I. Lý thuyết trọng tâm

1. Công nghệ tế bào động vật

1.1. Khái niệm

Công nghệ tế bào động vật là quy trình công nghệ nuôi cấy và tác động làm thay đổi các loại tế bào động vật, tế bào người trong môi trường nhân tạo nhằm tạo ra một lượng lớn tế bào phục vụ nghiên cứu và ứng dụng thực tế.

1.2. Nguyên lí

Nguyên lí cốt lõi: Nuôi cấy các tế bào gốc trong môi trường thích hợp, tạo điều kiện để chúng phân chia rồi biệt hóa thành các loại tế bào khác nhau.

Tế bào gốc là những tế bào có khả năng phân chia và biệt hóa thành nhiều loại tế bào khác nhau. Phân loại theo nguồn gốc:

Lưu ý: Trong cơ thể động vật, ngoại trừ tế bào gốc, phần lớn tế bào đã biệt hóa và không còn khả năng phân chia tạo thành các loại tế bào khác.

Cơ sở tế bào học của nuôi cấy mô và tế bào là sự nhân đôi và phân li đồng đều của NST trong quá trình nguyên phân.

1.3. Thành tựu

Ba thành tựu nổi bật:

a) Nhân bản vô tính vật nuôi

Nhân bản vô tính là công nghệ tạo ra các con vật giống hệt nhau về kiểu gene mà không thông qua sinh sản hữu tính.

Quy trình nhân bản vô tính (ví dụ cừu Dolly):

1. Lấy nhân từ tế bào soma (ví dụ tế bào tuyến vú) của con vật cho nhân (cừu A).
2. Loại bỏ nhân của tế bào trứng từ con vật cho trứng (cừu B).
3. Chuyển nhân tế bào soma vào tế bào trứng đã mất nhân → tế bào trứng chuyển nhân.
4. Cho tế bào trứng chuyển nhân phát triển thành phôi, cấy vào tử cung con vật mang thai (cừu C).
5. Cừu nhân bản được sinh ra → mang đặc điểm giống cừu cho nhân (cừu A).

Thành tựu tiêu biểu: Cừu Dolly (1996) – con cừu nhân bản đầu tiên trên thế giới. Tại Việt Nam, Viện Chăn nuôi lần đầu nhân bản thành công lợn ỉ. Ngoài ra đã nhân bản ở nhiều loài: ếch, bò, lợn, ngựa, lừa, mèo, chó, khỉ,…

Ý nghĩa của nhân bản vô tính:

• Tạo nhiều cá thể có cùng kiểu gene ưu việt phục vụ sản xuất.
• Tăng số lượng cá thể của loài có nguy cơ tuyệt chủng.
• Tái sinh loài đã tuyệt chủng (ví dụ: nỗ lực tái sinh voi ma mút).
• Tạo cơ quan nội tạng từ tế bào động vật đã chuyển gene người để thay thế cơ quan hỏng ở bệnh nhân.

Lưu ý: Cá thể nhân bản vô tính mang đặc điểm giống cá thể cho nhân, không giống cá thể mang thai và sinh ra nó. Nhân bản vô tính thường làm giảm tuổi thọ của cá thể được nhân bản.

Phân biệt: Nhân bản vô tính không nhằm tạo ra động vật biến đổi gene. Tạo động vật biến đổi gene là ứng dụng của công nghệ gene.

b) Liệu pháp tế bào gốc

Liệu pháp tế bào gốc là phương pháp chữa bệnh bằng cách truyền tế bào gốc được nuôi cấy ngoài cơ thể vào người bệnh để thay thế các tế bào bị bệnh.

Quy trình (ví dụ chữa tiểu đường type 1):

1. Lấy nhân tế bào da người bệnh → chuyển vào tế bào trứng đã loại bỏ nhân.
2. Tế bào trứng chuyển nhân phát triển thành phôi sớm → thu tế bào gốc phôi.
3. Nuôi cấy tế bào gốc phôi → biệt hóa thành tế bào tuyến tụy bình thường.
4. Tiêm tế bào tuyến tụy khỏe mạnh vào người bệnh.

Ưu điểm: Cơ thể người bệnh không loại thải tế bào ghép vì nhân tế bào cấy vào trứng chính là nhân tế bào da của người bệnh.

Vấn đề đạo đức: Dùng tế bào phôi người để chữa bệnh còn gây tranh cãi về đạo đức. Để tránh vi phạm, các nhà khoa học đã tìm cách nhân nuôi tế bào gốc trưởng thành (ví dụ: tách tế bào gốc từ tủy xương người bệnh → nuôi cấy → truyền lại để tái tạo tế bào máu, chữa ung thư máu).

Triển vọng: Chữa bệnh Parkinson, tiểu đường type 1, tổn thương cơ tim/thần kinh, một số bệnh ung thư. Phát triển thịt nhân tạo làm thực phẩm. Sản xuất protein chữa bệnh.

c) Liệu pháp gene

Liệu pháp gene là phương pháp chữa bệnh di truyền nhờ thay thế gene bệnh bằng gene lành.

Các bước cơ bản:

1. Nhân nuôi tế bào trong ống nghiệm, chỉnh sửa hoặc thay thế gene bệnh bằng gene lành.
2. Sàng lọc tế bào đã chỉnh sửa gene thành công và nhân bản trong ống nghiệm.
3. Truyền tế bào đã chỉnh sửa gene vào cơ thể bệnh nhân.

Điều kiện áp dụng: Chỉ dùng cho bệnh di truyền do hỏng một gene nhất định, và tế bào bị bệnh phải thuộc loại liên tục phân chia trong suốt cuộc đời bệnh nhân.

2. Công nghệ tế bào thực vật

2.1. Khái niệm

Công nghệ tế bào thực vật là quy trình công nghệ nuôi cấy các tế bào, mô thực vật trong điều kiện vô trùng để tạo ra các cây có kiểu gene giống nhau nhằm mục đích nhân giống.

2.2. Nguyên lí

Dùng môi trường dinh dưỡng có bổ sung các hormone thực vật (hormone sinh trưởng) thích hợp để tạo điều kiện cho tế bào thực vật tái sinh thành cây hoàn chỉnh.

Cơ sở: Tế bào thực vật có tính toàn năng cao – mỗi tế bào chứa đầy đủ thông tin di truyền và có khả năng phát triển thành cơ thể hoàn chỉnh trong điều kiện phù hợp.

2.3. Thành tựu

Ba kĩ thuật chủ yếu:

a) Nuôi cấy mô tế bào (vi nhân giống)

Quy trình:

1. Tách mô tế bào chuyên hóa (thường lấy từ đỉnh sinh trưởng hoặc lá non) khỏi cây.
2. Nuôi cấy trong ống nghiệm, điều kiện vô trùng, môi trường dinh dưỡng đầy đủ cùng hormone thực vật với tỉ lệ thích hợp.
3. Tế bào biệt hóa được đưa về trạng thái chưa phân hóa → tạo nên mô sẹo (mô callus).
4. Mô sẹo phân chia và phân hóa → hình thành rễ, thân, lá → cây con hoàn chỉnh.

Mô sẹo (callus) là mô gồm nhiều tế bào chưa biệt hóa và có khả năng sinh trưởng mạnh. Trong môi trường có bổ sung hormone sinh trưởng, mô sẹo sẽ phân hóa thành cây con.

Ý nghĩa:

• Nhân nhanh với số lượng lớn cây ở loài quý hiếm, có thời gian sinh trưởng chậm.
• Tạo cây giống sạch bệnh (sạch nấm, virus), đồng đều về đặc tính giống gốc.
• Bảo tồn nguồn gene thực vật quý hiếm có nguy cơ tuyệt chủng.
• Ở Việt Nam đã nhân giống thành công: dứa, khoai tây, mía, phong lan,…

Lưu ý: Nuôi cấy mô không nhằm tạo ra nhiều biến dị tốt (vì các cây con có kiểu gene giống nhau). Cũng không tạo ra giống mới.

b) Lai tế bào sinh dưỡng (dung hợp tế bào trần)

Quy trình:

1. Loại bỏ thành cellulose của hai loại tế bào sinh dưỡng thuộc hai loài thực vật khác nhau → tạo tế bào trần.
2. Dung hợp hai tế bào trần → tế bào lai.
3. Nuôi cấy tế bào lai trong môi trường đặc biệt → phân chia → tạo thành cây lai khác loài.

Ý nghĩa: Tạo ra giống mới mang đặc điểm của hai loài mà phương pháp tạo giống thông thường không làm được.

Lưu ý quan trọng: Phải loại bỏ thành cellulose (không phải màng sinh chất hay nhân) để hai tế bào có thể dung hợp. Cây lai từ dung hợp tế bào trần của hai loài lưỡng bội khác nhau sẽ mang bộ NST = 2n₁ + 2n₂ và không có khả năng sinh sản hữu tính.

c) Nuôi cấy hạt phấn hoặc noãn chưa thụ tinh

Quy trình:

1. Nuôi cấy hạt phấn hoặc noãn chưa thụ tinh trong ống nghiệm → phát triển thành cây đơn bội (n).
2. Lưỡng bội hóa các mô đơn bội (xử lí colchicine) → nuôi cấy → tạo thành cây lưỡng bội hoàn chỉnh (2n).

Ý nghĩa: Tạo ra các cây có kiểu gene đồng hợp tử về tất cả các gene → rất có giá trị trong công tác tạo giống cây trồng.

Lưu ý: Nuôi cấy hạt phấn và lưỡng bội hóa có thể tạo ra đời con có kiểu hình khác cây mẹ (vì hạt phấn qua giảm phân nên mang tổ hợp gene khác nhau). Đây là phương pháp duy nhất cho phép tạo dòng thuần chủng chỉ sau một thế hệ.

II. Phương pháp giải các dạng bài tập

Dạng 1: Nhận biết khái niệm, nguyên lí và phân loại các kĩ thuật công nghệ tế bào

Phương pháp giải:

• Bước 1: Phân biệt công nghệ tế bào động vật (nuôi cấy TB gốc, nhân bản vô tính, liệu pháp TB gốc, liệu pháp gene) và công nghệ tế bào thực vật (nuôi cấy mô, lai TB sinh dưỡng, nuôi cấy hạt phấn).
• Bước 2: Nắm từ khóa đặc trưng:
  • Nuôi cấy mô: mô sẹo (callus), hormone sinh trưởng, vô trùng, cây giống nhau.
  • Lai TB sinh dưỡng: loại bỏ thành cellulose, dung hợp TB trần, cây lai khác loài.
  • Nuôi cấy hạt phấn: cây đơn bội, lưỡng bội hóa (colchicine), đồng hợp tử.
  • Nhân bản vô tính: chuyển nhân TB soma vào trứng mất nhân, cá thể giống con cho nhân.
  • Cấy truyền phôi: chia cắt phôi → nhiều phôi → cấy vào nhiều con cái → con giống nhau.
• Bước 3: Phân biệt công nghệ tế bào với công nghệ gene (tạo cây biến đổi gene, gạo vàng, cà chua chín chậm,… là công nghệ gene, KHÔNG phải công nghệ tế bào).

Bài mẫu: Công nghệ tế bào đã đạt được bao nhiêu thành tựu sau đây?

(1) Tạo ra giống lúa có khả năng tổng hợp β-caroten trong hạt. (2) Tạo ra giống dâu tằm tam bội có năng suất cao. (3) Tạo ra chủng vi khuẩn E.coli sản xuất insulin người. (4) Tạo ra cừu Dolly.

Hướng dẫn giải:

• (1) Sai – đây là thành tựu của công nghệ gene (chuyển gene tổng hợp β-caroten vào lúa).
• (2) Sai – đây là thành tựu của gây đột biến (đa bội hóa tạo tam bội).
• (3) Sai – đây là thành tựu của công nghệ gene (chuyển gene insulin người vào E.coli).
• (4) Đúng – cừu Dolly là sản phẩm của nhân bản vô tính (công nghệ tế bào).

→ Có 1 thành tựu đúng. Đáp án: D. 1

Dạng 2: Phân biệt các kĩ thuật trong công nghệ tế bào thực vật

Phương pháp giải:

Bài mẫu: Trong phương pháp lai tế bào ở thực vật, để hai tế bào có thể dung hợp được với nhau, người ta phải làm gì?

A. Loại bỏ màng nguyên sinh. B. Loại bỏ nhân. C. Loại bỏ thành cellulose. D. Phá hủy các bào quan.

Hướng dẫn giải:

Tế bào thực vật có thành cellulose bao bọc bên ngoài, ngăn cản sự dung hợp. Phải loại bỏ thành cellulose để tạo tế bào trần, sau đó mới dung hợp được.

→ Đáp án: C

Dạng 3: Xác định đặc điểm của cá thể nhân bản vô tính

Phương pháp giải:

• Nguyên tắc: Cá thể nhân bản mang đặc điểm giống cá thể cho nhân (cho TB soma), KHÔNG giống cá thể cho trứng hay cá thể mang thai.
• Tế bào cho nhân là tế bào soma (2n): có thể từ tuyến vú, da, tai, lông,…
• Cá thể nhân bản thường có tuổi thọ ngắn hơn so với cá thể sinh ra tự nhiên.
• Nhân bản vô tính không tạo ra động vật biến đổi gene (đó là công nghệ gene).

Bài mẫu: Cừu Dolly được tạo nên từ nhân bản vô tính mang đặc điểm giống với con nào?

A. Cừu cho nhân. B. Cừu cho trứng. C. Cừu cho nhân và cho trứng. D. Cừu mẹ (mang thai).

Hướng dẫn giải:

Trong nhân bản vô tính, nhân tế bào soma quyết định bộ gene của cá thể con. Cừu Dolly mang đặc điểm giống cừu cho nhân (cừu A – cho tế bào tuyến vú), không giống cừu cho trứng (cừu B) hay cừu mang thai (cừu C).

→ Đáp án: A

Dạng 4: Xác định ý nghĩa và ứng dụng của từng phương pháp

Phương pháp giải:

• Bước 1: Xác định mục đích của đề bài: nhân nhanh giống, tạo giống mới, bảo tồn loài, chữa bệnh,…
• Bước 2: Ghép phương pháp phù hợp:

• Bước 3: Lưu ý phân biệt:
  • Nuôi cấy mô không tạo ra giống mới, không tạo biến dị.
  • Nhân bản vô tính không tạo động vật biến đổi gene.
  • Tạo giống lúa gạo vàng, cà chua chín chậm → công nghệ gene, không phải công nghệ tế bào.

Bài mẫu: Ý nào sau đây không phải là ý nghĩa của nhân bản vô tính?

A. Tạo cơ quan nội tạng thay thế cho người bệnh. B. Nhân nhanh nguồn gene động vật quý hiếm có nguy cơ tuyệt chủng. C. Tạo ra các động vật biến đổi gene. D. Tạo ra những cá thể mới có bộ gene của cá thể gốc.

Hướng dẫn giải:

Nhân bản vô tính tạo ra cá thể có kiểu gene giống cá thể gốc (cho nhân), không liên quan đến việc biến đổi gene. Tạo động vật biến đổi gene thuộc công nghệ gene.

→ Đáp án: C

Dạng 5: So sánh và phân biệt công nghệ tế bào với công nghệ gene, gây đột biến

Phương pháp giải:

Bài mẫu: Cho các thành tựu:

(1) Nhân nhanh các giống cây quý hiếm đồng nhất về kiểu gene. (2) Tạo giống dâu tằm tam bội có năng suất cao. (3) Tạo ra nhiều cá thể từ một phôi ban đầu. (4) Tạo ra giống Táo “má hồng” từ Táo Gia Lộc.

Những thành tựu đạt được do ứng dụng công nghệ tế bào là:

Hướng dẫn giải:

• (1) Đúng – nuôi cấy mô (công nghệ tế bào).
• (2) Sai – gây đột biến đa bội.
• (3) Đúng – cấy truyền phôi (công nghệ tế bào).
• (4) Sai – công nghệ gene.

→ Đáp án: A. (1), (3)

III. Bảng sai lầm thường gặp

IV. Sơ đồ tư duy

BÀI 19: CÔNG NGHỆ TẾ BÀO
│
├── 1. CÔNG NGHỆ TẾ BÀO ĐỘNG VẬT
│   ├── KN: Nuôi cấy & tác động TB ĐV/người trong MT nhân tạo
│   ├── Nguyên lí: Nuôi cấy TB GỐC → phân chia → biệt hóa
│   │   ├── TB gốc phôi (vạn năng): Biệt hóa mọi loại TB
│   │   └── TB gốc trưởng thành (đa tiềm năng): Một số loại TB
│   └── Thành tựu
│       ├── a) Nhân bản vô tính vật nuôi
│       │   ├── Lấy nhân TB soma → Chuyển vào trứng mất nhân
│       │   ├── → Phôi → Cấy vào tử cung → Con nhân bản
│       │   ├── VD: Cừu Dolly (1996), Lợn ỉ (Việt Nam)
│       │   └── Ý nghĩa: Nhân gen ưu việt, bảo tồn loài tuyệt chủng
│       ├── b) Liệu pháp tế bào gốc
│       │   ├── Truyền TB gốc nuôi cấy → thay thế TB bệnh
│       │   └── VD: Chữa tiểu đường type 1, ung thư máu
│       └── c) Liệu pháp gene
│           ├── Thay gene bệnh bằng gene lành
│           └── ĐK: Bệnh do hỏng 1 gene, TB liên tục phân chia
│
└── 2. CÔNG NGHỆ TẾ BÀO THỰC VẬT
    ├── KN: Nuôi cấy TB/mô TV vô trùng → cây có KG giống nhau
    ├── Nguyên lí: MT dinh dưỡng + hormone TV → TB tái sinh thành cây
    └── Thành tựu
        ├── a) Nuôi cấy mô (vi nhân giống)
        │   ├── Mô chuyên hóa → Mô sẹo (callus) → Cây con
        │   ├── Bổ sung HORMONE SINH TRƯỞNG
        │   └── Ý nghĩa: Nhân nhanh, sạch bệnh, bảo tồn gen quý
        ├── b) Lai tế bào sinh dưỡng
        │   ├── Loại bỏ thành CELLULOSE → Dung hợp → TB lai
        │   └── Tạo giống mang đặc điểm 2 loài
        └── c) Nuôi cấy hạt phấn / noãn chưa thụ tinh
            ├── → Cây đơn bội → Lưỡng bội hóa (colchicine)
            └── → Cây đồng hợp tử tất cả gene (dòng thuần 1 thế hệ)

Cô Nguyễn Ngọc Châu

(Người kiểm duyệt, ra đề)

Chức vụ: Trưởng ban biên soạn môn Sinh Học THPT

Trình độ: Cử nhân Sư phạm Sinh học, Chứng chỉ hạng II, Chứng chỉ AT sinh học, Ngoại ngữ B1

Kinh nghiệm: 9+ năm kinh nghiệm tại Trường THPT Trần Phú