3/3/2015

1

CÔNG NGHỆ SINH HỌC THỰC VẬT

Nguyễn Vũ Phong

Chương IV

Lịch sử phát tri ển

• 1902 – 1930: Thử nghi ệm 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 l ớn và trên di ện rộng

Những ưu thế của nuôi c ấy mô và t ế bàoMicropropagation

- Hệ số nhân giống cao, chủ động

- Giữ nguyên đặc tính cây mẹ

Những ưu thế của nuôi c ấy mô và t ế bào

Chọn giống in vitro

- Rút ngắn thời gian

- Chọn các đặc tính quý

Những ưu thế của nuôi c ấy mô và t ế 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 t ương 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 tri ển 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 tr ường 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 ofcarrot plant

Root cells ingrowth medium

Cell divisionin 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 QuáQuá trìnhtrình vi vi nhânnhân giốnggiống

• 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 vậtỨng 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 vậtCải thiện giống cây trồng: kháng thuốc diệt cỏ, kháng bệnh,

sâu bệnh

Biến đổi di truyền thực vậtCải thiện giống cây trồng: kháng thuốc diệt cỏ, kháng bệnh,

sâu bệnh

3/3/2015

5

Biến đổi di truyền thực vậtCải thiện giống cây trồng: kháng thuốc diệt cỏ, kháng bệnh,

sâu bệnh

Biến đổi di truyền thực vậtTạo giống chống chịu điều kiện khí hậu bất lợi, già hóa

Biến đổi di truyền thực vậtTạo sắc tố ở các thực vật chuyển gene

Biến đổi di truyền thực vậtBiến đổi chất lượng thực phẩm cây trồng

Biến đổi di truyền thực vậtBiến đổi chất lượng thực phẩm cây trồng

Biến đổi di truyền thực vậtBiến đổi chất lượng thực phẩm cây trồng

3/3/2015

6

Biến đổi di truyền thực vậtThực vật sản xuất vaccine, proteine trị liệuSản xuất dầu nhờn công nghiệpSản 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 tr ường 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 ph ần 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= t ế bào bạch

cầu bình th ường +

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 t ế bào có kh ả năng tự tái sinh vô h ạn và có

thể tạo ra ít nh ất một ki ểu tế bào hậu duệ được bi ệt 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 tr ạng 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 S ản phẩm

Nông nghiệp Canh tác theo hướnghữu cơ sinh học

Rau mầm, rau ăn lá, hoa , cây kiểng

Nhân giống Phong lanDâu tây sạch bệnhChuối sạch bệnhSinh sản nhân tạo cá lăng nha, ..

Chuyển gene Tăng tuổi thọ hoa cúcBtKháng thuốc diệt cỏCá ngựa vằn phát sáng

Dinh dưỡng Thức ăn tôm súThịt an toàn

Y tế Sinh học phân tửDi truyền ngược

Kít phát hiện virus HPV, HCV, HBVVirus H5N1 giảm độc lựcHuyết thanh kháng độc tố rắn hổ chúa

Nuôi cấy tế bào Cấy ghép giác mạc

CNSH TP.HCM

Lĩnh vục Phương pháp S ản phẩm

Môi trường Vi khuẩn Xử lý nước thải có amoniac cao

Vi nấm Hợp chất hữu cơ khó phân hủy trong nướcrỉ rác

Tảo Nước thải ao chăn nuôi tôm

Chế biếnthực phẩm

Sản phẩm maltose trong sản xuất thịt , xúcxích

CNSH TP.HCM