Cách tiến hành nuôi cấy tế bào và mô thực vật
Công nghệ nuôi cấy mô tế bào thực vật là một trong những công nghệ quan trọng của ngành Công nghệ Sinh học, nền tảng nghiên cứu và áp dụng các công nghệ khác trong lĩnh vực Công nghệ Sinh học thực vật.
Công nghệ nuôi cấy mô tế bào thực vật hay nuôi cấy mô thực vật đã xuất hiện tại Việt Nam từ 1960. Là một trong những công nghệ quan trọng của ngành Công nghệ Sinh học, nền tảng nghiên cứu và áp dụng các công nghệ khác trong lĩnh vực Công nghệ Sinh học thực vật. Trên môi trường dinh dưỡng thích hợp các tế bào thực vật có thể biệt hóa hình thành mô, cơ quan hay cơ thể hoàn chỉnh. Công nghệ là “chiếc chìa khóa làm giàu” của các nhà Nông Nghiệp; sản xuất cây giống với số lượng cao, chất lượng đồng đều không phụ thuộc vào các điều kiện ngoại cảnh. Đồng thời, công nghệ còn có khả năng bảo tồn các giống có giá trị không chỉ trong vấn đề lương thực, nông nghiệp đô thị như phong lan, thanh long, ớt, chuối, khoai lang, dâu tây…mà còn trong cả lĩnh vực chăm sóc sức khỏe, đáp ứng nhu cầu sản xuất nguồn dược liệu có giá trị cao như: sâm, đông trùng hạ thảo, bảy lá một hoa, sáo tam phân, bình vôi, giảo cổ lam…. Các sản phẩm có chứa các chất thứ cấp với hoạt tính ổn định, ít gây phản ứng phụ. Hàm lượng có thể điều khiển cao gấp 2 - 3 lần so với phương pháp truyền thống. Rút ngắn thời gian chăm sóc ngoài tự nhiên là yếu tố thiết yếu trong sản xuất. Quy trình sản xuất một sản phẩm trong công nghệ nuôi cấy mô tế bào thực vật GIỚI THIỆU MÔN HỌC Môn học này trang bị những kiến thức về tế bào thực vật, kỹ thuật nuôi cấy mô tế bào thực vật trong ống nghiệm; Sự phát sinh hình thái của tế bào, mô thực vật nuôi cấy trong điều kiện in vitro; Môi trường và điều kiện nuôi cấy mô, tế bào thực vật; Các kỹ thuật chính của công nghệ nuôi cấy mô, tế bào thực vật. MỤC TIÊU MÔN HỌC Cung cấp cho sinh viên cơ sở lý luận và phương pháp nghiên cứu cơ bản của công nghệ tế bào thực vật là lĩnh vực hiện đang được ứng dụng rộng rãi và mang lại hiệu quả thiết thực cho nông nghiệp. Giúp sinh viên có được những kỹ năng cần thiết để có thể ứng dụng kỹ thuật tiên tiến của công nghệ sinh học vào công tác bảo tồn và nhân giống cây trồng. KIẾN THỨC LĨNH HỘI Cung cấp kiến thức cơ bản về nuôi cấy mô tế bào thực vật, hiểu bản chất và thành phần của các chất điều hòa sinh trưởng trong nuôi cấy mô thực vật Áp dụng các kỹ thuật nhân giống truyền thống, hiểu rõ các phương pháp nhân giống NCM TBTV Tuyển chọn và cải tạo các giống cây trồng bằng NCM TBTV Hiểu kiến thức về công nghệ gen thực vật, bảo tồn nguồn gen in vitro Giải thích các vấn đề gặp phải trong nuôi cấy và phương pháp xử lý thực tế Hiểu nguyên tắc cơ bản trong chăm sóc cây trồng ngoàì vườn ươm, phương pháp thuần hóa cây TRẢI NGHIỆM THỰC TẾ Phần thực hành: xây dựng kế hoạch thực tập thực tế, các thao tác cơ bản trong NCM TB, nắm vững các thao tác thực hành và biết cách tính toán, dự trù nguyên liệu, dụng cụ, hóa chất để nhân giống in vitro. Thực hành chăm sóc cây trồng ngoài vườn ươm. Có cơ hội tiếp cận thu nhận kinh nghiệm thực tế làm việc tại các viện các trung tâm nghiên cứu, các công ty hoạt động trong lĩnh vực NCM như:
Tiến Vinh BioMedia 1. Nuôi cấy mô tế bào thực vật là gì? Nuôi cấy mô tế bào thực vật là tổng hợp những kỹ thuật được sử dụng để duy trì và nuôi cấy các tế bào, mô hoặc cơ quan thực vật trong điều kiện vô trùng trên môi trường nuôi cấy giàu dinh dưỡng với những thành phần đã xác định. Các kỹ thuật khác nhau trong nuôi cấy mô tế bào thực vật có thể cung cấp những lợi thế nhất định so với phương pháp nhân giống truyền thống, bao gồm:
Nuôi cấy mô tế bào thực vật dựa trên thực tế là rất nhiều các tế bào thực vật có khả năng tái sinh thành cây hoàn chỉnh (còn gọi là totipotency – khả năng biệt hóa của tế bào đơn lẻ thành những tế bào chuyên biệt với số lượng không giới hạn). Các tế bào đơn lẻ, các tế bào thực vật không có thành tế bào (protoplast), các mảnh lá, rễ hoặc thân, thường có thể được sử dụng để tạo ra các tế bào mới trên môi trường nuôi cấy bổ sung các chất dinh dưỡng và hormone thực vật.
Nguồn ảnh: http://biotechnotes.org 2. Kỹ thuật Nuôi cấy mô tế bào thực vật hiện đại được thực hiện trong điều kiện vô trùng, không khí lọc qua HEPA, được thực hiện trong tủ cấy. Các nguồn nguyên liệu: Thực vật sống lấy từ môi trường thường bị lây nhiễm bởi các vi sinh vật, vì vậy, khâu khử trùng bề mặt của nguyên liệu ban đầu (mẫu cấy) trong dung dịch hóa chất (thường sử dụng cồn và natri hoặc canxi hypochlorite) là cần thiết. Các mẫu cấy sau đó thường được đặt trên bề mặt của môi trường nuôi cấy đặc, nhưng đôi khi cũng được đặt trực tiếp vào trong môi trường lỏng, đặc biệt là khi sử dụng dịch nuôi cấy tế bào ở giai đoạn nghỉ. Môi trường nuôi cấy lỏng và đặc thường chứa các muối vô cơ và một ít chất dinh dưỡng hữu cơ, vitamin và các hormone thực vật. Môi trường đặc được pha từ môi trường lỏng bằng cách thêm các chất tạo gel. Các thành phần của môi trường, đặc biệt là các hormone thực vật và nguồn Nitơ (các loại muối nitrat, ammonium hoặc amino acid) có ảnh hưởng sâu sắc đến hình thái của các mô sinh trưởng từ nguồn mẫu ban đầu. Ví dụ, sự tăng cường auxin sẽ kích thích sự phát triển rễ, trong khi sự tăng cường của cytokinin kích thích sự phát triển chồi. Sự cân bằng của cả auxin và cytokinin sẽ tạo ra mô sẹo (callus), nhưng hình thái của sản phẩm sẽ phụ thuộc vào từng loài thực vật cũng như là thành phần môi trường. Khi các mẫu nuôi cấy sinh trưởng, các mảnh tế bào thường được cắt và chuyển sang môi trường mới (subcultured) để có thể sinh trưởng hoặc thay đổi về hình thái của mẫu. Thao tác và kinh nghiệm của người làm nuôi cấy mô là rất quan trọng trong việc quyết định mẫu nào được nuôi cấy và mẫu nào cần loại bỏ. Các chồi nảy sinh từ một mẫu nuôi cấy, sau đó có thể được cắt ra, tạo rễ bằng auxin và tạo cây con, khi trưởng thành, có thể được chuyển vào trong chậu đất hoặc xa hơn, có thể sinh trưởng trong điều kiện nhà kính như là cây tự nhiên. Mô tế bào thu từ một cây mà sẽ được nuôi cấy thì được gọi là mẫu cấy. Dựa trên từng loại cây nhất định, đặc biệt là cây thuốc lá, mà mẫu cấy thường có thể lấy từ tất cả các phần của cây, bao gồm các phần của chồi, lá, thân, hoa, rễ và các tế bào đơn lẻ hoặc các tế bào chưa biệt hóa. Tuy nhiên, điều này không đúng với tất cả mọi loài thực vật. Ở rất nhiều loài, mẫu cấy của các cơ quan khác nhau có tỷ lệ sinh trưởng và tái sinh khác nhau, trong khi có những mẫu hoàn toàn không hề sinh trưởng. Việc lựa chọn nguồn mẫu nhập cũng xác định dựa trên cây con tạo ra từ nuôi cấy mô là cây đơn bội hay nhị bội. Thêm vào đó, nguy cơ lây nhiễm với vi sinh vật cũng bị tăng lên nếu lựa chọn mẫu cấy không thích hợp. Một vài mẫu cấy, như chóp rễ, thường khó để phân lập và dễ bị nhiễm các vi sinh vật đất, gây trở ngại trong quá trình nuôi cấy mô. Các vi sinh vật đất nhất định có thể tạo thành liên kết chặt chẽ với hệ rễ, hoặc thậm chí sinh trưởng ngay bên trong rễ. Các hạt đất bám vào rễ thường khó loại bỏ để không gây tổn thương đến rễ, dễ tạo điều kiện cho vi sinh vật tấn công. Các vi sinh vật liên kết này sẽ thường sẽ sinh trưởng rất nhanh trên môi trường nuôi cấy, trước khi có sự sinh trưởng đáng kể của mô thực vật. Một vài mô nuôi cấy sinh trưởng chậm chạp. Đối với trường hợp đó, có thể có 2 lựa chọn: (i) tối ưu hóa môi trường nuôi cấy; (ii) nuôi cấy các mô hoặc loài có khả năng đáp ứng cao. Quá trình hoại tử có thể làm hỏng các mô nuôi cấy. Thông thường, các loài thực vật khác nhau thì khác nhau về tính nhạy cảm đối với quá trình hoại tử của các mô. Vì vậy, bằng việc nuôi cấy các giống (hoặc mô) có khả năng đáp ứng cao, điều đó có thể được giải quyết. Các cơ quan ở bên trên mặt đất (thân, lá, chồi, hoa…) cũng thường chứa nhiều vi sinh vật không mong muốn. Tuy nhiên, chúng thường dễ dàng loại bỏ được bằng cách rửa nhẹ và phần còn sót lại có thể diệt bằng cách khử trùng bề mặt. Hầu hết các chủng vi sinh vật bề mặt không hình thành liên kết chặt chẽ với các mô thực vật. Những liên kết đó có thể được nhận ra bằng cách kiểm tra trực quan như là thể khảm, chuyển màu hoặc hoại tử cục bộ trên bề mặt mẫu cấy. Một cách khác để thu mẫu cấy không bị nhiễm là lấy mẫu từ cây con sinh trưởng ra từ hạt đã khử trùng bề mặt. Bề mặt cứng của hạt làm các tác nhân khử trùng bề mặt khó thấm qua, ví dụ như hypoclorite, vì thế các điều kiện hợp lý để khử trùng hạt có thể nghiêm ngặt hơn nhiều so với khử trùng các mô thực vật. Nuôi cấy mô tế bào thực vật là nuôi cấy các dòng (clones). Nếu như cây gốc được sử dụng để tạo ra các mẫu cấy đầu tiên có tính nhạy cảm với các tác nhân hoặc điều kiện môi trường, thì toàn bộ sản phẩm sẽ bị nhạy cảm với các vấn đề tương tự. Ngược lại, các tính trạng tốt cũng sẽ duy trì theo từng dòng. 3. Ứng dụng Nuôi cấy mô tế bào thực vật được sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu thực vật, lâm nghiệp, và đồng ruộng. Các ứng dụng bao gồm:
Dịch và tổng hợp từ Wikipedia BioMedia VN |