Chuyên đề Sinh học 10 Bài 2 (Cánh diều): Cơ sở công nghệ tế bào thực vật và ứng dụng

Giải bài tập Chuyên đề Sinh học 10 Bài 2: Cơ sở công nghệ tế bào thực vật và ứng dụng

A/ Câu hỏi mở đầu

Mở đầu trang 11 Chuyên đề Sinh học 10: Hãy quan sát hình 2.1 và cho biết người ta có thể nhân giống vô tính để tạo cây con từ cây trưởng thành bằng những cách nào. Công nghệ nào có thể cho phép nhân nhanh hàng loạt cây trồng mới từ một phần của lá cây hoặc chồi cây?

Trả lời:

- Người ta có thể nhân giống vô tính để tạo ra cây con từ cây trưởng thành bằng cách:

+ Nuôi cấy hạt phấn.

+ Sử dụng phương pháp nhân giống vô tính dựa trên hình thức sinh sản sinh dưỡng: giâm cành, chiết cành,…

+ Nuôi cấy mô tế bào.

+ Nuôi cấy và dung hợp tế bào trần.

- Có thể nhân nhanh hàng loạt cây trồng mới từ một phần của lá cây hoặc chồi cây bằng phương pháp nuôi cấy mô tế bào: Khi môi trường nuôi cấy mô tế bào thực vật in vitro chứa đầy đủ các thành phần dinh dưỡng, bổ sung các chất điều hòa sinh trưởng và phát triển, các tế bào, mô và cơ quan của thực vật sẽ duy trì, tăng sinh và tái tạo thành cây con.

B/ Câu hỏi giữa bài

I. TÍNH TOÀN NĂNG CỦA TẾ BÀO

Hình thành kiến thức, kĩ năng trang 11 Chuyên đề Sinh học 10: Thế nào là tính toàn năng của tế bào? Ở thực vật, tính toàn năng của tế bào được thể hiện thông qua khả năng tái sinh mô, cơ quan và cơ thể như thế nào? Nêu ví dụ minh họa.

Trả lời:

- Tính toàn năng của tế bào là khả năng tế bào phân chia, phát triển thành mô, cơ quan hoặc một cơ thể hoàn chỉnh trong môi trường thích hợp.

- Đặc điểm biểu hiện tính toàn năng ở thực vật: Tế bào phôi là những tế bào có tính toàn năng ở mức cao nhất và được gọi là các tế bào gốc thực vật. So với tế bào động vật, khả năng tái sinh phát triển thành cơ thể mới của thực vật cao hơn.

- Ví dụ: Tách các mẩu mô từ củ của cây cà rốt cho nuôi cấy trên môi trường dinh dưỡng thích hợp sẽ tạo thành các mô sẹo, kích thích các mô sẹo biệt hóa sẽ phát triển được hàng loạt cây cà rốt con có đặc điểm di truyền giống cây ban đầu.

Tìm hiểu thêm 1 trang 11 Chuyên đề Sinh học 10: Tính toàn năng và tính mềm dẻo phát triển của thực vật mở ra tiềm năng nào cho nhân giống cây trồng?

Trả lời:

Tính toàn năng và tính mềm dẻo của thực vật mở ra nhiều tiềm năng trong nhân giống cây trồng:

- Nhân giống nhanh với số lượng lớn cây giống giúp chủ động nguồn cây giống mà vẫn duy trì được các đặc tính mong muốn.

- Nhân giống bảo tồn các cây quý hiếm, bảo tồn các giống có nguồn gene quý hiếm, khôi phục các giống cây có nguy cơ tuyệt chủng.

- Góp phần gia tăng số lượng các giống cây trồng mới ở các cây ngũ cốc, hòa thảo, cây họ Đậu, cây lấy dầu, cây ăn quả nhiệt đới, cây lâm nghiệp,…

II. KHÁI QUÁT VỀ CÔNG NGHỆ TẾ BÀO THỰC VẬT

Vận dụng 1 trang 12 Chuyên đề Sinh học 10: Vi nhân giống có lợi ích vượt trội như thế nào so với các phương pháp nhân giống cây trồng truyền thống (nhân giống và trồng cây ngoài đồng ruộng)?

Trả lời:

Lợi ích vượt trội của vi nhân giống so với các phương pháp nhân giống cây trồng truyền thống:

- Hệ số nhân giống cao (từ một mẩu mô có thể tạo ra hàng ngàn cây con trong thời gian ngắn).

- Tái sinh được các cây hoàn chỉnh từ những bộ phận khác nhau như rễ, thân, lá,…

- Các cây con tạo ra đồng đều, sạch bệnh nên cho thu hoạch đồng loạt, chất lượng ổn định giúp đem lại hiệu quả kinh tế cao, dễ công nghiệp hóa.

III. ỨNG DỤNG CỦA CÔNG NGHỆ TẾ BÀO THỰC VẬT

Vận dụng 2 trang 13 Chuyên đề Sinh học 10: Vì sao sử dụng kĩ thuật nuôi cấy mô tế bào thuận lợi hơn so với sử dụng cơ thể sống trong nghiên cứu tạo đột biến, lai khác loài, đa bội hóa?

Trả lời:

Sử dụng kĩ thuật nuôi cấy mô tế bào thuận tiện hơn so với sử dụng cơ thể sống trong nghiên cứu tạo đột biến, lai khác loài, đa bội hóa vì: Dựa trên nuôi cấy mô tế bào thực vật, những nghiên cứu về phân tích bộ nhiễm sắc thể, nghiên cứu đột biến được thực hiện dễ dàng hơn. Đồng thời, các thao tác lai khác loài hay đa bội hóa khi thực hiện trên mô cũng có tỉ lệ thành công cao hơn và rút ngắn được thời gian thực hiện.

Tìm hiểu thêm 2 trang 14 Chuyên đề Sinh học 10: Hãy tìm thông tin về một số giống cây trồng được tạo ra nhờ kĩ thuật vi nhân giống ở Việt Nam và trên thế giới.

Trả lời:

Một số giống cây trồng được tạo ra nhờ kĩ thuật vi nhân giống:

- Giống ngô chuyển gene có tính kháng độc tố T của nấm Helminthosporium maydis gây bệnh đốm ở ngô.

- Giống bông kháng côn trùng ăn lá bông.

- Giống lúa vàng được chuyển gene sản sinh ra tiền chất tạo vitamin A vốn chưa từng có ở lúa tự nhiên.

- Giống đậu tương được chuyển gene Roundup Ready cho năng suất cao, kháng sâu bệnh; giống ngô kháng thuốc diệt cỏ.

Tìm hiểu thêm 3 trang 14 Chuyên đề Sinh học 10: Nêu những hiểu biết của em về vaccine ăn được. Hãy tìm hiểu về sản xuất vaccine ăn được bằng công nghệ tế bào thực vật.

Trả lời:

- Một số hiểu biết về vaccine ăn được: Vaccine ăn được là vaccine được tạo ra bằng cách đưa gene mong muốn vào cây trồng để sản xuất protein được mã hóa. Sau khi ăn các thực phẩm được chuyển gene này, hệ thống miễn dịch của cơ thể sẽ được kích thích nhằm sinh kháng thể. Ưu điểm nổi bật của loại vaccine ăn được là đưa vào cơ thể qua đường miệng và đặc tính ổn định nhiệt nên khắc phục được những mặt hạn chế về chi phí sản xuất, bảo quản, giá thành cao và đòi hỏi phải có nhân viên y tế để tiêm phòng của vaccine truyền thống. Bởi vậy, vaccine ăn được là sự lựa chọn để có thể phổ biến vaccine cho các nước đang phát triển và các nước nghèo.

- Sản xuất vaccine ăn được: Chọn nguồn gene và thực vật → Chuyển gene vào thực vật để tạo nên thực vật biến đổi gene → Đưa thực vật biến đổi gene được tạo ra trong phòng thí nghiệm ra trồng trên đồng ruộng → Thu hoạch và sử dụng vaccine ăn được.

+ Để sản xuất vaccine thực vật, thì lựa chọn gene và lựa chọn thực vật là hai yếu tố cần xem xét kĩ lưỡng. Thực vật được lựa chọn thường là những giống cây phổ biến, dễ tìm và dễ trồng ở địa phương; nên thuộc dòng cây dễ biến đổi, có khả năng biểu hiện gene cao và không chứa độc tố. Gene được lựa chọn để sản xuất vaccine thực vật ngoài việc cần gây được đáp ứng miễn còn phải có khả năng tồn tại trong virus, plasmid và khả năng gây được đáp ứng miễn dịch ở vùng niêm mạc hoặc đường tiêu hóa. 

+ Có hai phương pháp chủ yếu để chèn gene vi sinh vật vào thực vật là sử dụng một vector biến đổi thực vật hoặc sử dụng các vector virus có biểu hiện tạm thời.

+ Sau khi gene xâm nhập được vào các tế bào thực vật sẽ tạo ra các protein cần thiết bên trong các tế bào thực vật bị xâm nhiễm. Vaccine được biểu hiện trong mô của thực vật và có thể ăn trực tiếp hoặc được nấu lên.

Luyện tập 1 trang 14 Chuyên đề Sinh học 10: Vì sao không thể áp dụng công nghệ tế bào động vật hay công nghệ vi sinh vật để sản xuất một số chất chuyển hóa thứ cấp có hoạt tính sinh học nhất định?

Trả lời:

Không thể áp dụng công nghệ tế bào động vật hay công nghệ vi sinh vật để sản xuất một số chất chuyển hóa thứ cấp có hoạt tính sinh học nhất định vì: Một số chất chuyển hóa thứ cấp thuộc nhóm alkaloid, anthocyanin, terpenoid chỉ có thể sản xuất ở tế bào thực vật.

Luyện tập 2 trang 14 Chuyên đề Sinh học 10: Vì sao nuôi cấy tế bào gốc thực vật được ứng dụng trong sản xuất dược phẩm và mĩ phẩm?

Trả lời:

Nuôi cấy tế bào gốc thực vật được ứng dụng trong sản xuất dược phẩm và mĩ phẩm vì:

- Nuôi cấy tế bào gốc thực vật kết hợp với công nghệ DNA tái tổ hợp có thể thu được nhiều chất có hoạt tính sinh dược học quan trọng như vaccine, cytokine, protein trị liệu hoặc các chất chuyển hóa thứ cấp,…

- Mặt khác, dịch chiết tế bào gốc của thực vật dễ dàng được chuẩn hóa và đáp ứng được các yêu cầu an toàn nghiêm ngặt trong quá trình sản xuất dược phẩm và mĩ phẩm.

Vận dụng 3 trang 14 Chuyên đề Sinh học 10: Vì những lí do nào mà việc sử dụng mô tế bào thực vật thuận lợi hơn so với sử dụng tế bào vi khuẩn và tế bào động vật trong công nghệ sản xuất các chất chuyển hóa thứ cấp và protein trị liệu?

Trả lời:

Sử dụng mô tế bào thực vật thuận tiện hơn so với sử dụng tế bào vi khuẩn và tế bào động vật trong công nghệ sản xuất các chất chuyển hóa thứ cấp và protein trị liệu vì:

- Một số chất chuyển hóa thứ cấp thuộc nhóm alkaloid, anthocyanin, terpenoid chỉ có thể sản xuất ở tế bào thực vật.

- Dịch chiết tế bào gốc của thực vật dễ dàng được chuẩn hóa và đáp ứng được các yêu cầu an toàn nghiêm ngặt.

- Tế bào thực vật có thể tránh được sự lây nhiễm virus và các tác nhân gây bệnh khác tốt hơn so với tế bào động vật và vi khuẩn.

Vận dụng 4 trang 14 Chuyên đề Sinh học 10: Tại sao công nghệ tế bào thường được phối hợp với công nghệ gene trong quy trình nghiên cứu, sản xuất các dược phẩm có bản chất là protein?

Trả lời:

Công nghệ tế bào thường được phối hợp với công nghệ gene trong quy trình nghiên cứu, sản xuất các dược phẩm có bản chất là protein vì: Công nghệ gene giúp chuyển gene mã hóa protein cần thiết vào các tế bào nhận. Sau đó, nhờ công nghệ tế bào, các tế bào nhận mang gene mã hóa protein được nhân lên nhanh chóng và được tạo điều kiện để gene được biểu hiện. Như vậy, sự phối hợp giữa công nghệ tế bào và công nghệ gene sẽ tạo ra số lượng lớn các protein như vaccine, cytokine, protein trị liệu,… đáp ứng được nhu cầu sử dụng trong các lĩnh vực như y học, công nghệ thực phẩm,…

Vận dụng 5 trang 14 Chuyên đề Sinh học 10: Tìm hiểu một số sản phẩm sinh dược được sản xuất nhờ công nghệ tế bào thực vật.

Trả lời:

Một số sản phẩm sinh dược được sản xuất nhờ công nghệ tế bào thực vật:

- Sản xuất thuốc điều trị ung thư từ thực vật (Paclitaxel) bằng cách nuôi cấy mô tế bào cây thông đỏ (Taxus wallichiana Zucc.)

- Công ty dược phẩm GlaxoSmithKline GSK và nhà sản xuất vaccine Canada Medicago đã báo cáo kết quả đầy hứa hẹn từ thử nghiệm lâm sàng giai đoạn 2 đối với vaccine ngừa Covid có nguồn gốc từ thực vật. Nghiên cứu cho thấy những người tham gia có lượng kháng thể nhiều hơn 10 lần so với những bệnh nhân đã hồi phục sau Covid-19.

- Sản xuất GM-CSF người bằng công nghệ tế bào thực vật để ứng dụng lâm sàng trong điều trị bệnh giảm bạch cầu trung tính (neutropenia) và bệnh thiếu máu không tái tạo (aplastic anemia).

Xem thêm lời giải Chuyên đề Sinh học 10 bộ sách Cánh diều hay, chi tiết khác:

Bài 3: Các giai đoạn của công nghệ tế bào thực vật

Bài 4: Cơ sở công nghệ tế bào động vật và ứng dụng

Bài 5: Các giai đoạn của công nghệ tế bào động vật

Bài 6: Công nghệ tế bào gốc và ứng dụng

Ôn tập chuyên đề 1