Bài 2: Công Nghệ Sinh Học Trong Chọn, Tạo Và Nhân Giống Cây Lâm Nghiệp | Chuyên đề học tập Công Nghệ 12 (Lâm Nghiệp - Thủy Sản) | Chuyên Đề 1: Công Nghệ Sinh Học Trong Lâm Nghiệp - Lớp 12 - Kết Nối Tri Thức Với Cuộc Sống

I - ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG CHỌN, TẠO GIỐNG CÂY LÂM NGHIỆP

1. Ứng dụng chỉ thị phân tử

Đa số cây lâm nghiệp là cây lâu năm, lâu ra hoa, kết quả, lâu thu hoạch sản phẩm. Vì vậy, một chu kì chọn, tạo giống cây lâm nghiệp thường kéo dài trong nhiều năm, tiêu tốn nhiều công sức và chi phí. Nhờ ứng dụng chỉ thị phân tử (molecular marker), các nhà chọn giống cây lâm nghiệp có thể xác định được những cá thể mang gene quy định tính trạng mong muốn ngay ở giai đoạn cây con, nhờ đó rút ngắn rất nhiều thời gian chọn, tạo giống mới (Hình 2.2), giảm chi phí và công sức lao động. Các chỉ thị phân tử thường được ứng dụng trong chọn, tạo giống cây lâm nghiệp là các chỉ thị liên quan đến khả năng sinh trưởng, chất lượng gỗ và khả năng chống chịu sâu, bệnh của cây rừng.

Hình 2.2. Sơ đồ các bước chọn, tạo giống cây lâm nghiệp bằng phương pháp truyền thống (a) và ứng dụng chỉ thị phân tử (b)

a) Cây bố × Cây mẹ

Cây con

Cây trưởng thành

Chọn lọc dựa trên kiểu hình

Cây mang tính trạng mong muốn.

b) Cây bố × Cây mẹ

Cây con

Chọn lọc bằng chỉ thị phân tử

Cây mang tính trạng mong muốn.

(Trang 10)

Một số giống cây lâm nghiệp được nhân giống tạo ra nhờ ứng dụng chỉ thị phân tử (chỉ thị SSR) như 7 dòng keo lai: BB055, BV350, BV376, BV434, BV523, BV584 và BV586 đạt năng suất từ 26 đến 35 m³/ha/năm. 10 dòng bạch đàn lai sinh trưởng nhanh là UC16, UC51, CU113, CU123, UC52, CU182, UE72, UC55, CU98, CU82 đạt năng suất từ 30,7 đến 45 m³/ha/năm. Trong đó, 7 dòng keo lai kể trên và 2 dòng bạch đàn lai là CU98 và CU82 đã được công nhận là giống cây trồng lâm nghiệp mới cho phép phổ biến ra sản xuất.

2. Ứng dụng kĩ thuật chuyển gene

Kĩ thuật chuyển gene là kĩ thuật chuyển một đoạn DNA từ tế bào cho sang tế bào nhận. Trong chọn, tạo giống cây lâm nghiệp, kĩ thuật chuyển gene thường được áp dụng để tạo ra các giống cây lâm nghiệp vượt trội về năng suất, chất lượng gỗ và khả năng kháng sâu, bệnh so với các giống thông thường. Quy trình chuyển gene nhờ plasmid làm thể truyền trong chọn, tạo giống cây lâm nghiệp gồm các bước cơ bản sau (Hình 2.3):

Hình 2.3. Các bước cơ bản trong quy trình chuyển gene vào cây lâm nghiệp

Bước 1. Thu nhận DNA mang gene cần chuyển từ tế bào cho và thu nhận plasmid từ vi khuẩn bằng kĩ thuật phù hợp.

Bước 2. Cắt, thu nhận gene cần chuyển và nối gene cần chuyển vào plasmid bằng các enzyme thích hợp để tạo DNA tái tổ hợp.

Bước 3. Chuyển DNA tái tổ hợp (có mang gene cần chuyển) vào tế bào nhận bằng kĩ thuật phù hợp.

Bước 4. Chọn lọc dòng tế bào mang gene cần chuyển trên môi trường chọn lọc.

Bước 5. Nuôi cây trong môi trường thích hợp để các tế bào mang gene cần chuyển phát triển thành cây hoàn chỉnh.

Hình 2.4. Các bước chuyển gene tạo giống keo sinh trưởng nhanh

Gene sinh trưởng nhanh

Enzyme cắt

Mở vòng plasmid

DNA tái tổ hợp

Chuyển tế bào nhận sang môi trường chọn lọc

Chuyển sang môi trường thích hợp để tạo cây hoàn chỉnh)

(Trang 11)

3. Tạo giống cây lâm nghiệp đa bội nhờ ứng dụng phương pháp gây đột biến kết hợp với lai giống

Cây đa bội thường có khả năng sinh trưởng, phát triển mạnh, kích thước cơ quan sinh dưỡng lớn hơn so với cây lưỡng bội. Vì vậy, việc chọn, tạo giống cây đa bội có ý nghĩa đặc biệt quan trọng đối với sản xuất lâm nghiệp. Quy trình chọn, tạo giống cây lâm nghiệp tam bội bằng phương pháp gây đột biến kết hợp với lai giống gồm các bước cơ bản sau (Hình 2.5):

Hình 2.5. Các bước tạo giống cây lâm nghiệp tam bội bằng phương pháp gây đột biến kết hợp với lai giống

Giống cây lưỡng bội (2n)

Xử lí đột biến bằng colchicine

Cây tứ bội (4n)Cây tứ bội (4n) × Cây lưỡng bội cùng loài (2n)

Cây con tam bội (3n)Cây con tam bội (3n)

Nhân giống vô tính bằng nuôi cấy in vitro

Giống mới tam bội)

Nhờ ứng dụng phương pháp xử lí đột biến kết hợp với lai giống, các nhà khoa học đã chọn, tạo thành công nhiều giống cây trồng đa bội có khả năng sinh trưởng nhanh, năng suất vượt trội so với cây lưỡng bội. Ví dụ: Các dòng keo lai tam bội X101, X102, X201 và X205 (Hình 2.6) cho năng suất đạt khoảng từ 26 đến 35 m³/ha/năm. Tính chất gỗ của các giống keo tam bội ở giai đoạn 4 năm tuổi tương đương với keo lai lưỡng bội ở giai đoạn khoảng từ 5 đến 7 tuổi, đáp ứng được yêu cầu cơ bản gỗ nguyên liệu cho sản xuất giấy, ván ghép thanh, ván bóc.

Hình 2.6. Một số giống keo lai tam bội

Thông tin bổ sung

(Trang 12)

II - ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG NHÂN GIỐNG CÂY LÂM NGHIỆP

Nhờ ứng dụng công nghệ sinh học, đặc biệt là công nghệ nuôi cấy mô tế bào thực vật, nhiều giống cây lâm nghiệp quý hiếm được nhân nhanh để phục vụ công tác bảo tồn. Một số giống mới có năng suất cao, chất lượng tốt được nhân nhanh để tạo ra số lượng lớn cây giống đồng đều, sạch bệnh cung cấp cho sản xuất. Quy trình nhân giống cây lâm nghiệp bằng phương pháp nuôi cấy mô tế bào gồm các bước cơ bản sau (Hình 2.7):

Hình 2.7. Sơ đồ các bước nhân giống cây lâm nghiệp bằng nuôi cấy mô tế bào thực vật

Bước 1. Chọn vật liệu nuôi cấy.

Bước 2. Khử trùng mẫu.

Bước 3. Tạo chồi trong môi trường thích hợp.

Bước 4. Kích thích ra rễ và tạo cây hoàn chỉnh.

Bước 5. Đưa cây ra vườn ươm.

Một số giống cây lâm nghiệp được nhân bằng nuôi cấy in vitro như keo, cây bạch đàn,... (Hình 2.8).

Hình 2.8. Một số giống cây lâm nghiệp được nhân giống bằng nuôi cấy in vitro

Khám phá

Luyện tập

1. Phân tích vai trò của chỉ thị phân tử, kĩ thuật chuyển gene trong chọn, tạo giống cây lâm nghiệp.

2. Phân tích vai trò của công nghệ sinh học trong nhân giống cây lâm nghiệp.

Vận dụng

Đề xuất một số ứng dụng công nghệ sinh học trong chọn, tạo giống và nhân giống cây lâm nghiệp phù hợp với thực tiễn ở địa phương em.