Công nghệ tế bào thực vật và ứng dụng trong nông nghiệp

Công nghệ tế bào thực vật (Plant cell technology) là quy trình nuôi cấy các loại nguyên liệu thực vật hoàn toàn sạch, không nhiễm các vi sinh vật trong môi trường nuôi cấy nhân tạo và trong điều kiện vô trùng để tạo ra mô, cơ quan hoặc cơ thể hoàn chỉnh theo mục tiêu và yêu cầu đặt ra (Nguyễn Thị Tâm & Vũ Thị Thu Thủy, 2016). Các giai đoạn chủ yếu của công nghệ tế bào thực vật bao gồm:

Giai đoạn 1: Tách tế bào (hoặc mô) và nuôi cấy. Đây là quá trình tách tế bào hoặc mô từ cơ thể gốc và sau đó mang nuôi cấy trên một môi trường dinh dưỡng nhân tạo. Quá trình này làm cho tế bào hoặc mô phát triển và sinh sản, tạo ra mô sẹo.

Giai đoạn 2: Kích thích sự phát triển. Các mô sẹo sau đó được chuyển sang môi trường nuôi cấy chứa hormone sinh trưởng phù hợp để kích thích chúng phân hoá và phát triển thành cơ quan hoặc cơ thể hoàn chỉnh, giữ lại đầy đủ các đặc tính của cơ thể gốc.

Công nghệ tế bào thực vật đang được áp dụng rộng rãi và thành công các kỹ thuật như nuôi cấy mô (tissue culture) để tạo ra các dòng cây sạch bệnh; nuôi cấy tế bào (cell culture) trong lưu trữ nguồn gen hoặc gây đột biến để cải tạo giống cây trồng; dung hợp tế bào (cell fusion) tạo ra các tế bào lai để tạo ra cây lai khác loài.

Ứng dụng công nghệ tế bào thực vật trong nông nghiệp

1. Nhân giống vô tính ở cây trồng: Để sản xuất đủ số lượng cây trồng trong thời gian ngắn và đáp ứng nhu cầu, người ta thường áp dụng quy trình nhân giống vô tính trong ống nghiệm cho nhiều loại cây trồng. Ở Việt Nam, quy trình nhân giống vô tính trong ống nghiệm đã được hoàn thiện cho nhiều loại cây như khoai tây, mía, dứa và một số giống lan. Nhiều phòng thí nghiệm đã đạt được kết quả đầu tiên trong nhân giống cây lâm nghiệp như bạch đàn, lát sen, sến, xoan ta, keo... và một số cây dược liệu như sâm, đinh lăng, râu mèo, trà hoa vàng... Phương pháp này không chỉ giúp sản xuất cây trồng nhanh chóng mà còn có tác dụng bảo tồn các nguồn gen quý hiếm có nguy cơ bị tuyệt chủng.

Công nghệ tế bào thực vật trong nhân giống cây trồng

2. Chọn giống cây trồng: Đối với các nhà trồng trọt, việc chọn và tạo ra giống cây có khả năng chống chịu những tác động ngoại cảnh phi sinh học và tác động của các chất hóa học là mục tiêu của nhiều chương trình nghiên cứu. Với công nghệ tế bào thực vật, các nhà khoa học đã tạo được những dòng chịu muối NaCl từ mô sẹo lúa, thuốc lá, lúa mỳ...; những dòng lạc chịu hạn và dòng lúa chịu nóng bằng kỹ thuật xử lý mô sẹo trong nuôi cấy in vitro. Đặc biệt là tạo ra giống lúa mới DR2 từ giống lúa CR203 của nhóm tác giả Trần Lê Bình và Lê Thị Muội (Nguyễn Thị Tâm & Vũ Thị Thu Thủy, 2016). Trong quá trình này, các nhà nghiên cứu đã lựa chọn dòng tế bào chịu nóng và khô từ các tế bào phôi của giống lúa CR203. Sau đó, họ sử dụng phương pháp nuôi cấy tế bào để tạo ra giống lúa DR2 mới với năng suất và độ thuần chủng cao hơn. Giống lúa DR2 được tạo ra có khả năng chịu nóng và khô hạn tốt hơn, là một bước tiến quan trọng trong việc nâng cao năng suất và đảm bảo sự ổn định của sản xuất lúa trong điều kiện khí hậu biến đổi.

3. Chiết xuất các dược chất có hoạt tính sinh học: Nuôi cấy tế bào thực vật với những ưu điểm vượt trội đã mở ra tiềm năng lớn để tăng thu sinh khối trong thời gian ngắn, tạo nguồn nguyên liệu phục vụ việc tách chiết các hoạt chất sinh học trên quy mô công nghiệp, góp phần giải quyết những khó khăn về nguồn dược liệu tự nhiên. Nhiều hoạt chất sinh học quan trọng như vaccine, hormone và các sản phẩm sinh học khác được sản xuất theo phương pháp nuôi cấy tế bào thực vật đóng vai trò quan trọng trong các nghiên cứu y học và trong việc sản xuất các loại thuốc đem lại lợi ích cho con người và động vật.

Sản xuất sinh khối in vitro trong các bioreactor để chiết xuất saponin từ rễ cây Sâm Ngọc Linh làm nguyên liệu dược phẩm hoặc mỹ phầm (P.T.T, 2023)

Vũ Tiến Bình, Bộ môn Sinh lý thực vật, Khoa Nông học, Học viện Nông nghiệp Việt Nam

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Nguyễn Thị Tâm & Vũ Thị Thu Thủy (2016). Giáo trình Công nghệ tế bào thực vật. NXB Đại học Thái Nguyên.

P.T.T (2023). Nghiên cứu xây dựng công nghệ sản xuất sinh khối tế bào và rễ sâm Ngọc Linh in vitro. https://www.vista.gov.vn/vi/news/ket-qua-nghien-cuu-trien-khai/nghien-cuu-xay-dung-cong-nghe-san-xuat-sinh-khoi-te-bao-va-re-sam-ngoc-linh-in-vitro-6324.html.