Chương IV Công nghệ sinh học thực vật

CÔNG NGHỆ SINH HỌC THỰC VẬT Nguyễn Vũ Phong Chương IV Những ưu thế của nuôi cấy mô và tế bào Micropropagation - Hệ số nhân giống cao, chủ động - Giữ nguyên đặc tính cây mẹ Chọn giống in vitro - Rút ngắn thời gian - Chọn các đặc tính quý Khai thác các hợp chất - Chất quý, cấu trúc phức tạp, không tổng hợp được bằng phương pháp hóa học - Giảm giá thành Vai trò CNSH TV trong tương lai Tăng sản lượng lương thực gấp đôi - Chọn giống - Biện pháp chống sâu bệnh, cỏ dại Phát triển bền vững - Hệ thống canh tác - Sản xuất sạch và xanh Nuôi cấy mô và cơ quan thực vật Tính toàn thế (totipotency) Tế bào sống qua nuôi cấy sẽ tăng trưởng thành cây tạo hoa quả. Kỹ thuật vô trùng - Phòng nuôi cấy - Dụng cụ - Môi trường - Mẫu nuôi Nuôi cấy mô và cơ quan thực vật Môi trường nuôi cấy - Nguyên tố đa lượng - Nguyên tố vi lượng - Vitamine - Nguồn carbone: surcrose hoặc glucose - Chất điều hòa tăng trưởng : auxine và cytokinine - Các chất phụ trợ khác Nuôi cấy mô và cơ quan thực vật [cytokinin] 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 mg/L [auxin] 0 0.1 0.3 1.0 3.0 mg/L Vai trò của chất điều hòa sinh trưởng Mẫu dùng trong nuôi cấy - Tế bào đang phát triển mạnh chiếm tỉ lệ lớn - Cây mẹ có phẩm chất tốt, năng suất cao và không có triệu chứng bệnh - Được vô trùng trước khi nuôi cấy trên môi trường dinh dưỡng * Từ hạt: khử trùng bề mặt * Từ mẫu cấy: ngâm trong dung dịch sát trùng, nồng độ và thời gian tùy theo loại mẫu Nuôi cấy mô và cơ quan thực vật Nuôi cấy mô phân sinh và cơ quan Nuôi cấy mô và cơ quan thực vật Mẫu cây Nuôi cấy trên môi trường Khử trùng Tạo mô sẹo Tạo cụm chồi Nhân giống Auxine Cytokinine Duy trì Nuôi dòng tế bào đơn Duy trì Nuôi cấy mô và cơ quan thực vật Tế bào trần (Protoplast) - Cellulase và pectinase - Dung hợp tế bào trần (protoplast fusion) Nuôi cấy mô và cơ quan thực vật Nuôi cấy bao phấn (anther) và hạt phấn (pollen) Tạo cây đơn bội trong chọn giống Nuôi cấy mô và cơ quan thực vật Quá trình vi nhân giống Nhân giống vô tính quy mô lớn - Hệ số nhân giống lớn - Sự đồng đều của cây giống ảnh hưởng đến năng suất và chất lượng sản phẩm - Rút ngắn thời kỳ sinh trưởng và sử dụng ưu thế lai Ứng dụng nuôi cấy mô và cơ quan thực vật Củ bi và hạt giống nhân tạo (artificial seeds) - Dễ dàng bảo quản và vận chuyển - Cung cấp giống số lượng lớn Ứng dụng nuôi cấy mô và cơ quan thực vật Lập ngân hàng gene thực vật Ứng dụng nuôi cấy mô và cơ quan thực vật Sản xuất cây giống sạch mầm bệnh - Cây nhiễm vi khuẩn, nấm, tuyến trùng: chọn cành nhánh không nhiễm đem nuôi cấy - Nhiễm virus, mycoplasma, viroid + Cấy truyền nhiều lần, loại bỏ dòng nhiễm + Xử lý nhiệt độ: 30-37 oC trong 10-14 ngày, 50-60oC thời gian để loại virus + Xử lý hóa chất: thiouracil, xanh malachite Ứng dụng nuôi cấy mô và cơ quan thực vật Nuôi cấy tế bào thực vật Đặc điểm - Tăng trưởng chậm - Hàm lượng hợp chất nhận được thấp - Dễ dàng bị phá hủy - Cung cấp liên tục các sản phẩm - Sản xuất được hợp chất đặc hiệu - Tiềm năng tăng số lượng cây giống CÔNG NGHỆ SINH HỌC ĐỘNG VẬT Nguyễn Vũ Phong Chương V Đặc điểm Kỹ thuật phức tạp khó thực hiện Phục vụ cho phòng và chữa bệnh Dễ ứng dụng cho con người, nhạy cảm đối với vấn đề xã hội Nhiều ứng dụng trong chăn nuôi Những khó khăn Không có tính toàn thế (totipotency) Phát sinh số bội thể trong quá trình nuôi cấy Chết theo chương trình (apotosis) * Sinh sản rất chậm : 15 - 40h tăng gấp đôi số lượng * Nhạy cảm đối với môi trường nuôi cấy - 35-39oC - Oxygen ổn định - Ít va chạm khi khuấy Môi trường dinh dưỡng Môi trường tự nhiên: máu, huyết tương, nước ối , dịch chiết của phôi... Môi trường tổng hợp: cần có huyết tương (serum) + dung dịch sinh lý (các loại muối) Thành phần cơ bản Ion vô cơ căn bản (Na, Ca, K,...) Áp suất thẩm thấu phải chính xác pH chính xác (7-7,3) Nguồn năng lượng từ glucose Có phenol để theo dõi pH Huyết tương: 5-10% Chất kháng khuẩn và kháng nấm Thiết bị nuôi Bình Broux Bioreactor Ứng dụng Vaccine virus: bại liệt, viêm gan B, quai bị, sởi, bại liệt, lở mồm long móng gia súc... Protein: interferon, kháng thể, hormon Protein trị liệu: Protein tái tổ hợp Hormone Virus diệt côn trùng Hybridoma và kháng thể đơn dòng Kháng thể đơn dòng: đặc hiệu chống lại kháng nguyên Tế bào bình thường: sinh kháng thể, chết sau 1 thời gian Myeloma (TB bạch cầu ung thư): sinh sản vô hạn nhưng không sinh kháng thể Hybridoma= tế bào bình thường + myeloma Ứng dụng của kháng thể đơn dòng Tăng độ nhạy trong xét nghiệm: thử kháng nguyên, nhóm máu, tinh trùng, phát hiện thai, yếu tố đông máu Chẩn đoán: bệnh ung thư, bệnh truyền qua đường tình dục Trị liệu Thuốc hướng mục tiêu: gắn độc tố lên kháng thể đơn dòng để chúng hướng đúng đến tế bào ung thư Kháng thể gắn các chất đồng vị phóng xạ Nghiên cứu Tinh sạch sản phẩm: enzyme, protein,... Nhân bản vô tính động vật Tạo dòng vô tính cừu Dolly Nhân bản vô tính động vật Nhân bản các động vật khác Các ứng dụng Nhân bản vô tính động vật Nhân bản các động vật khác Các ứng dụng Tế bào gốc Tế bào phôi và tế bào gốc soma Tế bào gốc là những tế bào có khả năng tự tái sinh vô hạn và có thể tạo ra ít nhất một kiểu tế bào hậu duệ được biệt hóa ở mức độ cao. Tế bào gốc Con đường tái sinh và biệt hóa Phân chia bất đối xứng Phân chia thành quần thể và tạo tế bào biệt hóa khi gặp nhân tố đặc hiệu Tế bào gốc Khả năng ứng dụng của tế bào gốc Nuôi cấy tế bào động vật: tránh chết theo chương trình Đáp ứng chính xác đặc hiệu miễn dịch của từng cá thể. Liệu pháp tế bào Dễ dàng tạo kháng thể đơn dòng Nhân bản vô tính Thay thế hay ghép cơ quan người Tái tổ hợp DNA và tạo động vật chuyển gene Tính trạng chuyển gene ở vật nuôi Năng suất Hormone tăng trưởng Kích thích sự tăng trưởng cơ Tăng năng suất tạo lông ở cừu