Giải Sinh học 10 Bài 19 (Kết nối tri thức): Công nghệ tế bào

Giải bài tập Sinh học lớp 10 Bài 19: Công nghệ tế bào

Mở đầu trang 110 Sinh học 10: Các con lợn Ỉn trong hình bên ghi nhận thành tựu về công nghệ tế bào của các nhà sinh học Việt Nam lần đầu tiên nhân bản thành công một loài động vật có vú. Vậy công nghệ tế bào là gì, nguyên lí của nó ra sao mà có thể làm nên những điều kì diệu như vậy?

Trả lời:

- Công nghệ tế bào là quy trình công nghệ nuôi cấy các loại tế bào trong môi trường nhân tạo để tạo ra một lượng lớn tế bào nhằm mục đích nghiên cứu và ứng dụng trong thực tế.

- Nguyên lí của công nghệ tế bào là nuôi cấy các tế bào gốc trong môi trường thích hợp và tạo điều kiện để chúng phân chia rồi biệt hóa thành các loại tế bào khác nhau (tế bào gốc là những tế bào có thể phân chia và biệt hóa thành nhiều loại tế bào khác nhau).

Dừng lại và suy ngẫm (trang 112)

Câu hỏi 1 trang 112 Sinh học 10: Thế nào là công nghệ tế bào động vật? Nêu nguyên lí và một số thành tựu của công nghệ tế bào động vật.

Trả lời:

- Công nghệ tế bào động vật là quy trình công nghệ nuôi cấy các loại tế bào động vật và tế bào người trong môi trường nhân tạo để tạo ra một lượng lớn tế bào nhằm mục đích nghiên cứu và ứng dụng trong thực tế.

- Nguyên lí của công nghệ tế bào động vật là nuôi cấy các tế bào gốc trong môi trường thích hợp và tạo điều kiện để chúng phân chia rồi biệt hóa thành các loại tế bào khác nhau.

- Một số thành tựu nổi bật và có ý nghĩa lớn trong thực tiễn của công nghệ tế bào động vật là:

+ Nhân bản vô tính vật nuôi: đã tạo ra những động vật nhân bản vô tính ở nhiều loài như: ếch, bò, lợn, cừu, ngựa, lừa, chó, mèo, khỉ và nhiều loài động vật có vú khác, nổi bật nhất là sự ra đời của con cừu nhân bản đầu tiên trên thế giới có tên là Dolly (1996). Tại Việt Nam, lần đầu tiên nhân bản thành công vật nuôi là con lợn Ỉ. Nhân bản vật nuôi không chỉ nhằm mục đích sinh sản tạo ra nhiều cá thể có cùng kiểu gene ưu việt mà còn làm tăng số lượng cá thể của những loài có nguy cơ tuyệt chủng.

+ Liệu pháp tế bào gốc: là phương pháp chữa bệnh bằng cách truyền tế bào gốc được nuôi cấy ngoài cơ thể vào người bệnh để thay thế các tế bào bị bệnh di truyền mà không gặp phải sự đào thải tế bào ghép. Các nhà khoa học kì vọng sẽ chữa được các bệnh như Parkinson, bệnh tiểu đường type I, người có cơ tim bị tổn thương do đột quỵ hay bị tổn thương các tế bào thần kinh. Đồng thời, thành tựu trong nuôi cấy các tế bào động vật cũng cho phép việc ứng dụng nghiên cứu phát triển thịt nhân tạo hoặc sản xuất các protein chữa bệnh cho người.

+ Liệu pháp gene: là phương pháp chữa bệnh di truyền nhờ thay thế gene bệnh bằng gene lành bằng cách: Nhân nuôi tế bào trong ống nghiệm, chỉnh sửa gen hoặc thay thế các gene bệnh của tế bào bằng gene lành → Sàng lọc các tế bào đã được chỉnh sửa gene và nhân bản trong ống nghiệm → Truyền các tế bào chỉnh sửa gene vào cơ thể bệnh nhân. Liệu pháp thay thế gene chỉ sử dụng được cho người bệnh di truyền do hỏng một gene nhất định và tế bào bị bệnh phải thuộc loại tế bào liên tục phân chia trong suốt cuộc đời của bệnh nhân.

Câu hỏi 2 trang 112 Sinh học 10: Tế bào gốc là gì? Phân biệt các loại tế bào gốc. Nuôi cấy các tế bào người và động vật trong ống nghiệm đem lại những lợi ích gì?

Trả lời:

- Tế bào gốc là những tế bào có thể phân chia và biệt hóa thành nhiều loại tế bào khác nhau.

- Tế bào gốc có thể được chia thành nhiều loại dựa theo nguồn gốc:

+ Tế bào gốc phôi (còn gọi là tế bào gốc vạn năng): Các tế bào gốc có nguồn gốc từ phôi sớm của động vật, loại tế bào này có thể phân chia và biệt hóa thành mọi loại tế bào của cơ thể trưởng thành.

+ Tế bào gốc trưởng thành (còn gọi là tế bào gốc đa tiềm năng): Tế bào gốc có nguồn gốc từ các mô của cơ thể trưởng thành, chúng chỉ có thể phân chia và biệt hóa thành một số loại tế bào nhất định của cơ thể.

- Lợi ích nuôi cấy các tế bào người và động vật trong ống nghiệm:

+ Sử dụng trong liệu pháp tế bào gốc để chữa trị bệnh di truyền.

+ Cho phép các nhà nghiên cứu phát triển thịt nhân tạo làm thực phẩm cho con người.

+ Từ các tế bào gốc ban đầu, nếu gặp điều kiện thuận lợi có thể phát triển thành các bộ phận, cơ quan khác của cơ thể, mở ra tương lai tổng hợp nhân tạo và cung cấp nguồn thay thế cho cơ quan bị suy giảm chức năng ở người và động vật, khi cần thiết.

Dừng lại và suy ngẫm (trang 114)

Câu hỏi 1 trang 114 Sinh học 10: Công nghệ tế bào thực vật là gì?

Trả lời:

Công nghệ tế bào thực vật là quy trình công nghệ nuôi cấy các tế bào, mô thực vật ở điều kiện vô trùng để tạo ra các cây có kiểu gene giống nhau nhằm mục đích nhân giống.

Câu hỏi 2 trang 114 Sinh học 10: Nêu nguyên lí công nghệ tế bào thực vật. Để cho các tế bào thực vật đã biệt hóa có thể phân chia và phát triển thành một cây hoàn chỉnh thì các nhà khoa học cần nuôi cấy trong những điều kiện như thế nào?

Trả lời:

- Nguyên lí của công nghệ tế bào thực vật là dùng môi trường dinh dưỡng có bổ sung các hormone thực vật thích hợp để tạo điều kiện cho các tế bào thực vật phân chia và biệt hóa thành các loại tế bào khác nhau, từ đó hình thành nên các cây mới.

- Để cho các tế bào thực vật đã biệt hóa có thể phân chia và phát triển thành một cây hoàn chỉnh, các nhà khoa học cần nuôi cấy tế bào trong những điều kiện môi trường dinh dưỡng có bổ sung các hormone thực vật thích hợp với từng giai đoạn phát triển của mô, cây.

Câu hỏi 3 trang 114 Sinh học 10: Nêu một số thành tựu của công nghệ tế bào thực vật.

Trả lời:

Một số thành tựu của công nghệ tế bào thực vật là:

- Kĩ thuật nuôi cấy mô tế bào: Nhân nhanh với số lượng lớn cây ở những loài quý hiếm có thời gian sinh trưởng chậm (ví dụ nhân nhanh giống phong lan quý, sâm ngọc linh), cây kháng bệnh virus và nhiều bệnh khác. Công nghệ tế bào thực vật kết hợp với công nghệ di truyền có thể tạo ra giống cây biến đổi gene hay cây chuyển gene nhằm thỏa mãn nhu cầu của con người (ví dụ tạo ra giống lúa “gạo vàng” có khả năng tổng hợp β – caroten).

- Kĩ thuật lai tế bào sinh dưỡng: Tạo ra giống mới mang đặc điểm của hai loài mà bằng phương pháp tạo giống thông thường không tạo ra được (ví dụ tạo ra giống cây pomato cho củ khoai tây và cho quả cà chua).

- Kĩ thuật nuôi cấy hạt phấn hoặc noãn chưa thụ tinh: Tạo ra các cây có kiểu gene đồng hợp tử về tất cả các gene, đem lại nhiều lợi ích trong công tác tạo giống cây trồng.

Luyện tập và vận dụng (trang 114)

Câu 1 trang 114 Sinh học 10: Khi đi ngang qua một cánh đồng trồng cây chuối, người ta có thể dễ dàng phát hiện ra đó có phải là những cây chuối nuôi cấy mô hay không. Em giải thích tại sao.

Trả lời:

Khi đi ngang qua một cánh đồng trồng cây chuối, người ta có thể dễ dàng phát hiện ra đó là những cây chuối nuôi cấy mô vì: Các cây được tạo ra nhờ nuôi cấy mô có sự giống nhau cao về mặt di truyền nên trong cùng điều kiện chăm sóc, những cây chuối này sẽ có đặc điểm hình thái, sinh lí đồng nhất. Sự phát triển đồng đều của những cây chuối này chính là dấu hiệu giúp nhận biết cánh đồng chuối này được tạo ra bằng phương pháp nuôi cấy mô.

Câu 2 trang 114 Sinh học 10: Việc trồng các giống cây nuôi cấy mô trên một diện tích rộng có thể đem lại lợi ích kinh tế rất lớn nhưng cũng đem lại rủi ro cao. Tại sao?

Trả lời:

- Những lợi ích kinh tế từ việc trồng các giống cây nuôi cấy mô trên một đơn vị diện tích rộng: Các giống cây được tạo ra nhờ nuôi cấy mô thường sạch bệnh và có tính đồng nhất cao về mặt di truyền nên trong điều kiện thuận lợi, tất cả các cây sẽ phát triển rất nhanh, cho sản phẩm nhiều và chất lượng đảm bảo, đặc biệt dễ chăm sóc.

- Những rủi ro từ việc trồng các giống cây nuôi cấy mô trên một đơn vị diện tích rộng: Do đồng nhất về mặt di truyền nên một tác nhân bất lợi cũng có thể tác động tiêu cực đến tất cả các cây giống, gây ra giảm năng suất hoặc chết hàng loạt.

Lý thuyết Sinh học 10 Bài 19: Công nghệ tế bào

I. Công nghệ tế bào động vật

1. Khái niệm:

Là quy trình công nghệ nuôi cấy các loại tế bào động vật và tế bào người trong môi trường nhân tạo để tạo ra một lượng lớn tế bào nhằm mục đích nghiên cứu và ứng dụng trong thực tế.

2. Nguyên lí:

Là nuôi cấy các tế bào gốc trong môi trường thích hợp và tạo điều kiện để chúng nguyên phân nhiều lần rồi biệt hóa thành các loại tế bào khác nhau.

Tế bào gốc là những tế bào có thể phân chia và biệt hóa thành nhiều loại tế bào khác nhau.

3. Thành tựu:

Ba thành tựu nổi bật và có ý nghĩa lớn trong thực tiễn của công nghệ tế bào động vật là: (1) Nhân bản vô tính vật nuôi; (2) Liệu pháp tế bào gốc và (3) Liệu pháp gene.

a) Nhân bản vô tính vật nuôi:

Quy trình nhân bản vô tính được mô tả trong hình 19.1.

Mục đích của nhân bản vô tính là tạo ra nhiều cá thể có cùng kiểu gene ưu việt, tăng số lượng cá thể ở những loài có nguy cơ tuyệt chủng.

b) Liệu pháp tế bào gốc:

Là phương pháp chữa bệnh bằng cách truyền tế bào gốc được nuôi ngoài cơ thể vào người bệnh thay thế các tế bào bị bệnh di truyền.

Dù vậy, phương pháp này vẫn mắc phải sự phản đối về vấn đề đạo đức.

Ví dụ: dùng liệu pháp tế bào gốc chữa bệnh tiểu đường type I.

c) Liệu pháp gene:

Là phương pháp chữa bệnh di truyền nhờ thay thế gene bệnh bằng gene lành. Một số vấn đề đã giải quyết được:

1. Nhân nuôi tế bào trong ống nghiệm, chỉnh sửa gene hoặc thay thế gene bệnh.

2. Sàng lọc tế bào được chỉnh sửa gene và nhân bản trong ống nghiệm

3. Truyền các tế bào chỉnh sửa gene vào cơ thể bệnh nhân

Chỉ sử dụng cho người bệnh di truyền do hỏng gene nhất định và phải thuộc loại tế bào liên tục phân chia suốt đời.

II. Công nghệ tế bào thực vật

1. Khái niệm:

Là quy trình công nghệ nuôi cấy các tế bào, mô thực vật ở điều kiện vô trùng để tạo ra các cây có kiểu gene giống nhau nhằm nhân giống.

2, Nguyên lí:

Là dùng môi trường dinh dưỡng có bổ sung các hormone thực vật thích hợp tạo điều kiện để nuôi cấy các tế bào thực vật tái sinh thành cây mới.

3. Thành tựu:

a) Nuôi cấy mô tế bào:

Các mô tế bào chuyên hóa được tách khỏi cây đưa vào ống nghiệm => Nuôi trong điều kiện vô trùng với đầy đủ dinh dưỡng và hormone => tạo thành mô sẹo (mô callus) => mô seo phân chia hình thành rễ, thân, lá và thành cây con.

b) Lai tế bào sinh dưỡng:

Là kĩ thuật lai tế bào sinh dưỡng của hai loài khác nhau để tạo thành tế bào lai, sau đó đưa tế bào lai nuôi cấy trong môi trường đặc biệt để chúng phân chia thành cây lai.

c) Nuôi cấy hạt phấn hoặc noãn chưa thụ tinh:

Hạt phấn hoặc noãn chưa thụ tinh được nuôi cấy trong ống nghiệm rồi cho phát triển thành cây đơn bội hoặc lưỡng bội hóa và nuôi cấy để tạo cây hoàn chỉnh.

Sơ đồ tư duy công nghệ tế bào:

Xem thêm lời giải bài tập sách giáo khoa Sinh học lớp 10 sách Kết nối tri thức hay, chi tiết khác:

Bài 18: Thực hành: Làm và quan sát tiêu bản quá trình nguyên phân và giảm phân

Bài 19: Công nhệ tế bào

Bài 20: Dự đa dạng và phương pháp nghiên cứu vi sinh vật

Bài 21: Trao đổi chất, sinh trưởng và sinh sản ở vi sinh vật

Bài 22: Vai trò và ứng dụng của vi sinh vật