Nêu nhược điểm của phương pháp gây đột biến

I. KHÁI NIỆM ĐỘT BIẾN SINH HỌC

- Đột biến là những biến đổi bất thường trong vật chất di truyền ở cấp độ phân tử [ADN, gen] hoặc 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 đời sau.

II. PHƯƠNG PHÁP TẠO ĐỘT BIẾN

1. Sử dụng các tác nhân gây đột biến

- Tạo đột biến bằng việc sử dụng các tác nhân vật lí: các tia phóng xạ.

- Tạo đột biến bằng các tác nhân hóa học: 5-BU [5-brom uraxin], EMS [ethyl metal sulfonat], NMS [Nitrozo methyl ure], Consixin…

- Tạo giống bằng phương pháp sốc nhiệt: tăng giảm nhiệt độ đột ngột.

2. Đối tượng áp dụng

- Vi sinh vật: Phương pháp tạo giống sinh vật bằng gây đột biến đặc biệt hiệu quả vì tốc độ sinh sản của chúng rất nhanh nên chúng 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.

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

III. CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA CHỌN GIỐNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐỘT BIẾN

- Mỗi một kiểu gen nhất định của một giống chỉ cho một năng suất nhất định. Trong điều kiện nuôi trồng tối ưu thì thì mỗi giống chỉ cho một năng suất tối đa nhất định [mức phản ứng của kiểu gen].

- Để thu được năng cao hơn thì phải thay đổi vật chất di truyền của giống do đó ta cần phải sử dụng các tác nhân vật lí, hóa học tác động vào bộ máy di truyền để gây đột biến.

IV. QUY TRÌNH TẠO GIỐNG MỚI BẰNG PHƯƠNG PHÁP GÂY ĐỘT BIẾN

Quy trình tạo giống mới bằng phương pháp gây độ biến gồm các bước:

[1] Xử lí mẫu vật bằng tác nhân gây đột biến

Để gây đột biến có hiệu quả cao, cần lựa chọn tác nhân gây đột biến thích hợp, tìm hiểu liều lượng, xác định thời gian xử lí tối ưu. Nếu xử lí không đúng tác nhân, liều lượng hoặc thời gian không thích hợp, cá thể sinh vật có thể bị chết, giảm sức sống hoặc khả năng sinh sản.

[2] Chọn lọc các thể đột biến có kiểu hình mong muốn

Khi trong quần thể giống xuất hiện các đột biến, dựa vào những đặc điểm có thể nhận biết để tách các cá thể mang đột biến có lợi ra khỏi quần thể giống.

[3] Tạo dòng thuần chủng

Sau khi nhận biết được thể đột biến mong muốn, ta cho chúng sinh sản để nhân lên thành dòng thuần chủng theo đột biến tạo được.

V. THÀNH TỰU CỦA PHƯƠNG PHÁP TẠO GIỐNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP GÂY ĐỘT BIẾN

1. Trong chọn giống vi sinh vật

Tạo được chủng nấm penicilium đột biến có hoạt tính penicilin tăng gấp 200 lần dạng ban đầu. Tạo được chủng vi khuẩn đột biến có năng suất tổng hợp lizin cao gấp 300 lần dạng ban đầu.

2. Trong chọn giống thực vật

- Hướng tạo thể đa bội được chú trọng nhiều đối với các giống cây trồng thu hoạch chủ yếu về thân, lá, củ như cây lấy gỗ, cây lấy sợi, cây rau...

Ví dụ: Rau muống 4n có lá và thân to, sản lượng 30 tạ/ha. Dương liễu 3n lớn mạnh, cho gỗ tốt, dưa hấu, nho tam bội không hạt; dâu tằm tứ bội...

- Xử lý giống lúa Mộc Tuyền bằng tia gama tạo ra giống lúa MT1 chín sớm, cây thấp và cứng, chịu phân, chịu chua, năng suất tăng 15-25%. Lai giống có chọn lọc giữa 12 dòng đột biến từ giống ngô M1 tạo thành giống ngô DT6 chín sớm, năng suất cao, hàm lượng prôtêin tăng 1,5%, tinh bột giảm 4%.

- Táo gia lộc xử lí NMU → táo má hồng cho năng suất cao.

1.1. Tạo giống mới bằng phương pháp gây đột biến

a. Quy trình tạo giống mới bằng phương pháp gây đột biến

• Bước 1: Xử lí mẫu vật bằng các tác nhân đột biến: với liều lượng và thời gian xử lí thích hợp nếu không sinh vật sẽ chết hay giảm khả năng sinh sản và sức sống
• Bước 2: Chọn lọc các thể đột biến có kiểu hình mong muốn, ta phải tìm cách nhận biết ra chúng trong các sinh vật bình thường cũng như các thể đột biến khác
• Bước 3: Tạo ra dòng thuần chủng: cho các thể đột biến được chọn sinh sản để nhân lên thành dòng thuần

b. Một số thành tựu tạo giống ở Việt Nam

– Trong chọn giống vi sinh vật: Tạo được chủng nấm penicilium đột biến có hoạt tính penicilin tăng gấp 200 lần dạng ban đầu. Tạo được chủng vi khuẩn đột biến có năng suất tổng hợp lizin cao gấp 300 lần dạng ban đầu.

– Trong chọn giống thực vật:

•  Hướng tạo thể đa bội được chú trọng nhiều đối với các giống cây trồng thu hoạch chủ yếu về thân, lá, củ như cây lấy gỗ, cây lấy sợi, cây rau… Ví dụ: Rau muống 4n có lá và thân to, sản lượng 30 tạ/ha. Dương liễu 3n lớn mạnh, cho gỗ tốt, dưa hấu, nho tam bội  không hạt ; dâu tằm tứ  bội

• Xử lý giống lúa Mộc Tuyền bằng tia gama tạo ra giống lúa MT1 chín sớm, cây thấp và cứng, chịu phân, chịu chua, năng suất tăng 15- 25%.  Lai giống có chọn lọc giữa 12 dòng đột biến từ giống ngô M1 tạo thành giống ngô DT6 chín sớm, năng suất cao, hàm lượng prôtêin tăng 1,5%, tinh bột giảm 4%.

• Táo gia lộc xử lí NMU → táo má hồng cho năng suất cao

1.2. Tạo giống bằng công nghệ tế bào

a. Khái niệm công nghệ tế bào

– Công nghệ tế bào là một ngành kĩ thuật áp dụng phương pháp nuôi cấy mô hoặc 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

– Các giai đoạn của công nghệ tế bào:

• Bước 1: Tách các tế bào từ cơ thể động vật hay thực vật
• Bước 2: Nuôi cấy tế bào trong môi trường nhân tạo để hình thành mô sẹo
• Bước 3: Dùng hoocmon sinh trưởng kích thích mô sẹo phân hóa thành các cơ quan hoặc tạo thành cơ thể hoàn chỉnh

– Các phương pháp tạo giống mới bằng công nghệ tế bào ở động vật và thực vật

– 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
• Mỗi tế bào trong cơ thể sinh vật dều được phát sinh từ hợp tử thông qua quá trình phân bào nguyên nhiễm. Điều đó có nghĩ là bất kì tế bào nào của thực vật như rễ, thân, lá… ở 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 để tạo thành cây trưởng thành

b. Tạo giống bằng công nghệ tế bào ở thực vật

– Công nghệ nuối cấy hạt phấn

+ Ưu điểm của phương pháp này là 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 của hạt phấn là có khả năng mọc trên môi trường nhân tạo thành dòng đơn bội và tất cả các gen của dòng đơn bội được biểu hiện ra kiểu hình cho phép chọn lọc invitro [trong ống nghiệm] những dòng có đặc tính mong muốn

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

​

+ Ứng dụng của phương pháp công nghệ nuối cấy hạt phấn

• Dùng để chọn các cây có dặc tính chống chịu hạn, chịu lạnh, chịu mặn, kháng thuốc diệt cỏ…
• Dùng để tạo ra dòng thuần chủng, tính trạng chọn lọc sẽ rất ổn định

– Nuôi cấy tế bào thực vật invitro tạo mô sẹo

+ Ưu điểm của phương pháp này là nhân nhanh giống cây trồng quý – hiếm và sạch bệnh, tạo ra nhiều cá thể mới có kiểu gen giống với cá thể ban đầu 

+ Quy trình tạo giống bằng biện pháp nuôi cấy tế bào thực vật invitro tạo mô sẹo

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

+ Dung hợp tế bào trần

• ​Ưu điểm của phương pháp này là tạo ra các cây lai khác loài mang đặc điểm của cả 2 loài nhưng không cần phải trải qua sinh sản hữu tính,  tránh hiện tượng bất thụ của con lai
• Quy trình tạo giống mới bằng phương pháp dung hợp tế bào trần

• Thành tựu tạo ra giống mới từ phương pháp dung hợp tế bào trần: Sơ đồ tạo cây lai pomato​

– Chọn dòng tế bào xô ma có biến dị 

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

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

c. Tạo giống mới bằng công nghệ tế bào ở động vật 

– Cấy truyền phôi

– Nhân bảo vô tính ở động vật: Nhân bản vô tính ở động vật được nhân bản từ tế bào xôma, không cần có sự tham gia của nhân tế bào sinh dục, chỉ cân tế bào chất của noãn bào

– Ý nghĩa:

• Nhân nhanh giống vật nuôi quý hiếm hoặc động vật biến đổi gen.
• Tạo ra các giới động vật mang gen người nhằm cung cấp cơ quan nội tạng cho người bệnh.

2. Bài tập minh họa

Câu 1: Với những kiến thức đã học, các em hãy đề xuất cách thức nhận biết sơ bộ các cây tứ bội trong số các cây lưỡng bội?

Hướng dẫn giải

Cây tứ bội được tạo ra nhờ gây đột biến đa bội hóa làm cho bộ NST tăng gấp 4 lần bộ NST đơn bội của loài. Do đó có thể nhận biết sơ bộ các cây tứ bội trong số các cây lưỡng bội bằng cách:

• Quan sát hình thái bên ngoài: cây tứ bội có bộ NST là 4n gấp đôi bộ NST lưỡng bội của loài nên ở các cây tứ bội có cơ quan sinh dưỡng, sinh sản lớn hơn cây lưỡng bội.
• Quan sát tế bào: Cây tứ bội có bộ NST khác cây lưỡng bội, mỗi nhóm có 4 NST tương đồng.
• Phân tích hóa sinh: Cây tứ bội có hàm lượng các chất cao hơn rất nhiều so với cây lưỡng bội.

Câu 2: Nếu bạn có một con chó mang kiểu gen quý hiếm, làm thế nào bạn có thể tạo ra nhiều con chó có kiểu gen y hệt như con chó của bạn?

Hướng dẫn giải

Để tạo ra nhiều con chó có kiểu gen y hệt như con chó quý hiếm ta có thể áp dụng phương pháp nhân bản vô tính và cấy truyền phôi thực hiện theo các bước sau:

• Bước 1: Lấy nhân tế bào sinh dưỡng của con chó đó đưa vào tế bào trứng đã loại nhân.
• Bước 2: Nuôi cấy trong ống nghiệm để phôi phâ chia sau đó phân cắt thành nhiều phôi khác nhau.
• Bước 3: Đưa các phôi vào tử cung một con chó cái cho mang thai.

Câu 3: Tóm tắt các thành tựu trong tạo giống mới và sản xuất giống nhờ công nghệ tế bào?

Hướng dẫn giải

* Công nghệ tế bào thực vật:

• Nuôi cấy mô thực vật giúp sản xuất hàng loạt giống cây trồng có phẩm chất cao, đồng đều chất lượng, sạch sâu bệnh, mang lại hiệu quả kinh tế rất cao như nuôi cấy mô các loài hoa phong lan quý hiếm đã thành công từ thập niên 1960. Đến nay, đã nuôi cấy mô thành công các loài dược liệu quý hiếm như nhân sâm, tam thất.
• Nuôi cấy hạt phấn đơn bội rồi lưỡng bội hoá tạo thành các dòng thuần đã thành công ở cây lúa từ thập niên 1970.
• Lai tế bào xôma tạo các cơ thể lai xa khác loài mà phương pháp lai hữu tính không thể thực hiện được cũng đã thành công ở các loài thuốc lá, đậu tương… từ thập niên 1980.

* Công nghệ tế bào động vật:

• Sự ra đời của cừu Đôly [Dolly] đã mở đầu cho hàng loạt các thí nghiệm nhân bản vô tính thành công ở động vật có vú và mở ra một triển vọng nghiên cứu sinh sản vô tính các tế bào gốc ở người và động vật. Một hướng nghiên cứu ứng dụng quan trọng là chuyển gen người vào tế bào lợn tạo ra những nòi lợn có phủ tạng tương thích cao, không bị thải ghép nhằm cung cấp các cơ quan phủ tạng dùng ghép cơ quan cho người.
• Công nghệ cấy truyền phôi ở các loài đại gia súc cũng đã mở ra triển vọng nhân bản nhanh chóng nhiều cá thể động vật quý hiếm nhằm phục vụ cho nhiều mục đích khác nhau.

3. Luyện tập

3.1. Bài tập tự luận

Câu 1: Nêu điểm khác nhau giữa chọn giống bằng phương pháp lai hữu tính và chọn giống bằng phương pháp gây đột biến?

Câu 2: Nêu các bước tiến hành, ưu điểm, nhược điểm của phương pháp tạo giống mới bằng phương pháp gây đột biến?

3.2. Bài tập trắc nghiệm

Câu 1: Khi nói về tạo giống bằng công nghệ tế bào, có bao nhiêu phát biểu sau đây đúng?

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

[2] Khi nuối cấy hạt phấn hay noãn chưa thụ tinh trong môi trường nhân tạo có thể mọc thành các dòng tế bào đơn bội.

[3] Caonsixin 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

Câu 2: Khi nói về công nghệ tế bào, phát biểu nào sau đây đúng?

A. Nuôi cấy và lưỡng bội hóa hạt phấn có thể tạo ra đời con có kiểu hình khác cây mẹ.

B. Lai 2 tế bào trần cùng loại tạo ra thể song nhị bộ.

C. Nuôi cấy mô tế bào để tạo ra quần thể cây trông có kiểu gen đa dạng.

D. Cây truyền phôi ở động vật chỉ cần sử dụng 1 cá thể cái để nuôi phôi.

Câu 3: Từ một cơ thể có kiểu gen AabbDdEE, có thể tạo ra cơ thể có kiểu gen nào sau đây bằng phương pháp nuôi cất hạt phấn và lưỡng bội hóa?

A. AabbDdEE

B. AabbDdEE

C. aabbddEE

D. aaBBddEE

Câu 4: Trong công nghệ tế bào thực vật, phương pháp nào có sử dụng hóa chất consixin?

A. Nuối cấy mô tế bào và lai tế bào sinh dưỡng

B. Nuối cấy mô tế bào và nuôi cấy hạt phấn

C. Nuôi cấy hạt phấn và lai tế bào sinh dưỡng

D. Nuối cấy mô tế bào

4. Kết luận

Bài học này các em cần:

• Giải thích được quy trình tạo giống mới bằng phương pháp gây đột biến
• Nêu được 1 số thành tựu tạo giống  ở Việt Nam
• Nêu sơ lược về công nghệ tế bào ở thực vật và động vật cùng với các kết quả của chúng
• Trình bày được 1 số quy trình và thành tựu tạo giống thực vật bằng công nghệ tế bào
• Trình bày được kỹ thuật nhân bản vô tính ở động vật và nêu ý nghĩa thực tiễn của phương pháp này