Các hình thức nuôi cấy tế bào và mô thực vật

Các hình thức nuôi cấy tế bào và mô thực vật Khái niệm nuôi cấy tế bào và mô thực vật thường được dùng như là một thuật ngữ chung để mô tả tất cả các loại nuôi cấy thực vật ở điều kiện in vitro. Trong các quá trình nuôi cấy này thường xuất hiện hai kiểu sinh trưởng sau: Khái niệm nuôi cấy tế bào và mô thực vật thường được dùng như là một thuật ngữ chung để mô tả tất cả các loại nuôi cấy thực vật ở điều kiện in vitro. Trong các quá trình nuôi cấy này thường xuất hiện hai kiểu sinh trưởng sau: 1. Sinh trưởng không phân hóa (undifferentiated growth) Sinh trưởng không phân hóa xuất hiện thường xuyên khi một mẫu mô của cây hoàn chỉnh được nuôi cấy in vitro. Mẫu mô sau đó đã làm biến mất mọi cấu trúc có thể nhận biết được của cây nguyên vẹn ban đầu. 1.1. Nuôi cấy callus Nuôi cấy callus cho phép các khối tế bào không có hình dạng nhất định tăng lên từ sinh trưởng không phân hóa của mẫu vật trên môi trường dinh dưỡng rắn vô trùng. Mẫu vật thường là các cơ quan tử nhỏ hoặc các mẫu mô. Các khối tế bào này không tương ứng với mọi cấu trúc mô đặc trưng của cây hoàn chỉnh. Thuật ngữ nuôi cấy callus được sử dụng do sự phân chia vô tổ chức của tế bào mà lúc đầu được nghĩ là nó cảm ứng với sự tổn thương thực thể của thực vật trong quá trình tách ra khỏi cây hoàn chỉnh. Tuy nhiên, sau đó người ta nhận thấy nó được được cảm ứng bởi các chất điều hòa sinh trưởng thực vật (plant growth regulators) trong môi trường dinh dưỡng rắn. Nuôi cấy callus 1.2. Nuôi cấy dịch huyền phù tế bào Nuôi cấy dịch huyền phù tế bào chứa các tế bào và các khối tế bào, sinh trưởng phân tán trong môi trường lỏng . Thường được khởi đầu bằng cách đặt các khối mô callus dễ vỡ vụn trong môi trường lỏng chuyển động (lắc hoặc khuấy). Nuôi cấy dịch huyền phù vì thế là sự tiến triển từ thực vật đến mẫu vật, tới callus, và cuối cùng tới dịch huyền phù. Nuôi cấy dịch huyền phù thích hợp hơn cho việc sản xuất sinh khối của tế bào thực vật so với nuôi cấy callus, do nuôi cấy dịch huyền phù có thể duy trì và được thao tác tương tự với các hệ thống lên men vi sinh vật được ngập chìm trong môi trường lỏng. Nuôi cấy dịch huyền phù tế bào thực vật trên máy lắc. A: Nuôi trong bình tam giác có lắc để chuẩn bị tế bào. B: Nuôi trong hệ lên men lắc để sản xuất sinh khối. Hệ lên men có cánh khuấy (bình nuôi 5 L) dùng để nuôi cấy dịch huyền phù tế bào thực vật ở quy mô phòng thí nghiệm. 1.3. Nuôi cấy tế bào trần Nuôi cấy tế bào trần (protoplast) đòi hỏi sự sinh trưởng của protoplast trên môi trường đặc hoặc lỏng. Protoplast có thể được chuẩn bị bằng phương pháp cơ học hoặc enzyme để loại bỏ thành tế bào. Các protoplast được phân lập có thể được sử dụng để: (1) Biến đổi thông tin di truyền của tế bào thực vật (2) Tạo ra cây lai vô tính thông qua dung hợp protoplast (protoplast fusion) (3) Nghiên cứu sự xâm nhiễm của virus ở thực vật và những vấn đề khác Một ứng dụng đầy triển vọng khác của nuôi cấy protoplast là vi nhân giống thực vật. Sau khi phân chia protoplast, thành tế bào được tái sinh để tăng sự phát triển callus và tiếp theo là cây hoàn chỉnh nhờ đó thực vật có thể được nhân lên nhiều lần. 2. Sinh trưởng có phân hóa (differentiated growth) Sinh trưởng có phân hóa xuất hiện khi các bộ phận của thực vật được chuyển lên môi trường nuôi cấy là nơi chúng có thể tiếp tục sinh trưởng với cấu trúc đã được duy trì từ trước. Các cơ quan thực vật được phân hóa có thể sinh trưởng trong quá trình nuôi cấy mà không bị mất sự toàn vẹn của mình còn gọi là nuôi cấy cơ quan (organ culture). 2.1. Nuôi cấy rễ tơ Nuôi cấy rễ tơ có thể được thiết lập từ đầu rễ tách ra ở nhiều loài thực vật khác nhau. Các nuôi cấy rễ sinh trưởng nhanh có thể thu được từ các loài cây hai lá mầm bằng cách gây nhiễm chúng với vi khuẩn đất Agrobacterium rhizogenes. Các dòng rễ tơ (hairy root) được hình thành có thể dùng trong nuôi cấy để sản xuất các chất thứ cấp. Nuôi cấy rễ tơ. 2.2. Nuôi cấy phôi Nuôi cấy phôi (embryo) có thể được thiết lập cho các phôi tách ra từ các hạt vô trùng, các noãn hoặc quả. Các phôi được sản xuất từ kỹ thuật nuôi cấy tế bào, được gọi là phôi vô tính (somatic embryo), có thể được phân lập và nảy mầm cung cấp một cây trên một mẫu vật. Nuôi cấy phôi có thể được ứng dụng để sản xuất nhanh cây giống từ các hạt có thời gian ngủ nghĩ dài. Phương pháp này có nhiều ưu điểm hơn các hệ thống nhân giống truyền thống như là quá trình đồng nhất di truyền, sản xuất sinh khối và nhân giống các cây trồng sạch bệnh.