BÀI 25: SINH SẢN Ở THỰC VẬT | Sinh Học | CHƯƠNG 4: SINH SẢN Ở SINH VẬT - Lớp 11 - Kết Nối Tri Thức Với Cuộc Sống

(Trang 159)

YÊU CẦU CẦN ĐẠT

• Trình bày được hình thức sinh sản sinh dưỡng ở thực vật và nhận biết được sinh sản bằng bào tử ở một số thực vật.
• Trình bày được các phương pháp nhân giống vô tính ở thực vật.
• Trình bày được ứng dụng của sinh sản vô tính ở thực vật trong thực tiễn.
• So sánh được sinh sản hữu tính với sinh sản vô tính ở thực vật.
• Trình bày được quá trình sinh sản hữu tính ở thực vật có hoa: cấu tạo chung của hoa, quá trình hình thành hạt phấn, túi phôi, thụ phấn, thụ tinh, hình thành hạt, quả.

I. SINH SẢN VÔ TÍNH

1. Hình thức sinh sản vô tính

Sinh sản vô tính ở thực vật (hay còn gọi là sinh sản sinh dưỡng) là hình thức sinh sản mà cây con được tạo ra từ các bộ phận sinh dưỡng khác nhau của cây mẹ như củ, thân, rễ, lá,... (H.25.1). Ví dụ: cây chuối sinh sản bằng cách này chối từ thân ngắm của cây mẹ, khoai lang sinh sản từ một đoạn thân hoặc từ củ,...

Hình thức sinh sản sinh dưỡng tạo ra cây con có bộ gene giống cây mẹ, đảm bảo cho thực vật duy trì được kiểu gene thích nghi với môi trường sống. Vì vậy, hình thức sinh sản này phù hợp (có lợi thế) trong điều kiện môi trường ổn định và ít biến đổi.

Sinh sản bằng bào tử là hình thức sinh sản mà cơ thể mới được phát triển từ bào tử (n). Trong đó, bào từ đơn bội được hình thành trong túi bào tử (thể bào tử) của cây mẹ. Khi túi bào tử phát triển đến

Hình 25.1. Một số kiểu sinh sản sinh dưỡng trong tự nhiên. Sinh sản bằng thân củ ở khoai tây (a), thân rẻ ở gừng (b), thân hành ở hành (c), là ở cây thuốc bỏng (d), thân bò ở cây rau má (e)

Hình 25.2. Sinh sản bằng bào tử là một giai đoạn trong vòng đời của rêu

(Trang 160)

giai đoạn nhất định sẽ vỡ ra, giải phóng bào tử vào môi trường, nếu gặp điều kiện thuận lợi (độ ẩm, nhiệt độ,...) thích hợp, bào tử nguyên phân nhiều lần hình thành cây mới (thể giao tử) (H 25.2). Hình thức sinh sản bằng bào tử là một giai đoạn trong vòng đời của một số loài thực vật như rêu, dương xỉ.

2. Các phương pháp nhân giống vô tính và ứng dụng trong thực tiễn

Khác với sinh sản sinh dưỡng tự nhiên, phương pháp nhân giống vô tính nhân tạo cần đến sự tác động của các biện pháp cơ học, công nghệ sinh học,... để điều chỉnh quá trình phát sinh hình thái từ mô, cơ quan sinh dưỡng hình thành cây con.

Phương pháp nhân giống vô tính thường được ứng dụng trong thực tiển sản xuất là: giâm cành, chiết cành, ghép (cành hay mắt) và nuôi cấy mô, tế bào (vi nhân giống/nhân giống in vitro).

a) Giâm cành

Giâm cành là kĩ thuật nhân giống sử dụng các đoạn cành bánh tẻ và các kĩ thuật nông học để tạo cây hoàn chỉnh.

Phương pháp giâm cành được ứng dụng để nhân giống nhiều loại cây trồng khác nhau như hoa hồng, mía, sẵn (H 25.3),... Phương pháp giâm cành tạo ra số lượng lớn cây con có chất lượng đồng đều trong thời gian ngắn. Tuy nhiên, với các cành giâm lấy từ cây mẹ lâu năm, cây giống tạo thành thường nhanh già cỗi.

Hình 25.3. Giâm cành từ đoạn thân cây sân (Manihot esculenta)

b) Chiết cành

Chiết cành là kĩ thuật nhân giống mà cây con tạo được bằng cách thúc đẩy hình thành rễ từ vết khoanh vỏ một cành bánh tẻ trên cây mẹ. Quá trình ra rễ của cành chiết diễn ra tương tự cành giâm, theo đó, dưới tác dụng của auxin, các tế bào tại vết cắt sẽ phản phân hoá thành mô sẹo, mô sẹo này sau đó phân hoá để hình thành rẻ bất định. Khi hệ rẻ phát triển đầy đủ, cành chiết được tách khỏi cây mẹ và mang đi trồng.

Chiết cành áp dụng phổ biến cho nhóm cây ăn quả thân gỗ như nhãn, vải, ổi, bưởi, cam (Η 25.4),...

Chiết cành cho tỉ lệ sống của cây con cao (có thể lên tới 100%), cây thấp, tán lá gọn, sinh trưởng nhanh và khoẻ nên thuận tiện cho quá trình chăm sóc. Tuy nhiên, hạn chế của phương pháp này là hệ số nhân giống không cao, thường chỉ ứng dụng ở quy mô sản xuất nhỏ, tuổi thọ của cây giống thấp.

Hình 25.4. Cành chiết ra rễ trên cây cam

(Trang 161)

c) Ghép

Ghép là phương pháp nhân giống sử dụng đoạn thân, cành (cành ghép) hoặc chói (mắt ghép) của cây này ghép lên thân hay gốc của cây khác (gốc ghép) cùng loài hoặc có quan hệ gần gũi, giúp tổ hợp các đặc tính tốt của cành ghép/mắt ghép và gốc ghép vào cùng một cây.

Hình 25.5. Mắt ghép từ cây chanh phát triển trên gốc của cây bưởi

Cây lấy cành/mắt ghép thường là cây cho năng suất cao, chất lượng tốt; trong khi cây dùng làm gốc ghép thường có hệ rễ khoẻ, sức chống chịu cao với điều kiện ngoại cảnh (hạn, úng,...) hay sâu bệnh (đặc biệt là các bệnh có nguồn gốc từ đất). Thông thường, gốc ghép sẽ ít ảnh hưởng đến đặc điểm của cành/mắt ghép (sản phẩm của của cây ghép mang hầu hết các đặc điểm giống với cây cho cành/mắt ghép).

Ví dụ: Ghép cành/mắt của cây hoa hồng với gốc cây tầm xuân, ghép cam hoặc chanh trên gốc cây bưởi (H25.5),...

d) Nhân giống in vitro (vì nhân giống)

Nhân giống in vitro là phương pháp được thực hiện dựa trên công nghệ nuôi cấy mô, tế bào thực vật.

Quy trình nhân giống in vitro có thể được chia thành các giai đoạn chính dưới đây (H 25.6).

Hình 25.6. Các bước cơ bản trong quy trình nhân giống in vitro

Bước 1

Chọn vật liệu nuôi cấy

Vật liệu được lựa chọn để nuôi cấy có thể là mô lá, thân, rễ, đỉnh sinh trưởng, hạt phấn,...

Bước 2

Khử trùng

Vật liệu được khử trùng bằng một số hoá chất và tác nhân vật lí.

Bước 3

Tạo chồi

Sau khi khử trùng, vật liệu được nuôi cấy trong môi trường có bổ sung chất kích thích tạo chói.

Bước 4

Ra rễ và tạo cây hoàn chỉnh

Chối đạt kích thước tiêu chuẩn được chuyển sang môi trường có bổ sung chất kích thích ra rẻ để tạo cây hoàn chỉnh.

Bước 5

Trồng cây trong vườn ươm

Cây con tạo ra được chuyển sang bầu chứa giá thể phù hợp và đưa ra trồng tại vườn ươm để cây thích ứng dẫn với điều kiện tự nhiên.

Phương pháp nhân giống in vitro được ứng dụng rộng rãi ở nhiều loài cây khác nhau do hệ số nhân giống cao, có thể tiến hành quanh năm, cây giống tạo ra sạch bệnh và có thể bảo quản trong thời gian dài.

(Trang 162)

II. SINH SẢN HỮU TÍNH

1. Cấu tạo chung của hoa

Hoa là chồi sinh sản, cấu tạo gồm bộ phận bất thụ (không sinh sản) và bộ phận hữu thụ (sinh sản), hoa đính vào phần thân cây qua cấu trúc để hoa (H 25.7).

Bộ phận bất thụ gồm lá đài và các cánh hoa. Lá đài thường có màu lục, bao bọc và bảo vệ chồi hoa trước khi hoa nở, trong khi cánh hoa thường có màu sắc sặc sỡ, thu hút côn trùng tham gia vào quá trình thụ phấn.

Hình 25.7. Sơ đồ cấu tạo của hoa đầy đủ

Bao phần

Cánh hoa

Núm nhụy

Noãn

Vòi nhụy

Bầu nhụy

Lá đài

Cuống

Đế hoa

Bộ phận sinh sản bao gồm nhị hoa và lá noãn hay còn gọi là nhuy. Trong đó:

- Nhị hoa gồm chỉ nhị mang bao phấn ở đầu tận cùng, bao phấn chứa các túi tiểu bào tửlà cấu trúc sinh ra hạt phấn.

- Nhuỵ cấu trúc gồm ba phần: núm nhuy, vòi nhuỵ và bầu nhuỵ. Bầu nhuỵ chứa một hay nhiều noãn phụ thuộc vào loài, noãn qua quá trình biến đổi hình thành túi phôi chứa tế bào trứng.

Hoa có thể là hoa đơn tính (hoa đực chỉ có nhị hoa và hoa cái chỉ có nhuy) như hoa bí ngô, dưa chuột,... hoặc có thể là hoa lưỡng tính (hoa có cả nhị và nhuỵ) như hoa chanh, bưởi,... (H25.8).

Hình 25.8. Hoa lưỡng tính ở cây chanh (a) và hoa đơn tính ở cây bí ngô (b)

.

(Trang 163)

2. Quá trình sinh sản hữu tính ở thực vật

Quá trình sinh sản hữu tính ở thực vật có hoa gồm ba giai đoạn kế tiếp nhau: (1) hình thành hạt phấn và túi phôi; (2) thụ phấn và thụ tinh; (3) hình thành hạt và quả.

a) Hình thành hạt phấn và túi phôi

Ở thực vật, giao tử được hình thành từ thể giao tử (hạt phấn và túi phôi). Quá trình hình thành hạt phấn và túi phôi được minh hoạ ở Hình 25.9.

• Hình thành hạt phấn:

Bao phấn chứa các tế bào mẹ tiểu bào tử (2n), mỗi tế bào này tiến hành giảm phân hình thành 4 bào tử đơn bội (n), mỗi bào tử đơn bội sau đó nguyên phân hình thành nên một hạt phấn. Hạt phấn (thế giao tử đực) là tế bào có thành dày, chứa 2 nhân gồm nhân tế bào ống phần và nhân sinh sản (H 25.9a).

• Hình thành túi phôi:

Túi phôi (thể giao tử cái) được hình thành từ sự biến đổi của tế bào trong cấu trúc noãn. Cụ thể, tế bào mẹ đại bào tử (2n) nằm trong túi đại bào tử của noãn tiến hành giảm phân hình thành nên 4 đại bào tử. Ba trong số 4 bào tử này sẽ tiêu biến, một đại bào tử sống sót thực hiện nguyên phân 3 lần tạo thành 8 tế bào (gồm 1 tế bào trứng, 2 tế bào nhân cực, 3 tế bào đối cực và 2 tế bào kèm), lúc này túi đại bào tử được gọi là túi phôi (H25.9b).

Hình 25.9. Hình thành hạt phấn (a) và túi phôi (b)

Bao phấn

Tế bào mẹ tiểu bào tử (2n)

Giảm phân

Hạt phần (thế giao tử đực)

Nguyên phân

Nhân tế bào ống phấn

Nhân sinh sản

Lỗ noãn

Bào từ đơn bội (n)

Tế bào mẹ đại bào tử (2n)

Đại bào tửsống sót

Đại bào tử (n)

Tế bào đối cực

Túi đại bào tử

Giảm phân

Nguyên phân

Nhân cực

Túi phối với 8 nhân đơn bội

Lỗ nân

Đại bào tử thoái hoá

Tế bào kèm (trợ bào)

Tế bào trứng

b) Thụ phấn và thụ tinh

• Quá trình thụ phấn:

Thụ phấn là quá trình hạt phấn phát tán và rơi trên núm nhuy phù hợp (H 25.10). Ở đa số các loài thực vật, quá trình phát tán của hạt phấn được thực hiện nhờ tác nhân sinh học như ong, bướm, dơi,... hoặc tác nhân phi sinh học chủ yếu là gió và nước. Một số ít loài còn lại có thể tự thụ phấn.

(Trang 164)

Căn cứ trên nguồn gốc của hạt phấn và núm nhuỵ, người ta phân biệt hai hình thức thụ phấn là tự thụ phấn và thụ phấn chéo. Quá trình thụ phấn xảy ra trong một hoa hay giữa các hoa trên cùng một cây gọi là tự thụ phấn, trong khi đó, thụ phấn chéo là hình thức thụ phấn xảy ra giữa các hoa của hai cây khác nhau.

• Quá trình thụ tinh:

Thụ tinh là sự kết hợp giữa giao tử đực với giao tử cái hình thành nên hợp tử. Trong quá trình thụ tinh, sau khi ống phần sinh trưởng kéo dài theo vòi nhuỵ chạm tới túi phôi, xuyên qua lỗ noãn, sẽ giải phóng hai tinh tử (giao tử đực), một tỉnh tử kết hợp với trứng (giao tử cái) tạo nên hợp tử (2n), một tinh tử còn lại hợp nhất với tế bào lớn chứa hai nhân ở trung tâm túi phôi (nhân cực) hình thành nên nhân tam bội (3n). Cả hai giao tửđều tham gia vào thụ tinh nên quá trình này được gọi là thụ tinh kép, hình thức thụ tinh này chỉ gặp ở thực vật hạt kín.

Diễn biến của quá trình thụ tỉnh được thể hiện trên Hình 25.10.

Hình 25.10. Sơ đồ q Hình 25.10. Sơ đồ quá trình thụ phấn và thu tinh ở thực vật hạt kín

1. Quá trình thụ phấn xây ra khi hạt phần rơi trên núm nhuy

Bầu nhụy

Tế bào kèm

Tế bào sinh sản nguyên phân tạo 2 tỉnh từ

Hạt phấn

Nhân tế bào ống phấn

Tế bào đối cực

Túi phôi

Nhân cực

Tế bào trứng

2. Ống phấn sinh trưởng kéo dài theo vòi nhuy tới túi phôi, tình từ di chuyển theo ống phấn

Tinh tử

Ống phấn

Nhân tế bào ống phấn

3. Thụ tinh kép: Một tính từ hợp nhất với nhân cực. Tình từ còn lại hợp nhất với tế bào trứng tạo hợp từ

Quá trình thụ tinh chịu ảnh hưởng của các yếu tố bên trong như sự tương hợp di truyền, hàm lượng auxin nội sinh của hạt phấn. Ngoài ra, các tác nhân ngoại cảnh như độ ẩm, gió, nhiệt độ là những yếu tố tác động trực tiếp đến khả năng nảy mầm của hạt phấn, tỉ lệ hạt phấn tìm được đến núm nhuy. Việc nghiên cứu các yếu tố này giúp làm tăng tỉ lệ thụ phấn và thụ tinh, góp phần tăng năng suất cây trồng.

(Trang 165)

c) Quá trình hình thành hạt và quả

• Quá trình hình thành hạt:

Sau thụ tinh, noãn chứa hợp tử (2n) và nhân tam bội (3n) sẽ phát triển thành hạt. Trong đó, hợp tử phân chia liên tiếp nhiều lần tạo các tế bào con, sau đó phân hoá hình thành nên cấu trúc của phôi gồm lá mám, thân mắm và rẻ mắm. Nhân tam bội cũng phân chia tạo nên khối  tế bào giàu dinh dưỡng gọi là nội nhũ. Ở các cây hai lá mầm, chất dinh dưỡng tích luỹ ở nội nhũ sẽ chuyển vào lá mám nên hạt của chúng không có nội nhũ.

Chất dinh dưỡng trong nội nhữ hay lá mầm giúp nuôi phôi và cây mắm đến khi cây con có thể tự dưỡng. Giai đoạn cuối của quá trình hình thành hạt, vỏ noãn cứng lại và mất nước tạo nên vỏ hạt.

Hình 25.11. Cấu tạo hạt không có nội nhũ (a) và hạt có nội nhũ (b)

Thân mầm

Phôi

Lá thật thứ nhất

Rê mầm

Lá mầm

Hạt không có nội nhữ

Hạt đậu đen bố dọc

Nội nhũ

Lá mầm

Chồi mầm

Thân mầm

Phôi

Rễ mầm

Hạt có nội nhữ Hạt ngô bố dọc

Hạt được chia thành hai loại: hạt có nội nhũ (hạt của cây một lá mầm như hạt ngô, lúa mì, lúa,...) và hạt không có nội nhũ (hạt cây hai lá mầm như hạt đậu đen, hạt bí ngô, hạt lạc,...) (Η 25.11).

• Quá trình hình thành quả:

Đồng thời với quá trình hình thành hạt, bầu nhuy sẽ phát triển thành quả. Quả có vai trò bảo vệ và phát tán hạt.

Hạt xuất hiện làm tăng lượng hormone (auxin, cytokinin, gibberellin) khuếch tán vào bầu nhuy, thúc đẩy các tế bào tại đây phân chia và gia tăng kích thước dẫn đến hình thành quả. Khi quả đã phát triển đầy đủ và đạt kích thước đặc trưng, quả bước vào giai đoạn già và chín, quá trình này được điều khiển bởi hormone ethylene.

(Trang 166)