Giải Sinh học 10 Bài 21 (Chân trời sáng tạo): Công nghệ tế bào

Giải Sinh học 10 Bài 21: Công nghệ tế bào

Mở đầu trang 98 Sinh học 10: Các phương pháp lai tạo giống vật nuôi và cây trồng truyền thống tạo ra các cá thể con mang những đặc tính di truyền giống bố mẹ và những đặc điểm sai khác so với bố mẹ. Vậy, để tạo ra hàng loạt cây trồng từ một phần cơ thể (mô hoặc tế bào) và mang đặc điểm giống hệt cơ thể bố hoặc mẹ thì người ta thường dùng phương pháp nào? Tại sao?

Trả lời:

Người ta sử dụng nhân giống bằng ứng dụng công nghệ tế bào để tạo ra hàng loạt cây trồng từ một phần cơ thể (mô hoặc tế bào) và mang đặc điểm giống hệt cơ thể bố hoặc mẹ. Vì công nghệ tế bào dựa trên tính toàn năng, nguyên lí phân chia và biệt hóa của tế bào nên có thể tạo ra các sản phẩm là các dòng tế bào, mô, cơ quan, cơ thể với số lượng lớn.

Câu hỏi 1 trang 98 Sinh học 10: Quan sát Hình 21.1 và 21.2, cho biết thế nào là công nghệ tế bào.

Trả lời:

Công nghệ tế bào là quy trình kĩ thuật ứng dụng phương pháp nuôi cấy tế bào hoặc nuôi cấy mô trên môi trường dinh dưỡng nhân tạo để tạo ra cơ quan hoặc cơ thể hoàn chỉnh.

Luyện tập trang 98 Sinh học 10: Nêu những thành tựu của công nghệ tế bào mà em biết.

Trả lời:

Một số thành tựu của công nghệ tế bào:

- Nhân giống các loài cây ăn quả như chuối, dâu tây, dừa, dứa,...

- Tạo giống mới như giống lúa DR2 có năng suất cao, tạo giống khoai tây sạch bệnh,...

- Sử dụng công nghệ tế bào thực vật để nhân giống bảo tồn một số thực vật quý hiếm như lan kim tuyến, sâm ngọc linh,...

- Nhân bản vô tính cừu Dolly,...

- Nuôi cấy tế bào động vật có vú để sản xuất các dược phẩm được sử dụng trong điều trị các bệnh tim mạch, bệnh thiếu máu, bệnh máu khó đông, bệnh truyền nhiễm, bệnh lùn bẩm sinh,...

Câu hỏi 2 trang 99 Sinh học 10: Cơ sở khoa học của công nghệ tế bào là gì?

Trả lời:

Cơ sở của công nghệ tế bào là dựa trên tính toàn năng, khả năng biệt hóa và phản biệt hóa của tế bào.

Câu hỏi 3 trang 99 Sinh học 10: Quan sát Hình 21.2 và 21.3, cho biết nguyên lí để thực hiện công nghệ tế bào là gì.

Trả lời:

Nguyên lí để thực hiện công nghệ tế bào: Các tế bào toàn năng có khả năng biệt hóa và phản biệt hóa thành những loại tế bào khác nhau trong cơ thể. Do đó, người ta có thể điều khiển sự biệt hóa bằng thành phần môi trường, trong đó quan trọng nhất là hormone sinh trưởng.

Câu hỏi 4 trang 99 Sinh học 10: Quan sát Hình 21.3 và 21.4, cho biết tính toàn năng của tế bào là gì. Tính toàn năng của tế bào thực vật và động vật giống hay khác nhau?

Trả lời:

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

- Tính toàn năng của tế bào động vật và thực vật khác nhau:

+ Tế bào thực vật trưởng thành có thể phân chia và biệt hóa để hình thành cây hoàn chỉnh.

+ Tế bào động vật trưởng thành thường chỉ có thể hình thành những mô nhất định.

Câu hỏi 5 trang 100 Sinh học 10: Hãy cho biết mô sẹo có thể phát triển thành bộ phận nào của cây con?

Trả lời:

Mô sẹo là một nhóm tế bào chưa phân hóa, có thể phát triển tất cả các bộ phận của cây như rễ, thân, lá,.. để tạo thành một cây con hoàn chỉnh.

Câu hỏi 6 trang 100 Sinh học 10: Trình bày tóm tắt quy trình thực hiện nhân giống cây trồng bằng công nghệ tế bào thực vật.

Trả lời:

Quy trình thực hiện nhân giống cây trồng bằng công nghệ tế bào thực vật:

- Bước 1: Tách các mẫu mô từ cơ quan của cơ thể thực vật.

- Bước 2: Cho các mẫu mô nuôi cấy trong môi trường thích hợp để tạo mô sẹo.

- Bước 3: Bổ sung hormone kích thích sinh trưởng để kích thích mô sẹo phát triển thành cây con.

- Bước 4: Đem cây con chuyển sang trồng trong vườn ươm cho phát triển thành cây trưởng thành.

- Bước 5: Đem cây trưởng thành từ vườn ươm chuyển sang trồng trong môi trường thực địa.

Câu hỏi 7 trang 101 Sinh học 10: Quan sát Hình 21.6 và trình bày quy trình thực hiện nhân bản vô tính vật nuôi.

Trả lời:

Quy trình thực hiện nhân bản vô tính vật nuôi:

- Bước 1: Tách tế bào tuyến vú của con cừu (A) và nuôi trong phòng thí nghiệm.

- Bước 2: Tách tế bào trứng của con cừu (B), sau đó loại bỏ nhân của tế bào trứng này.

- Bước 3: Chuyển nhân của tế bào tuyến vú vào tế bào trứng đã loại bỏ nhân tạo nên tế bào lai.

- Bước 4: Nuôi cấy tế bào lai trên môi trường nhân tạo cho phát triển thành phôi.

- Bước 5: Cấy phôi vào tử cung của con cừu cái C để “mang thai hộ”.

- Bước 6: Phôi phát triển thành cơ thể mới tạo ra cừu Dolly có đặc điểm di truyền hầu như giống con cừu A.

Câu hỏi 8 trang 101 Sinh học 10: Quan sát Hình 21.7 và cho biết thế nào là cấy truyền phôi động vật.

Trả lời:

Cấy truyền phôi ở động vật là công nghệ tăng sinh sản ở động vật. Trong đó, phôi động vật được tách thành nhiều phôi rồi cấy vào tử cung của các con cái khác nhau để tạo ra được nhiều con vật có kiểu gene giống nhau.

Câu hỏi 9 trang 101 Sinh học 10: Trình bày sơ đồ quy trình cấy truyền phôi động vật.

Trả lời:

Quy trình cấy truyền phôi động vật:

- Bước 1: Lấy trứng và tinh trùng của động vật cho thụ tinh nhân tạo và nuôi cấy trên môi trường dinh dưỡng nhân tạo để tạo thành phôi.

- Bước 2: Tách phôi tạo được thành nhiều tế bào, kích thích mỗi tế bào đó phát triển thành một phôi hoàn chỉnh.

- Bước 3: Chuyển các phôi hoàn chỉnh vào trong các cá thể con mẹ cho mang thai rồi sinh con.

Luyện tập trang 102 Sinh học 10: Trong thực tế, đã có những thành tựu công nghệ tế bào động vật nào được đưa vào ứng dụng và sản xuất?

Trả lời:

Những thành tựu công nghệ tế bào động vật được đưa vào ứng dụng và sản xuất trong thực tế:

- Tạo ra các động vật chuyển gene ứng dụng trong nghiên cứu và sản xuất sản phẩm phục vụ đời sống. Ví dụ: Tạo chuột chuyển gene được sử dụng làm mô hình trong các nghiên cứu về bệnh ở người,...

- Sử dụng công nghệ tế bào gốc để điều trị các tổn thương da, tổn thương tim, tạo ra nhiều tế bào giúp hoàn thiện liệu pháp chống ung thư,...

- Mở ra những triển vọng và thành công bước đầu trong việc bảo tồn động vật quý hiếm và có khả năng phục hồi các nhóm động vật bị tuyệt chủng.

Vận dụng trang 102 Sinh học 10: Hãy tìm hiểu về một thành tựu của công nghệ tế bào thực vật hoặc động vật. Đánh giá tính hiệu quả của việc ứng dụng thành tựu đó trong đời sống.

Trả lời:

- Thành tựu: Sử dụng tế bào gốc để chăm sóc da.

- Đánh gá tính hiệu quả của thành tựu: Điều trị bằng tế bào gốc là một liệu pháp giúp ngăn chặn sự lão hóa hiệu quả nhờ khả năng thay thế các tế bào da cũ trong thời gian ngắn, giúp cải thiện bề mặt da. Các tế bào gốc được sử dụng để nuôi dưỡng, ngăn ngừa những vấn đề lão hóa da mà không gây tác dụng phụ, dị ứng hoặc nhiễm trùng.

Bài tập 1 trang 103 Sinh học 10: Vì sao tính toàn năng của tế bào là cơ sở để thực hiện công nghệ tế bào?

Trả lời:

Tính toàn năng của tế bào là khả năng tế bào có thể phân chia và biệt hóa thành nhiều loại tế bào khác nhau để có thể tạo ra cơ thể hoàn chỉnh trong điều kiện thích hợp. Bởi vậy, tính toàn năng trở thành cơ sở để thực hiện công nghệ tế bào.

Bài tập 2 trang 103 Sinh học 10: Hãy phân tích các bước thực hiện quy trình nhân giống bằng công nghệ tế bào thực vật ở cà rốt và nhân bản cừu Dolly bằng công nghệ tế bào động vật.

Trả lời:

● Quy trình nhân giống bằng công nghệ tế bào thực vật ở cà rốt:

- Bước 1: Thu mẫu mô từ củ cà rốt.

- Bước 2: Cho các mẫu mô nuôi cấy trong môi trường thích hợp để tạo mô sẹo.

- Bước 3: Bổ sung hormone kích thích sinh trưởng để kích thích mô sẹo phát triển thành cây con.

- Bước 4: Đem cây con chuyển sang trồng trong vườn ươm cho phát triển thành cây trưởng thành.

- Bước 5: Đem cây trưởng thành từ vườn ươm chuyển sang trồng trong môi trường thực địa.

● Quy trình nhân bản cừu Dolly bằng công nghệ tế bào động vật:

- Bước 1: Tách tế bào tuyến vú của con cừu (A) và nuôi trong phòng thí nghiệm.

- Bước 2: Tách tế bào trứng của con cừu (B), sau đó loại bỏ nhân của tế bào trứng này.

- Bước 3: Chuyển nhân của tế bào tuyến vú vào tế bào trứng đã loại bỏ nhân tạo nên tế bào lai.

- Bước 4: Nuôi cấy tế bào lai trên môi trường nhân tạo cho phát triển thành phôi.

- Bước 5: Cấy phôi vào tử cung của con cừu cái C để “mang thai hộ”.

- Bước 6: Phôi phát triển thành cơ thể mới tạo ra cừu Dolly có đặc điểm di truyền hầu như giống con cừu A.

Bài tập 3 trang 103 Sinh học 10: Sưu tầm hình ảnh và thông tin trên sách, báo,... về các phương pháp tạo giống bằng công nghệ tế bào thực vật (như nuôi cấy hạt phấn, dung hợp tế bào trần,...) và chia sẻ với bạn.

Trả lời:

● Nuôi cấy hạt phấn:

- Quy trình: Nuôi cấy hạt phấn trên môi trường dinh dưỡng nhân tạo để tạo thành các dòng đơn bội → Chọn lọc các dòng đơn bội có kiểu hình mong muốn → Lưỡng bội hóa các dòng đơn bội thành dòng lưỡng bội rồi nuôi cấy tạo thành cây hoàn chỉnh.

- Ứng dụng: Tạo nhanh các dòng thuần về tất cả các gen.

● Dung hợp tế bào trần:

- Quy trình: Tạo tế bào trần bằng cách dùng enzyme hoặc vi phẫu để phá bỏ thành cellulose → Dung hợp hai khối nhân và tế bào chất thành tế bào lai → Nuôi cấy tế bào lai trên môi trường dinh dưỡng nhân tạo để tạo thành cây lai.

- Ứng dụng: Tạo cây lai mang đặc tính của hai loài khác nhau mà phương pháp lai thông thường không thể tạo ra được.

Bài tập 4 trang 103 Sinh học 10: Nhân bản vô tính và cấy truyền phôi ở động vật có những đặc điểm gì giống và khác nhau.

Trả lời:

Lý thuyết Sinh học 10 Bài 21: Công nghệ tế bào

I. Công nghệ tế bào là gì?

1. Khái niệm công nghệ tế bào

- Công nghệ tế bào là quy trình kĩ thuật ứng dụng phương pháp nuôi cấy tế bào hoặc nuôi cấy mô trên môi trường dinh dưỡng nhân tạo để tạo ra cơ quan hoặc cơ thể hoàn chỉnh.

Các bước cơ bản trong công nghệ tế bào thực vật

2. Nguyên lí của công nghệ tế bào

- Cơ sở khoa học của công nghệ tế bào: dựa trên tính toàn năng, khả năng biệt hóa và phản biệt hóa, khả năng phân chia và điều khiển sự biệt hóa bằng thành phần môi trường trong đó quan trọng nhất là hormone sinh trưởng.

- Nguyên lí của công nghệ tế bào: mỗi tế bào chứa hệ gene của tế bào quy định tất cả các đặc tính và tính trạng của cơ thể sinh vật. Các tế bào toàn năng có khả năng biệt hóa và phản biệt hóa thành những loại tế bào khác nhau trong cơ thể. Do đó, tùy thuộc vào điều kiện môi trường nuôi cấy mà tế bào có thể tạo ra các sản phẩm công nghệ khác nhau.

Các bước cơ bản nuôi cấy mô ở cà rốt

- Tính toàn năng của tế bào:

+ Tính toàn năng của tế bào là khả năng biệt hóa và phản biệt hóa của tế bào thành những loại tế bào khác nhau trong cơ thể.

+ Tính toàn năng của tế bào động vật và thực vật khác nhau: Tế bào thực vật trưởng thành có thể phân chia và biệt hóa để hình thành cây hoàn chỉnh, tế bào động vật trưởng thành thường chỉ có thể hình thành những loại tế bào nhất định.

Khả năng biệt hóa và tự làm mới của tế bào gốc động vật

II. Công nghệ tế bào thực vật

1. Công nghệ tế bào thực vật

- Công nghệ tế bào thực vật được thực hiện dựa trên tính toàn năng của tế bào để tạo ra các mô tế bào, các cơ quan hay các cơ thể mới.

- Quy trình nhân giống bằng công nghệ tế bào thực vật:

+ Bước 1: Tách các mẫu mô từ cơ quan của cơ thể thực vật.

+ Bước 2: Cho các mẫu mô nuôi cấy trong môi trường thích hợp để tạo mô sẹo.

+ Bước 3: Bổ sung hormone kích thích sinh trưởng để kích thích mô sẹo phát triển thành cây con.

+ Bước 4: Đem cây con chuyển sang trồng trong vườn ươm cho phát triển thành cây trưởng thành.

+ Bước 5: Đem cây trưởng thành từ vườn ươm chuyển sang trồng trong môi trường thực địa.

Nhân nhanh giống cây trồng từ mảnh mô lá

- Mục đích nhân giống bằng công nghệ tế bào thực vật:

+ Cung cấp đủ số lượng cây trồng trong một thời gian ngắn và đồng nhất về đặc tính di truyền nhằm đáp ứng yêu cầu của sản xuất.

+ Bảo tồn được một số nguồn gene thực vật quý hiếm có nguy cơ tuyệt chủng.

2. Một số thành tựu của công nghệ tế bào thực vật

- Công nghệ tế bào thực vật được ứng dụng khá rộng rãi trong nhân giống in vitro ở cây trồng và trong tạo giống cây trồng mới.

- Một số thành tựu:

+ Nhân nhanh các giống cây ăn quả bao gồm chuối già Nam Mỹ, chuối sứ, dâu tây chịu nhiệt, dừa, dứa,...

+ Nhân nhanh các giống cây cảnh có giá trị cao như lan hồ điệp, lan rừng đột biến,… và cây cảnh ngắn ngày như hoa hồng, thược dược, cúc, đồng tiền,...

+ Nhân nhanh các giống cây dược liệu như đinh lăng, đẳng sâm, sâm Ngọc Linh,...

+ Nhân nhanh các giống cây lấy gỗ như bạch đàn, keo lai, cầm lai,...

Một số thành tựu nuôi cấy mô tế bào thực vật ở Việt Nam

III. Công nghệ tế bào động vật

1. Công nghệ tế bào động vật

- Công nghệ tế bào động vật được thực hiện dựa trên tính toàn năng và khả năng biệt hóa của tế bào gốc. Tùy theo sự thay đổi về điều kiện và thành phần môi trường nuôi cấy tế bào gốc, nhất là thành phần hormone sinh trưởng, và nhờ quá trình phân bào đã tạo ra các mô, cơ quan hay cơ thể mới.

- Công nghệ tế bào động vật gồm hai kĩ thuật chính là: nhân bản vô tính và cấy truyền phôi.

- Quy trình nhân bản vô tính cừu Dolly:

+ Bước 1: Tách tế bào tuyến vú của con (A) và nuôi trong phòng thí nghiệm.

+ Bước 2: Tách tế bào trứng của con (B), sau đó loại bỏ nhân của tế bào trứng này.

+ Bước 3: Chuyển nhân của tế bào tuyến vú vào tế bào trứng đã loại bỏ nhân tạo nên tế bào lai.

+ Bước 4: Nuôi cấy tế bào lai trên môi trường nhân tạo cho phát triển thành phôi.

+ Bước 5: Cấy phôi vào tử cung của con cừu cái C để “mang thai hộ”.

+ Bước 6: Phôi phát triển thành cơ thể mới tạo ra cừu Dolly có đặc điểm di truyền hầu như giống con cừu A.

Quy trình nhân bản vô tính cừu Dolly

- Quy trình cấy truyền phôi động vật:

+ Bước 1: Tách lấy phôi từ động vật cho phôi.

+ Bước 2: Sử dụng các biện pháp để tác động vào phôi đó trước khi chuyển vào cơ thể nhận.

+ Bước 3: Cấy phôi đã chịu tác động ở bước 2 vào tử cung của các động vật nhận phôi để các động vật này mang thai và sinh con.

Quy trình cấy truyền phôi

→ Cấy truyền phôi ở động vật là kĩ thuật chia cắt phôi động vật thành nhiều phôi rồi cấy các phôi này vào tử cung của các con cái khác nhau để tạo ra được nhiều con vật có kiểu gene giống nhau.

2. Một số thành tựu của công nghệ tế bào động vật

- Sử dụng tế bào gốc và công nghệ tế bào gốc để ứng dụng chăm sóc da và hỗ trợ điều trị một số bệnh lí về da.

- Thành lập ngân hàng tế bào gốc MekoStem để thu thập, phân lập, bảo quản, biệt hóa và cung cấp các tế bào gốc từ màng dây rốn nhằm ứng dụng điều trị các tổn thương da và các vết thương mãn tính lâu liền.

- Sử dụng liệu pháp tế bào gốc nuôi niêm mạc miệng của bệnh nhân thành kết mạc để chữa mắt.

- Thành công bước đầu trong ứng dụng công nghệ tế bào gốc điều trị tổn thương vùng cơ tim gây suy tim.

- Thành công nuôi cấy tế bào mầm tinh trùng của chuột thành tinh trùng, mở ra triển vọng trong điều trị vô sinh ở nam giới.

- Chuyển gene thành công tạo ra những con cá phát sáng mở ra cách bảo tồn hoặc chữa bệnh mới.

- Ứng dụng hiểu biết về nhân tố kiểm soát sự tăng trưởng và chuyên biệt hóa của tế bào gốc để kiểm soát cách thức tế bào tạo ra nhiều tế bào giúp hoàn thiện liệu pháp chống ung thư.

Sự biệt hóa tạo các loại tế bào khác nhau của mô phôi từ tế bào gốc

Xem thêm lời giải bài tập Sinh học lớp 10 Chân trời sáng tạo với cuộc sống hay, chi tiết khác:

Ôn tập chương 4

Bài 22: Khái quát về vi sinh vật

Bài 23: Thực hành: Một số phương pháp nghiên cứu vi sinh vật

Bài 24: Quá trình tổng hợp và phân giải ở vi sinh vật

Bài 25: Sinh trưởng và sinh sản ở vi sinh vật