Bài 5. Ứng dụng công nghệ sinh học trong sinh sản và chọn, tạo giống thuỷ sản - Chuyên đề Công nghệ 12 Cánh diều

KHỞI ĐỘNG

Câu hỏi: Kể tên một số ứng dụng của công nghệ sinh học trong sinh sản và chọn tạo giống thuỷ sản mà em biết

Lời giải chi tiết:

- Sinh sản nhân tạo động vật thủy sản

- Công nghệ bảo quản tinh trùng cá

- Ứng dụng công nghệ đa bội trong chọn, tạo giống

- Kĩ thuật điều khiển giới tính bằng hormone sinh dục

- Ứng dụng chỉ thị phân tử trong chọn giống thủy sản

- ...

Câu 2

Câu hỏi: 

1. Nêu lợi ích của việc ứng dụng công nghệ sinh sản nhân tạo

2. Kể tên một số giai đoạn chính trong quy trình sinh sản nhân tạo giống thuỷ sản.

Lời giải chi tiết:

1. Lợi ích: Sinh sản nhân tạo thành công đóng vai trò rất quan trọng trong nuôi trồng thuỷ sản do nhiều loài thuy sản không sinh sản trong điều kiện nuôi. Một số loài có khả năng sinh sản trong ao nuôi, nhưng sinh sản không đồng loạt hoặc khó thu bắt để tách riêng cơn giông phục vụ quá trình chọn lọc và lai tạo giống.

2.  Giai đoạn: chọn lọc con bố mẹ đủ tiêu chuẩn để tham gia sinh sản, nuôi vỗ cá, tôm bố mẹ, kích thích sinh sản, thu ấu trùng hoặc thu sản phẩm sinh dục để thụ tinh nhân tạo và ấp trứng, ương nuôi ấu trùng

Câu 3

Luyện tập: Vì sao kích thích sinh sản là khâu rất quan trọng trong quá trình sinh sản nhân tạo?

Lời giải chi tiết:

Kích thích sinh sản là khâu rất quan trọng trong quá trình sinh sản nhân tạo vì những lý do sau:

- Tăng hiệu quả thụ tinh:

+ Kích thích cá đực và cá cái đồng loạt rụng trứng/tinh trùng, giúp tăng tỷ lệ thụ tinh.

+ Giúp cá đực sản xuất nhiều tinh trùng hơn, tăng khả năng thụ tinh.

+ Giúp cá cái rụng nhiều trứng hơn, tăng số lượng cá bột thu được.

- Kiểm soát thời gian sinh sản:

+ Cho phép chủ động sắp xếp thời gian cho việc sinh sản, thu hoạch trứng và ương lăng.

+ Giúp việc thu hoạch trứng và tinh trùng được dễ dàng hơn.

+ Giúp cá sinh sản đúng thời điểm thích hợp, thuận lợi cho việc nuôi dưỡng và chăm sóc cá bột.

- Nâng cao chất lượng con giống:

+ Giúp cá sinh sản ra con giống khỏe mạnh, đồng đều.

+ Giảm thiểu tỷ lệ dị tật bẩm sinh ở cá bột.

+ Giúp nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm thuỷ sản.

Câu 4

Câu hỏi: Trình bày kĩ thuật sử dụng hormone trong kích thích sinh sản cá bố mẹ.

Lời giải chi tiết:

Kích thích sinh sản bằng hormone sinh sản được sử dụng rộng rãi trong sinh sản nhiều loài cá (như cá chép, rô đồng, cá tra, cá song, cá vược,...). Một số loại chất kích thích sinh sản, còn gọi là kích dục tố như HCG, GnRHa, LRHa được tiêm cho cá bố mẹ khi buồng trứng và buồng sẹ đã phát triển đầy đủ, cá sẵn sàng tham gia sinh sản. Cá cái được tiêm 2 liều, cách nhau từ 6 đến 8 giờ. Liều 1 là liều khởi động với lượng kích dục tố bằng 1/3 tổng liều, liều 2 là liều quyết định, sử dụng 2/3 tổng liều hormone. Liều tiêm cho cá đực thường bằng 50% so với liều cho cá cái. Sau khi tiêm liều 2 từ 8 đến 12 giờ, cá mẹ được vuốt để thu trứng. Cá đực có thể được vuốt hoặc mổ để thu tỉnh dịch tuỳ từng loài. Trứng sau khi thụ tỉnh được đưa vào hệ thống ấp chuyên biệt.

Câu 5

Câu hỏi: Trình bày phương pháp kích thích sinh sản trên tôm

Lời giải chi tiết:

Ở nhiều loài thuỷ sản, quá trình thành thục sinh dục của con đực và con cái diễn ra không đồng thời. Một số loài cá có khả năng tự chuyển đổi giới tính trong vòng đời sinh sản. 

Vì vậy, trữ đông sản phẩm sinh dục thành công có vai trò rất quan trọng trong sản xuất thuỷ sản:

• Thu được sản phẩm sinh dục ở giai đoạn phù hợp nhất và đưa vào sử dụng ở bất ki thời điểm nào trong năm không phụ thuộc vào mùa vụ sinh sản.

• Giảm thiểu vấn để cận huyết trong các trại giống do sản phẩm sinh dục có thể dễ dàng vận chuyển và trao đổi giữa các trại, giúp tăng khả năng lai xa, lai với nguồn cả ngoài trại giống

• Tạo điều kiện để thực hiện các chương trình chọn giống, bảo tồn nguồn gene, đặc biệt với những loài quý, hiếm và có nguy cơ tuyệt chủng

Câu 6

Câu hỏi: Phân tích ứng dụng kĩ thuật đa bội trong sản xuất giống thuỷ sản

Lời giải chi tiết:

- Con giống thuỷ sản đa bội là con giống có bộ nhiễm sắc thể lớn hơn 2n (3n, 4n,...). Ở một số loài thuỷ sản, đặc biệt là nhóm nhuyễn thể hai mảnh vỏ (như hâu, vẹm, sò điệp....), con giống đa bội có tốc độ tăng trưởng vượt trội, kích cỡ thương phẩm lớn so với con giống lưỡng bội. Cá thể đa bội thường không có khả năng sinh sản, do đó người nuôi có thê thu hoạch sản phẩm quanh năm.

- Đặc điểm sinh sản của hàu cũng giống nhiều loài nhuyễn thể hai mảnh vỏ khác như vẹm, ngao, sò điệp.... là giải phóng sản phẩm sinh dục (tỉnh trùng và trứng) vào nước để thụ tình và phát triển phôi. Trứng giải phóng vào nước chưa phát triển hoàn toàn. Khi tỉnh trùng xâm nhập vào trứng, sẽ xảy ra quá trình giảm phân giải phóng thể cực. Vì vậy, người ta tác động gây sốc vào các quá trình giảm phân nhằm thay đổi số lượng bộ nhiễm sắc thể.

- Khi ức chế giải phóng thế cực II trong quá trình phân bào giảm nhiễm II, trứng duy trì bộ nhiễm sắc thể 2n, khi được thụ tình với tỉnh trùng În sẽ tạo ra hợp từ mang bộ nhiễm sắc thể 3n gọi là thế tam bội

- Phương pháp gây tác động ức chế bao gồm: sốc nóng, sốc lạnh, sử dụng hoá chất cytochalasin B (CB), 6-dimethylaminopurine (6-DMAP), caffeine. 

Câu 7

Luyện tập: Dựa vào Hình 57, trình bày cơ chế tạo thể tam bội ở hậu

Lời giải chi tiết:

- Phân bào giảm nhiễm 1 => Thể cực

- Phân bào giảm nhiễm 2 

+ Thể cực => Thể lưỡng bội

+ (gây sốc) thể tam bội

Câu 8

Câu hỏi: Mô tả phương pháp sử dụng hormone điều khiển giới tính trên động vật thuỷ sản

Lời giải chi tiết:

Quy trình tạo cá rô phi đơn tính đực được thực hiện thông qua hai phương pháp:

- Phương pháp cho ăn

+ Trứng cá rô phi được thu từ miệng cá mẹ để ấp trong khay nhựa đến khi trở thành cá bột và tiêu hết noãn hoàng (3 ngày). Cá bột được chuyển ra giai lưới mắt dày đặt trong ao (cỡ 3×2×1m) với mật độ khoảng 15000 con/m²(Hinh 5.8). Lưu ý, không gây nuôi thức ăn tự nhiên trong ao để cá tập trung ăn thức ăn có trộn hormone.

+ Hormone sử dụng là 17a - methyl testosterone (17a-MT). Sử dụng cồn hoà tan hormone 17a - MT, sau đó trộn vào thức ăn với lượng 60 mg/kg thức ăn. Quy trình cho ăn như sau: 5 ngày đầu, mỗi ngày cho lượng thức ăn bằng 25% khối lượng cá bột, 5 ngày tiếp, bằng 20%; 5 ngày sau nữa, bằng 15% và 6 ngày cuối bằng 10%. Cá được cho ăn từ 4 đến 5 bữa/ngày trong 21 ngày liên tục. Sau đó, cá được chuyển ra ao ương lên giai đoạn giống.

+ Phương pháp này có tỉ lệ chuyển giới tính đực ở cá rô phi rất cao, khoảng 95%. Tuy nhiên thời gian xử lí dài.

- Phương pháp ngâm

Cá rô phi giai đoạn từ 12 đến 14 ngày tuổi được ngâm trong nước có chứa hormone 17a – MT ở nồng độ từ 2 đến 3 mg/L, thời gian xử lí từ 2 đến 3 giờ. Phương pháp ngâm cho tỉ lệ chuyển đực khoảng 85%. Phương pháp này có thời gian xử lí ngắn, dễ thực hiện, thể tích xử lí nhỏ.

Câu 9

Luyện tập: Hãy so sánh ưu, nhược điểm của các phương pháp thực hiện điều khiển giới tính cả bằng hormone

Lời giải chi tiết:

1. Cho ăn thức ăn có trộn hormone:

- Ưu điểm:

+ Đơn giản, dễ thực hiện: Chỉ cần trộn hormone vào thức ăn và cho cá ăn theo hướng dẫn.

+ Chi phí thấp: Đây là phương pháp tiết kiệm nhất so với các phương pháp khác.

+ Hiệu quả cao: Tỷ lệ chuyển đổi giới tính cao, có thể đạt đến 90-95%.

- Nhược điểm:

+ Khó kiểm soát liều lượng: Cần tính toán liều lượng hormone phù hợp với từng loại cá, độ tuổi và trọng lượng cá.

+ Có thể ảnh hưởng đến sức khỏe cá: Việc sử dụng hormone liều lượng cao có thể ảnh hưởng đến sức khỏe cá, làm giảm sức đề kháng và khả năng sinh sản.

+ Gây ô nhiễm môi trường: Hormone dư thừa trong thức ăn có thể thải ra môi trường, gây ô nhiễm môi trường nước.

2. Ngâm cá trong dung dịch hormone:

- Ưu điểm:

+ Dễ thực hiện: Chỉ cần ngâm cá trong dung dịch hormone theo thời gian quy định.

+ Kiểm soát liều lượng dễ dàng: Có thể điều chỉnh liều lượng hormone dễ dàng bằng cách thay đổi nồng độ dung dịch.

+ Ít ảnh hưởng đến sức khỏe cá: Liều lượng hormone sử dụng thấp hơn so với phương pháp cho ăn.

- Nhược điểm:

+ Chi phí cao hơn so với phương pháp cho ăn: Cần sử dụng bể ngâm và dung dịch hormone.

+ Có thể gây sốc cho cá: Việc thay đổi môi trường đột ngột có thể gây sốc cho cá.

+ Khó áp dụng cho cá lớn: Cá lớn cần nhiều dung dịch hormone hơn, khiến cho việc thực hiện trở nên khó khăn.

Câu 10

Câu hỏi: Trình bày ứng dụng của chỉ thị phân tử trong chọn giống thuỷ sản.

Lời giải chi tiết:

- Có nhiều loại chỉ thị phân tử, trong đó một số loại thường sử dụng trong nghiên cứu di truyền và chọn giống thuỷ sản như: RFLP (Restriction Fragment Length Polymorphism - đa hình độ dài đoạn cắt hạn chế), microsatellite (chuỗi lặp lại đơn giản) và SNP (Single Nucleotide Polymorphism - Đa hinh nucleotide dơn). Sử dụng chỉ thị phân tử giúp đây nhanh quá trình chọn giống trong thuỷ sản thông qua việc xác định đa dạng di truyền trong quần đàn, mức độ cận huyết, ghép cặp bố mẹ theo gene phù hợp, xác định loài, dòng cá và xây dựng bản đồ gene cho các loài động vật thuỷ sản. Tuy nhiên, công nghệ này đòi hỏi trang thiết bị hiện đại, trình độ kĩ thuật và chi phí cao.

- Công nghệ giải trình tự gene thế hệ mới đã giúp các nhà khoa học tạo lập và phát triển được các chỉ thị phân tử liên quan đến các tính trạng mong muốn như sinh trưởng nhanh, kháng bệnh tốt, chất lượng thịt cao...

Câu 11

Luyện tập: Dựa vào Hình 5.9, mô tả một số bước cơ bản trong ứng dụng chỉ thị phân tử để chọn giống cá tra kháng bệnh gan thận mù

Lời giải chi tiết:

- Bước 1: Tạo quần đàn cá làm vật liệu chọn giống

+ Cho lại các cặp cá bố mẹ để tạo đàn cả làm vật liệu chọn giống

+ Chia quần đản cả tạo được thánh 2 quân đàn nhỏ (quần đàn 1 và quần đàn 2)

- Bước 2: Tiêm cảm nhiễm quần đàn 1 bằng vi khuẩn Edwardsiella ictaluri gây bệnh gan thận mù

+ Theo dõi cá chết hoặc không chết

+ Giải trình tự gene để tim chỉ thị phân tử liên quan đến khả năng kháng bệnh gan thận mù

- Bước 3: Chọn cá kháng bệnh từ quần đàn 2

+ Giải trình tự gene quân đàn cá 2 

+ Lựa chọn cá có chỉ thị phân tử liên quan khả năng kháng bệnh gan thân mủ (gene kháng bệnh gan thận mủ)

Câu 12

Vận dụng: Có những ứng dụng công nghệ sinh học nào đã được áp dụng trong sinh sản và tạo giống thuỷ sản ở nước ta? Hãy nêu hiệu quả mà các ứng dụng này mang lại.

Lời giải chi tiết:

Ứng dụng công nghệ sinh học trong sinh sản và tạo giống thuỷ sản ở Việt Nam:

1. Kích thích sinh sản:

- Sử dụng hormone để kích thích cá đực và cá cái đồng loạt rụng trứng/tinh trùng, giúp tăng tỷ lệ thụ tinh.

- Sử dụng các phương pháp như:

+ Kích thích bằng ánh sáng: Thay đổi chu kỳ ánh sáng để kích thích cá sinh sản.

+ Kích thích bằng nhiệt độ: Thay đổi nhiệt độ nước để kích thích cá sinh sản.

2. Thu hoạch trứng và tinh trùng:

- Sử dụng các kỹ thuật như:

+ Thu hoạch trứng bằng phương pháp vớt: Dùng vợt để vớt trứng cá đang rụng.

+ Thu hoạch trứng bằng phương pháp kích thích: Dùng hormone để kích thích cá rụng trứng và sau đó thu hoạch trứng.

+ Thu hoạch tinh trùng bằng phương pháp massage: Dùng tay massage nhẹ nhàng để cá đực phóng tinh.

3. Thụ tinh nhân tạo:

Sử dụng các kỹ thuật như:

+ Thụ tinh khô: Trộn trực tiếp tinh trùng và trứng trong môi trường nước.

+ Thụ tinh ướt: Pha loãng tinh trùng và bơm vào buồng trứng cá cái.