Sinh học - Chương IV: Công nghệ sinh học thực vật

3/3/2015 1 CÔNG NGHỆ SINH HỌC THỰC VẬT Nguyễn Vũ Phong Chương IV Lịch sử phát triển • 1902 – 1930: Thử nghiệm ban đầu • 1934 – 1954: - Nuôi thành công tế bào cà rốt (Gautheret, 1937) - Phát hiện vitamine, auxin và cytokinin • 1957 – 1992: - Tách và nuôi tế bào đơn - Vai trò auxin/cytokinin - Tạo protoplast và tái sinh cây - Tạo cây đơn bội từ từ nuôi cấy túi phấn • Sản xuất quy mô lớn và trên diện rộng Những ưu thế của nuôi cấy mô và tế bào Micropropagation - Hệ số nhân giống cao, chủ động - Giữ nguyên đặc tính cây mẹ Những ưu thế của nuôi cấy mô và tế bào Chọn giống in vitro - Rút ngắn thời gian - Chọn các đặc tính quý Những ưu thế của nuôi cấy mô và tế bào Khai thác các hợp chất - Chất quý, cấu trúc phức tạp, không tổng hợp được bằng phương pháp hóa học - Giảm giá thành Vai trò CNSH TV trong tương lai • Tăng sản lượng lương thực gấp đôi , giảm nhập lượng - Chọn giống: chống chịu thời tiết khắc nghiệt, phẩm chất tốt, năng suất cao, có khả năng sản xuất hóa chất, protein phục vụ - Biện pháp chống sâu bệnh, cỏ dại. - Giảm thuốc trừ sâu, diệt cỏ, phân bón • Phát triển bền vững - Hệ thống canh tác - Sản xuất sạch và xanh 3/3/2015 2 • Tính toàn thế (totipotency) Tế bào sống qua nuôi cấy sẽ tăng trưởng thành cây tạo hoa quả. Nuôi cấy mô và cơ quan thực vật • Môi trường nuôi cấy - Nguyên tố đa lượng: N , P, K, S, Ca, Mg - Nguyên tố vi lượng: Fe, Mn, Zn, Br, Cu, Co, Mo - Vitamine: B1, nicotinic acid, biotin,.. - Nguồn carbone: surcrose hoặc glucose - Chất điều hòa tăng trưởng : auxine và cytokinine, GA, ABA - Các chất phụ trợ khác Nuôi cấy mô và cơ quan thực vật [cytokinin] 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 mg/L [auxin] 0 0.1 0.3 1.0 3.0 mg/L • Chất điều hòa sinh trưởng Nuôi cấy mô và cơ quan thực vật • Mẫu dùng trong nuôi cấy - Tế bào đang phát triển mạnh chiếm tỉ lệ lớn - Cây mẹ có phẩm chất tốt, năng suất cao và không có triệu chứng bệnh - Được vô trùng trước khi nuôi cấy trên môi trường dinh dưỡng Nuôi cấy mô và cơ quan thực vật • Nuôi cấy mô phân sinh và cơ quan Mẫu Nuôi cấy trên môi trườngKhử trùng Tạo cụm chồi Nhân giống AuxineCytokinine Duy trì Nuôi dòng tế bào đơnDuy trì Nuôi cấy mô và cơ quan thực vật Figure 11.5 Root of carrot plant Root cells in growth medium Cell division in culture Single cell Plantlet Adult plant Nuôi cấy mô và cơ quan thực vật 3/3/2015 3 • Nuôi cấy bao phấn (anther) và hạt phấn (pollen) Tạo cây đơn bội trong chọn giống Nuôi cấy mô và cơ quan thực vật Quá trình vi nhân giống • Nhân giống vô tính quy mô lớn - Hệ số nhân giống lớn - Sự đồng đều của cây giống ảnh hưởng đến năng suất và chất lượng sản phẩm - Rút ngắn thời kỳ sinh trưởng và sử dụng ưu thế lai Ứng dụng nuôi cấy mô và cơ quan thực vật • Củ bi và hạt giống nhân tạo (artificial seeds) - Dễ dàng bảo quản và vận chuyển - Cung cấp giống số lượng lớn Ứng dụng nuôi cấy mô và cơ quan thực vật • Lập ngân hàng gene thực vật Ứng dụng nuôi cấy mô và cơ quan thực vật • Sản xuất cây giống sạch mầm bệnh Ứng dụng nuôi cấy mô và cơ quan thực vật 3/3/2015 4 • Sản xuất cây giống sạch mầm bệnh Ứng dụng nuôi cấy mô và cơ quan thực vật Nuôi cấy tế bào thực vật Nuôi cấy tế bào thực vật Nuôi cấy tế bào thực vật • Tế bào trần (Protoplast) Biến đổi di truyền thực vật Cải thiện giống cây trồng: kháng thuốc diệt cỏ, kháng bệnh, sâu bệnh Biến đổi di truyền thực vật Cải thiện giống cây trồng: kháng thuốc diệt cỏ, kháng bệnh, sâu bệnh 3/3/2015 5 Biến đổi di truyền thực vật Cải thiện giống cây trồng: kháng thuốc diệt cỏ, kháng bệnh, sâu bệnh Biến đổi di truyền thực vật Tạo giống chống chịu điều kiện khí hậu bất lợi, già hóa Biến đổi di truyền thực vật Tạo sắc tố ở các thực vật chuyển gene Biến đổi di truyền thực vật Biến đổi chất lượng thực phẩm cây trồng Biến đổi di truyền thực vật Biến đổi chất lượng thực phẩm cây trồng Biến đổi di truyền thực vật Biến đổi chất lượng thực phẩm cây trồng 3/3/2015 6 Biến đổi di truyền thực vật Thực vật sản xuất vaccine, proteine trị liệu Sản xuất dầu nhờn công nghiệp Sản xuất plastid CÔNG NGHỆ SINH HỌC ĐỘNG VẬT Nguyễn Vũ Phong Chương V Đặc điểm • Kỹ thuật phức tạp khó thực hiện • Phục vụ cho phòng và chữa bệnh • Dễ ứng dụng cho con người, nhạy cảm đối với vấn đề xã hội • Nhiều ứng dụng trong chăn nuôi Những khó khăn • Không có tính toàn thế (totipotency) • Phát sinh số bội thể trong quá trình nuôi cấy • Chết theo chương trình (apotosis) Môi trường dinh dưỡng • Môi trường tự nhiên: máu, huyết tương, nước ối , dịch chiết của phôi... • Môi trường tổng hợp: cần có huyết tương (serum) + dung dịch sinh lý (các loại muối) • Thành phần cơ bản – Ion vô cơ căn bản (Na, Ca, K,...) – Áp suất thẩm thấu phải chính xác – pH chính xác (7-7,3) – Nguồn năng lượng từ glucose – Có phenol để theo dõi pH – Huyết tương: 5-10% – Chất kháng khuẩn và kháng nấm Thiết bị nuôi • Bình Broux • Bioreactor 3/3/2015 7 Ứng dụng • Vaccine virus: bại liệt, viêm gan B, quai bị, sởi, bại liệt, lở mồm long móng gia súc... • Protein: interferon, kháng thể, hormon • Protein trị liệu: • Protein tái tổ hợp • Hormone • Virus diệt côn trùng Hybridoma và kháng thể đơn dòng • Kháng thể đơn dòng: đặc hiệu chống lại kháng nguyên • Tế bào bạch cầu bình thường: sinh kháng thể, chết sau 1 thời gian • Myeloma (TB bạch cầu ung thư): sinh sản vô hạn nhưng không sinh kháng thể Hybridoma= tế bào bạch cầu bình thường + myeloma Ứng dụng của kháng thể đơn dòng - Tăng độ nhạy trong xét nghiệm: thử kháng nguyên, nhóm máu, tinh trùng, phát hiện thai, yếu tố đông máu - Chẩn đoán: bệnh ung thư, bệnh truyền qua đường tình dục - Trị liệu - Thuốc hướng mục tiêu: gắn độc tố lên kháng thể đơn dòng để chúng hướng đúng đến tế bào ung thư - Kháng thể gắn các chất đồng vị phóng xạ - Nghiên cứu - Tinh sạch sản phẩm: enzyme, protein,... Nhân bản vô tính động vật • Tạo dòng vô tính cừu Dolly Nhân bản vô tính động vật • Nhân bản các động vật khác • Các ứng dụng Nhân bản vô tính động vật • Nhân bản các động vật khác • Các ứng dụng 3/3/2015 8 Tế bào gốc • Tế bào phôi và tế bào gốc soma • Tế bào gốc là những tế bào có khả năng tự tái sinh vô hạn và có thể tạo ra ít nhất một kiểu tế bào hậu duệ được biệt hóa ở mức độ cao. Tế bào gốc Khả năng ứng dụng của tế bào gốc • Nuôi cấy tế bào động vật: tránh chết theo chương trình • Đáp ứng chính xác đặc hiệu miễn dịch của từng cá thể. Liệu pháp tế bào • Dễ dàng tạo kháng thể đơn dòng • Nhân bản vô tính • Thay thế hay ghép cơ quan người Tái tổ hợp DNA và tạo động vật chuyển gene Tính trạng chuyển gene ở vật nuôi • Năng suất • Hormone tăng trưởng • Kích thích sự tăng trưởng cơ • Tăng năng suất tạo lông ở cừu Động vật chuyển gene - Động vật mang gene người làm mô hình thí nghiệm (bệnh di truyền, ung thư,, thoái hóa cơ, viêm khớp,) - Sản xuất protein tái tổ hợp - Chăn nuôi gene (gene farming) 3/3/2015 9 Động vật chuyển gene - Động vật mang gene người làm mô hình thí nghiệm (bệnh di truyền, ung thư,, thoái hóa cơ, viêm khớp,) - Sản xuất protein tái tổ hợp - Chăn nuôi gene (gene farming) Lĩnh vục Phương pháp Sản phẩm Nông nghiệp Canh tác theo hướng hữu cơ sinh học Rau mầm, rau ăn lá, hoa , cây kiểng Nhân giống Phong lan Dâu tây sạch bệnh Chuối sạch bệnh Sinh sản nhân tạo cá lăng nha, .. Chuyển gene Tăng tuổi thọ hoa cúc Bt Kháng thuốc diệt cỏ Cá ngựa vằn phát sáng Dinh dưỡng Thức ăn tôm sú Thịt an toàn Y tế Sinh học phân tử Di truyền ngược Kít phát hiện virus HPV, HCV, HBV Virus H5N1 giảm độc lực Huyết thanh kháng độc tố rắn hổ chúa Nuôi cấy tế bào Cấy ghép giác mạc CNSH TP.HCM Lĩnh vục Phương pháp Sản phẩm Môi trường Vi khuẩn Xử lý nước thải có amoniac cao Vi nấm Hợp chất hữu cơ khó phân hủy trong nước rỉ rác Tảo Nước thải ao chăn nuôi tôm Chế biến thực phẩm Sản phẩm maltose trong sản xuất thịt , xúc xích CNSH TP.HCM