Chuyên đề Sinh học 10 Bài 2 (Chân trời sáng tạo): Công nghệ tế bào thực vật và thành tựu

Giải bài tập Chuyên đề Sinh học 10 Bài 2: Công nghệ tế bào thực vật và thành tựu

A/ Câu hỏi mở đầu

Mở đầu trang 10 Chuyên đề Sinh học 10: Hiện nay, nhiều loài cây dược liệu (sâm vũ diệp, sâm đương quy, sâm Việt Nam,…) đang trong tình trạng nguy cấp do bị khai thác quá mức để làm nguyên liệu sản xuất số lượng lớn thuốc chữa bệnh. Đây là một trong những nguyên nhân gây nên sự suy giảm đa dạng sinh học. Bằng phương pháp nào người ta có thể sản xuất số lượng lớn các chế phẩm sinh học hay chất có hoạt tính sinh học để chữa bệnh nhưng vẫn hạn chế được tình trạng khai thác quá mức các loài dược liệu quý hiếm?

Trả lời:

Để sản xuất số lượng lớn các chế phẩm sinh học hay chất có hoạt tính sinh học để chữa bệnh nhưng vẫn hạn chế được tình trạng khai thác quá mức các loài dược liệu quý hiếm, người ta sử dụng kĩ thuật nuôi cấy tế bào tách rời ở quy mô công nghiệp rồi thu chế phẩm sinh học cần sử dụng.

B/ Câu hỏi giữa bài

I. CÁC GIAI ĐOẠN CHUNG CỦA CÔNG NGHỆ TẾ BÀO THỰC VẬT

Hình thành kiến thức mới 1 trang 11 Chuyên đề Sinh học 10: Quy trình công nghệ tế bào thực vật gồm những giai đoạn nào?

Trả lời:

Quy trình công nghệ tế bào thực vật gồm 3 giai đoạn:

- Giai đoạn 1 - Chuẩn bị: Chuẩn bị mẫu nuôi, thiết bị, dụng cụ, hóa chất và môi trường nuôi cấy.

- Giai đoạn 2 - Nuôi cấy: Ở giai đoạn này, có thể sử dụng nhiều phương pháp nuôi cấy khác nhau tùy theo mục đích như nuôi cấy huyền phù tế bào, nuôi cấy hạt phấn, nuôi cấy và dung hợp tế bào trần, nuôi cấy mô sẹo.

- Giai đoạn 3 – Thu nhận: Thu nhận sản phẩm có thể là cây con hoặc sinh khối tế bào.

Hình thành kiến thức mới 2 trang 11 Chuyên đề Sinh học 10: Cần lưu ý điều gì khi chuẩn bị thiết bị, dụng cụ nuôi cấy mô tế bào?

Trả lời:

Khi chuẩn bị thiết bị, dụng cụ nuôi cấy mô tế bào cần đảm bảo điều kiện vô trùng để mẫu nuôi không bị nhiễm khuẩn trong quá trình nuôi cấy. Thông thường, các dụng cụ và thiết bị được khử trùng bằng tia UV hoặc nồi hấp khử trùng.

Hình thành kiến thức mới 3 trang 11 Chuyên đề Sinh học 10: Trong các kĩ thuật nuôi cấy mô, kĩ thuật nào tạo được giống mới và kĩ thuật nào tạo được các dòng thuần chủng? Giải thích.

Trả lời:

- Trong kĩ thuật nuôi cấy mô, kĩ thuật tạo được giống mới là nuôi cấy và dung hợp tế bào trần vì tế bào lai mang bộ nhiễm sắc thể của hai loài khác nhau.

- Kĩ thuật tạo được các dòng thuần chủng là nuôi cấy hạt phấn vì nuôi cấy hạt phấn tạo những cây đơn bội, sau đó, tiến hành lưỡng bội hóa cây đơn bội để thu được cây thuần chủng hữu thụ.

Hình thành kiến thức mới 4 trang 12 Chuyên đề Sinh học 10: Có thể thu được những sản phẩm gì khi nuôi cấy mô tế bào? Các sản phẩm đó được dùng để làm gì?

Trả lời:

- Tùy theo mục đích nuôi cấy, sản phẩm thu được có thể là sinh khối tế bào hoặc cây con.

- Mục đích sử dụng của các sản phẩm khi nuôi cấy mô tế bào:

+ Sinh khối tế bào sau khi được thu nhận sẽ tiếp tục tiến hành xử lí, tinh chế để thu nhận các chất cần thiết.

+ Cây con tiếp tục được nuôi trong môi trường nuôi cấy cho đến khi đạt được kích thước nhất định. Sau đó, các cây này sẽ được đem trồng trong điều kiện ngoại cảnh để cây phát triển tự nhiên.

II. ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ TẾ BÀO THỰC VẬT

Hình thành kiến thức mới 5 trang 12 Chuyên đề Sinh học 10: Tại sao phương pháp nuôi cấy mô tế bào thực vật in vitro lại cho các cây con được sinh ra giống hệt cây mẹ về mặt di truyền?

Trả lời:

Phương pháp nuôi cấy mô tế bào thực vật in vitro tạo các cây con giống hệt mẹ về mặt di truyền vì: Trong nuôi cấy mô tế bào thực vật in vitro, các cây con được sinh ra từ các mẩu mô của cây mẹ thông qua quá trình nguyên phân.

Hình thành kiến thức mới 6 trang 13 Chuyên đề Sinh học 10: Nuôi cấy mô tế bào thực vật in vitro có những ưu điểm và hạn chế gì?

Trả lời:

- Ưu điểm của nuôi cấy mô tế bào thực vật in vitro:

+ Tạo ra được số lượng lớn các giống cây trồng trong một thời gian ngắn.

+ Tái sinh được các cây con hoàn chỉnh từ những bộ phận khác nhau của cây gốc.

+ Tạo ra các cây con đồng nhất về mặt di truyền tạo điều kiện thuận lợi cho việc chăm sóc, thu hoạch và tiêu thụ sản phẩm.

+ Tạo ra nguồn cây giống sạch bệnh.

- Nhược điểm:

+ Đòi hỏi trình độ kĩ thuật cao.

+ Do đồng nhất về mặt di truyền nên khi điều kiện môi trường sống trở nên bất lợi có thể gây chết hàng loạt, dẫn đến thiệt hại lớn về mặt kinh tế.

Hình thành kiến thức mới 7 trang 13 Chuyên đề Sinh học 10: Tại sao cần phải tiến hành chọn lọc các dòng tế bào trước khi nuôi cấy?

Trả lời:

Cần tiến hành chọn lọc các dòng tế bào trước khi nuôi cấy vì: Trong nuôi cấy hạt phấn, các hạt phấn riêng lẻ có thể mọc trên môi trường nhân tạo và hình thành các dòng đơn bội. Các dòng tế bào này mang các kiểu gene khác nhau do kết quả của quá trình tạo giao tử. Do đó, cần tiến hành chọn lọc các dòng tế bào mang các kiểu gene quy định các tính trạng mong muốn rồi mới tiến hành nuôi cấy.

Hình thành kiến thức mới 8 trang 13 Chuyên đề Sinh học 10: Việc chọn lọc các dòng tế bào đơn bội hay lưỡng bội sẽ có ưu thế hơn? Giải thích.

Trả lời:

Chọn lọc các dòng tế bào đơn bội sẽ có ưu thế hơn. Vì các dòng tế bào đơn bội có bộ gene gồm các allele không tồn tại thành từng cặp nên tế bào mang allele lặn vẫn biểu hiện thành kiểu hình, điều này tạo điều kiện thuận lợi cho việc chọn lọc in vitro ở mức tế bào để thu được các dòng có những đặc tính mong muốn.

Hình thành kiến thức mới 9 trang 14 Chuyên đề Sinh học 10: Colchicine gây lưỡng bội hóa bằng cách nào?

Trả lời:

Colchicine gây lưỡng bội hóa bằng cách ức chế sự hình thành thoi phân bào dẫn đến các nhiễm sắc thể đã nhân đôi nhưng không phân li. Do đó, từ bộ nhiễm sắc thể n tạo thành bộ nhiễm sắc thể 2n.

Hình thành kiến thức mới 10 trang 14 Chuyên đề Sinh học 10: Các cây con được tạo ra bằng phương pháp nuôi cấy hạt phấn có đặc điểm gì? Đặc điểm này có lợi ích gì trong thực tiễn?

Trả lời:

- Đặc điểm của các cây con tạo ra bằng phương pháp nuôi cấy hạt phấn là có kiểu gene đồng hợp tử về tất cả các gene.

- Đặc điểm này có lợi ích là tính trạng chọn lọc sẽ rất ổn định.

Hình thành kiến thức mới 11 trang 14 Chuyên đề Sinh học 10: Phương pháp nuôi cấy và dung hợp tế bào trần có ưu thế gì hơn so với các phương pháp tạo giống khác?

Trả lời:

Phương pháp nuôi cấy và dung hợp tế bào trần có ưu thế là tạo được giống mới mang đặc điểm của hai loài mà các phương pháp tạo giống thông thường khác không tạo ra được.

Hình thành kiến thức mới 12 trang 14 Chuyên đề Sinh học 10: Tại sao cần phải loại bỏ thành cellulose trước khi tiến hành dung hợp tế bào?

Trả lời:

Cần loại bỏ thành cellulose trước khi tiến hành dung hợp tế bào vì: Thành cellulose có cấu tạo vững chắc nên không thể dung hợp lại với nhau. Khi loại bỏ thành cellulose thì tế bào chỉ còn màng sinh chất. Lúc này, do tính chất của màng nên các tế bào trần sẽ dễ dung hợp với nhau.

Hình thành kiến thức mới 13 trang 14 Chuyên đề Sinh học 10: Tại sao khi nhân của hai tế bào ban đầu không dung hợp thì tế bào lai không thể tiếp tục phát triển?

Trả lời:

Khi nhân của hai tế bào ban đầu không dung hợp thì tế bào lai không thể tiếp tục phát triển vì: Khi nhân của hai tế bào không dung hợp thì trong tế bào sẽ xảy ra hiện tượng đào thải chọn lọc nhiễm sắc thể; nhân tế bào không điều khiển được quá trình sinh trưởng và phân chia tế bào.

Luyện tập trang 14 Chuyên đề Sinh học 10: Tại sao trong quy trình ứng dụng công nghệ tế bào không thể thiếu bước chọn lọc các dòng tế bào?

Trả lời:

Trong quy trình ứng dụng công nghệ tế bào không thể thiếu bước chọn lọc các dòng tế bào vì: Trong quá trình thu nhận tế bào hoặc nuôi cấy tế bào sẽ có nhiều dạng tế bào khác nhau do kết quả của quá trình tạo giao tử hoặc do nhiễm khuẩn,.... Vì vậy, cần chọn lọc để chọn những dòng tế bào mang đặc tính mong muốn và đem nuôi cấy để thu nhận sản phẩm.

Vận dụng trang 15 Chuyên đề Sinh học 10: Hãy tìm hiểu và trình bày về quy trình nhân giống hoặc tạo giống một loài thực vật bằng công nghệ tế bào đã được tiến hành thành công. Đánh giá vai trò thực tiễn của việc nhân giống hoặc tạo giống loài thực vật đó.

Trả lời:

- Học sinh tìm hiểu và trình bày theo các nội dung sau:

+ Đối tượng: Loài thực vật được nhân giống hoặc tạo giống (cây lương thực, cây dược liệu,...).

+ Vai trò của loài thực vật đó đối với con người (cho biết tại sao phải nhân giống hoặc tạo giống loài thực vật đó).

+ Quy trình nhân giống hoặc tạo giống, sản phẩm tạo thành có đặc điểm gì.

+ Đánh giá vai trò thực tiễn của việc nhân giống hoặc tạo giống loài thực vật đó (hiệu quả mang lại, chi phí sản xuất,...).

- Ví dụ: Quy trình nhân giống mía bằng nuôi cấy mô của Viện Di truyền Nông nghiệp.

Việc nhân giống mía bằng nuôi cấy mô giúp cung cấp nhanh nguồn mía giống sạch bệnh để mở rộng diện tích trồng mía, đáp ứng nhu cầu nguyên liệu cho lĩnh vực sản xuất mía đường.

III. THÀNH TỰU CỦA CÔNG NGHỆ TẾ BÀO THỰC VẬT

Hình thành kiến thức mới 14 trang 16 Chuyên đề Sinh học 10: Trong các thành tựu của công nghệ tế bào thực vật, em đặc biệt quan tâm đến thành tựu nào? Tại sao?

Trả lời:

- Học sinh tìm hiểu thông tin về các thành tựu của công nghệ tế bào thực vật trong sách chuyên đề và đưa ra câu trả lời theo hướng: Thành tựu đó đem lại lợi ích gì cho con người, tác động đến sự phát triển kinh tế – xã hội như tế nào, cơ hội nghề nghiệp,...

- Câu trả lời tham khảo: Trong các thành tựu của công nghệ tế bào thực vật, em quan tâm đến thành tựu thu nhận các chất có hoạt tính sinh học. Vì việc ứng dụng công nghệ tế bào thực vật để thu nhận các chất có hoạt tính sinh học có thể đáp ứng nhu cầu sử dụng các chất có hoạt tính sinh học trong nhiều lĩnh vực y học, mĩ phẩm, thực phẩm. Đồng thời, việc ứng dụng công nghệ tế bào thực vật này còn giúp hạn chế được tình trạng khai thác quá mức các loài cây dược liệu quý hiếm, có nguy cơ tuyệt chủng.

Bài tập 1 trang 18 Chuyên đề Sinh học 10: Bằng cách nào chúng ta có thể phân biệt được một giống cây ăn quả được nhân bản bằng phương pháp nuôi cấy mô tế bào hay được tạo ra bằng phương pháp lai hữu tính thông thường.

Trả lời:

Để phân biệt được một giống cây ăn quả được nhân bản bằng phương pháp nuôi cấy mô tế bào hay được tạo ra bằng phương pháp lai hữu tính thông thường có thể dựa vào các đặc điểm:

- Cây được nhân bản bằng phương pháp nuôi cấy mô được tạo ra do quá trình nguyên phân nên sẽ có đặc điểm giống nhau.

- Cây tạo ra bằng phương pháp lai hữu tính sẽ có nhiều đặc điểm khác nhau do có sự tái tổ hợp lại vật chất di truyền của bố và mẹ, tạo ra nhiều biến dị tổ hợp.

Bài tập 2 trang 18 Chuyên đề Sinh học 10: Trong công nghệ tế bào thực vật, tại sao người ta thường nuôi cấy hạt phấn mà không nuôi cấy noãn? Việc nuôi cấy hạt phấn có lợi thế gì hơn so với tạo giống thực vật bằng phương pháp lai hữu tính thông thường?

Trả lời:

- Trong công nghệ tế bào thực vật, người ta thường nuôi cấy hạt phấn mà không nuôi cấy noãn vì số lượng hạt phấn được tạo ra trên một hoa rất nhiều nên sẽ cho hiệu quả nuôi cấy sẽ cao, trong khi đó, mỗi hoa thường chỉ có một noãn.

- Lợi thế của việc nuôi cấy hạt phấn so với phương pháp lai hữu tính thông thường là tạo ra được các cây con đều thuần chủng về tất cả các gene nên tính trạng chọn lọc được sẽ rất ổn định.

Bài tập 3 trang 18 Chuyên đề Sinh học 10: Có ý kiến cho rằng: "Việc ứng dụng công nghệ tế bào thực vật luôn tạo ra được các giống mới nhằm phục vụ cho nhu cầu của con người". Em có đồng ý không? Giải thích.

Trả lời:

Em không đồng ý với ý kiến trên. Vì không phải ứng dụng công nghệ tế bào thực vật luôn tạo ra giống mới, mà có những phương pháp không tạo ra được giống cây trồng mới mà chỉ giúp nhân nhanh các giống cây mang các đặc tính tốt như như nuôi cấy in vitro, nuôi cấy hạt phấn.

Bài tập 4 trang 18 Chuyên đề Sinh học 10: Hãy đề xuất một ý tưởng tạo ra một giống cây trồng mới bằng công nghệ tế bào. Nêu khái quát cơ sở khoa học, quy trình và lợi ích mà giống thực vật đó mang lại.

Trả lời:

Ví dụ về ý tưởng tạo ra một giống cây trồng mới bằng công nghệ tế bào: Tạo ra cây lai giữa 2 loài thuộc họ cải là su hào và súp lơ dựa trên cơ sở kĩ thuật nuôi cấy và dung hợp tế bào trần.

- Cơ sở khoa học: Sự dung hợp tế bào trần có thể xảy ra giữa các chi, bộ và họ để tạo ra giống mới mang đặc tính của cả hai loài.

- Quy trình thực hiện:

(1) Loại bỏ thành cellulose của hai tế bào su hào và súp lơ để tạo thành tế bào trần.

(2) Cho 2 tế vào vào trong môi trường đặc biệt để chúng dung hợp với nhau.

(3) Nuôi cấy tế bào lai trong môi trường đặc biệt để chúng phân chia và tái sinh thành cây lai khác loài.

(4) Dùng kĩ thuật nuôi cấy tế bào soma để tạo thành nhiều cây từ một cây lai khác loài rồi đưa vào trồng đại trà.

- Lợi ích của giống cây trồng mới: Mong muốn tạo ra được loài thực vật mới có phần gốc tạo củ su hào và phần ngọn tạo bông súp lơ giúp làm tăng hiệu quả kinh tế của cây trồng.

Bài tập 5 trang 18 Chuyên đề Sinh học 10: Một bạn học sinh đã đề xuất quy trình chưa hoàn chỉnh trong nuôi cấy rễ tơ từ cây ké hoa đào (Urena lobata) để thu nhận chất có hoạt tính sinh học dùng chữa bệnh tiểu đường type II. Quy trình được mô tả như Hình 2.9.

a. Cho biết quy trình trên đã chính xác chưa? Nếu chưa, hãy sửa lại cho chính xác.

b. Hãy tìm hiểu và hoàn thiện quy trình bằng cách bổ sung chú thích hai giai đoạn (1) và (2). Cho biết ý nghĩa của hai giai đoạn này?

c. Có ý kiến cho rằng: "Có thể tạo vết thương và cho vi khuẩn xâm nhiễm ở gốc rễ thay vì ở lá". Ý kiến này có đúng không? Giải thích.

d. Trong thực tế, người ta có thể thay thế phương pháp ở giai đoạn (2) bằng phương pháp nào?

Trả lời:

a. Quy trình trên chưa chính xác. Ở bước cho xâm nhiễm vi khuẩn vào lá, phải tạo vết thương ở lá trước rồi mới tiến hành cho vi khuẩn xâm nhiễm vào.

b.

- Bổ sung chú thích hai giai đoạn (1) và (2):

(1) – Kiểm tra sự có mặt của gene chuyển

(2) – Nuôi cấy rễ tơ in vitro

- Ý nghĩa của hai giai đoạn trên:

(1) – Việc kiểm tra sự có mặt của gene chuyển nhằm đảm bảo sự có mặt của các gene mong muốn trong các tế bào thực vật, chọn lọc các tế bào có chứa gene chuyển đem nuôi cấy.

(2) – Việc nuôi cấy rễ tơ in vitro giúp tăng số lượng tế bào và tăng sinh khối.

c. Ý kiến này đúng vì người ta có thể tiến hành nuôi cấy các cơ quan khác nhau ở thực vật.

d. Trong thực tế, người ta có thể thay giai đoạn (2) bằng phương pháp nuôi cấy rễ tơ bằng hệ thống khí canh hoặc thủy canh.

Xem thêm lời giải bài tập Chuyên đề Sinh 10 Chân trời sáng tạo hay, chi tiết khác:

Bài 3: Công nghệ tế bào động vật và thành tựu

Bài 4: Tế bào gốc và công nghệ tế bào gốc

Ôn tập chuyên đề 1

Bài 6: Thành tựu của công nghệ enzyme

Bài 7: Quy trình công nghệ sản xuất enzyme