để tạo ra giống táo má hồng, quả to, ngọt hơn, năng suất cao, 2 vụ/năm...

• Sử dụng consixin tạo ra giống nho, dưa hấu không hạt, giống dâu tằm VH13 3n.

2. Tạo giống bằng công nghệ tế bào

2.1. Khái niệm 

Công nghệ tế bào là một ngành kỹ thuật áp dụng phương pháp nuôi cấy mô hoặc nuôi cấy tế bào trong môi trường dinh dưỡng nhân tạo để tạo ra những mô, cơ quan hay cơ thể hoàn chỉnh mang đặc tính của cơ thể cho mô, tế bào đó.

Các giai đoạn của công nghệ tế bào: 

• Bước 1: Tách tế bào từ cơ thể động vật hay thực vật. 

• Bước 2: Nuôi cấy tế bào trong môi trường nhân tạo, hình thành mô sẹo. 

• Bước 3 : Sử dụng hoocmon sinh trưởng kích thích mô sẹo phân hóa thành các cơ quan hoặc tạo ra cơ thể hoàn chỉnh. 

Cơ sở di truyền: 

• Cơ sở khoa học của phương pháp nhân giống bằng công nghệ tế bào là tính toàn năng của của tế bào sinh vật. Các tế bào đều mang nhân chứa toàn bộ hệ gen của cơ thể sinh vật đó. 

• Mỗi tế bào trong cơ thể sinh vật đều được phát sinh từ hợp tử thông qua quá trình phân bào nguyên phân. Điều đó có nghĩa là bất kì tế bào nào ở rễ, thân, lá… của thực vật đều chứa thông tin di truyền cần thiết của một cơ thể hoàn chỉnh và các tế bào đều có khả năng sinh sản vô tính và biệt hóa để hình thành cây trưởng thành.

2.2. Công nghệ tế bào thực vật

2.2.1. Công nghệ nuôi cấy hạt phấn

Ưu điểm: tạo ra các dòng thuần chủng; tính trạng chọn lọc được sẽ rất ổn định.Tạo dòng thuần lưỡng bội từ dòng đơn bội dựa trên đặc tính có khả năng mọc trên môi trường nhân tạo thành dòng đơn bội của hạt phấn. Ở dòng đơn bội, tất cả các gen đều được biểu hiện ra kiểu hình cho phép dễ dàng chọn lọc invitro (trong ống nghiệm) những dòng có đặc tính như mong muốn. 

Quy trình tạo giống bằng biện pháp nuôi cấy hạt phấn:

Ứng dụng của phương pháp công nghệ nuôi cấy hạt phấn:

• Chọn các cây có đặc tính chống chịu hạn, chịu lạnh, chịu mặn, kháng thuốc diệt cỏ… 

• Tạo ra dòng thuần chủng, tính trạng chọn lọc sẽ rất ổn định.

2.2.2. Nuôi cấy tế bào thực vật invitro tạo mô sẹo

Ưu điểm: Nhân nhanh giống cây trồng quý, hiếm và sạch bệnh, tạo nhiều cá thể mới có kiểu gen giống cá thể ban đầu.

Quy trình tạo giống bằng phương pháp nuôi cấy tế bào thực vật invitro tạo mô sẹo:

Ứng dụng : Nhân nhanh các giống cây có năng suất cao, phẩm chất tốt, thích nghi với điều kiện sống và duy trì ưu thế lai. 

2.2.3. Dung hợp tế bào trần 

​Ưu điểm: không cần phải trải qua sinh sản hữu tính, tạo ra các cây lai khác loài mang đặc điểm của cả 2 loài, tránh con lai có hiện tượng bất thụ. 

Quy trình tạo giống mới bằng phương pháp dung hợp tế bào trần. Cây mang cả 2 bộ NST 2n của 2 loài được gọi là thể song nhị bội.

Thành tựu: tạo ra giống mới (pomato)

2.2.4. Chọn dòng tế bào xoma có biến dị 

Ưu điểm: tạo các giống cây trồng mới, có các kiểu gen khác nhau của cùng một giống ban đầu. Phương pháp này có thể tạo ra các giống mới dựa vào hiện tượng đột biến gen và biến dị số lượng NST tạo các thể lệch bội.

Quy trình tạo giống mới từ chọn dòng tế bào xôma có biến dị:

2.3. Công nghệ tế bào động vật

2.3.1. Phương pháp cấy truyền phôi

2.3.2. Nhân bản vô tính ở động vật 

Nhân bản vô tính ở động vật được nhân bản từ tế bào xoma, không cần có sự tham gia của nhân 2 tế bào giao tử, chỉ cần tế bào chất của noãn bào.

3. Bài tập trắc nghiệm tạo giống bằng phương pháp gây đột biến (có đáp án)

Câu 1: Phương pháp đột biến trong chọn giống không được sử dụng ở nhóm sinh vật bậc cao vì?

1. Hệ thần kinh phát triển, có độ nhạy cao

2. Cơ quan sinh dục của con cái nằm sâu bên trong cơ thể

3. Phản ứng rất nhạy và dễ chết khi tiếp xúc với các tác nhân lí hóa

4. Cả A, B, C đúng

→ Đáp án đúng là D

Câu 2: Từ một cơ thể có kiểu gen AabbDdEE có thể tạo ra cơ thể có kiểu gen nào sau đây bằng phương pháp nuôi cấy hạt phấn và lưỡng bội hóa?

A. AabbDdEE

B. AabbDdEE

C. aabbddEE

D. aaBBddEE

→ Đáp án đúng là C.

Câu 3: Trong quy trình nhân bản cừu Đôly, bước nào sau đây là đúng?

A. Lấy trứng của con cừu cho trứng và loại bỏ khối tế bào chất.

B. Lấy nhân từ trứng của con cừu cho trứng.

C. Tế bào trứng mang nhân của tế bào tuyến vú đã được cấy vào tử cung của con cừu khác để phát triển và sinh nở bình thường.

D. Cừu con sinh ra có kiểu hình giống kiểu hình của cừu cho trứng.

→ Đáp án đúng là C.

Câu 4: Bảng dưới đây cho ta biết 1 số thông tin về tạo giống bằng công nghệ tế bào:

Ghép thông tin ở cột B sao cho đúng với từng phương pháp tạo giống bằng công nghệ tế bào ở cột A. Trong các phương án dưới đây, phương án nào có tổ hợp ghép đôi đúng?

A. 1-a, 2-b, 3-c, 4-d

B. 1-c, 2-b, 3-a, 4-d

C. 1-c, 2-a, 3-c, 4-d

D. 1-b, 2-a, 3-c, 4-d

→ Đáp án đúng là B.

Câu 5: Khi nói về tạo giống bằng công nghệ tế bào, có bao nhiêu phát biểu dưới đây là đúng?

(1) Để nhân các giống lan quý, các nhà nghiên cứu cây cảnh đã sử dụng phương pháp nuôi cấy tế bào, mô thực vật.

(2) Khi nuôi cấy hạt phấn hoặc noãn chưa thụ tinh trong môi trường nhân tạo có thể mọc thành các dòng tế bào đơn bội.

(3) Consixin là hóa chất có hiệu quả rất cao trong việc gây đột biến đa bội.

(4) Trong lai tế bào, người ta nuôi cấy 2 dòng tế bào sinh dục khác loài.

A. 4    B. 3

C. 2    D. 1

→ Đáp án đúng là B.

3 phát biểu đúng: (1), (2), (3)

Đăng ký ngay để nhận được bí kíp nắm trọn kiến thức Sinh học 12

Trên đây là toàn bộ những thông tin cần thiết liên quan đến tạo giống bằng phương pháp gây đột biến và công nghệ tế bào thuộc chương trình Sinh 12. Đây là một phần rất quan trọng trong chương trình ôn thi và đòi hỏi các em phải nắm thật chắc, chúc các em ôn tập tốt. Ngoài ra, em có thể truy cập ngay Vuihoc.vn để xem thêm các bài giảng phiên mã và dịch mã hoặc liên hệ trung tâm hỗ trợ để nhận thêm bài giảng và chuẩn bị được kiến thức tốt nhất cho kỳ thi THPT quốc gia sắp tới nhé!