MỤC LỤC MỤC LỤC 1 I . MỞ ĐẦU 3 IIKHÁI NIỆM HIỆN TƯỢNG PHÁT TÁN GEN 3 III CON ĐƯỜNG PHÁT TÁN GEN Ở CÂY TRỒNG VÀ HẬU QUẢ CỦA HIỆN TƯỢNG PHÁT TÁN GEN 4 1 Thông qua hạt phấn 4 2 Thông qua hạt 4 3 Thông qua sinh sản vô tính 4 IVHẬU QUẢ PHÁT TÁN GEN ĐỐI VỚI MÔI TRƯỜNG 5 VPHÁT TÁN GEN Ở CÂY NGÔ 6 VI– Phát tán gen ở cây đậu tương 9 VII Phát tán ở cây bông 10 VIII Kết luận 11 IX Tài liệu tham khảo 11 I . MỞ ĐẦU Con người đang phải đối mặt với những vấn đề thực sự nghiêm trọng đó là tình trạng thiếu thốn lương thực ,để giải quyết vấn đề đó chúng ta đã tìm ra một giải pháp đó là phát triển cây trồng biến đổi gen với những yêu thế vượt trội so với cây trồng truyền thống nhưng với chiến lược này lại có nhiều nhược điểm với con người và môi trường .Điều đó dẫn đến những cuộc tranh luận xung quanh ảnh hưởng của cây chuyển gen .Vậy cây chuyển gen có an toàn với môi trường con người và phương hướng phát triển cây trồng chuyển gen trong tương lai như thế nào Cây trồng công nghệ sinh học đang được nghiên cứu và phát triển để đưa ra ngoài đồng ruộng .Tuy nhiên vấn đề về phát tán gen ở cây trồng chuyển gen đang là vấn đề tranh cãi của nhiều nhà khoa học . Vậy cây trồng phát tán gen có gây hại cho môi trường hay không ? IIKHÁI NIỆM HIỆN TƯỢNG PHÁT TÁN GEN • Sự phát tán gen là sự di chuyển các hệ gen của sinh vật hoặc giữa các môi trường.( Heinemanm, 2007) • Sự phát tán gen dọc: là hiện tượng sinh học bình thường xảy ra do sự thụ phấn chéo trong và giữa các loài có sự tương hợp về giới tính để tạo ra con cháu, • Sự phát tán gen ngang : sự chuyển gen giữa các sinh vật không phải họ hàng không thông qua giao phối hoặc thông qua sự di chuyển của hạt giống hoặc các cá thể dinh dưỡng vào các môi trường mới . III CON ĐƯỜNG PHÁT TÁN GEN Ở CÂY TRỒNG VÀ HẬU QUẢ CỦA HIỆN TƯỢNG PHÁT TÁN GEN Có 3 con đường phát tán gen 1.Con đường phát tán gen thông qua hạt phấn 2.Con đường phát tán gen thông qua hạt giống 3.Con đường phát tán gen thông qua sinh sản vô tính 1 Thông qua hạt phấn Khái niệm :Phát tán gen thông qua hạt phấn là sự di chuyển của các gen thông qua sự thụ phấn giữa các cá thể của các quần thể khác nhau. Các con đường phát tán gen thông qua hạt phấn • Từ cây trồng công nghệ sinh học sang cây trồng • Từ cây trồng công nghệ sinh học sang cây trồng • Từ cây trồng công nghệ sinh học sang các loài họ hàng hoang dại 2 Thông qua hạt khái niệm : là sự di chuyển của các gen thông qua sự phát tán hạt giữa các quần thể khác nhau Các con đường phát tán hạt • Thông qua phát tán tự nhiên ( động vật ,gió , nước) • Thông qua hoạt động vận chuyển và buôn bán hạt giống 3 Thông qua sinh sản vô tính Khái niệm : Thông qua sự phát tán bộ phận dinh dưỡng của các quần thể khác nhau
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC AN TOÀN SINH HỌC ĐỀ TÀI : Phân tích hiện tượng “trôi gen” ở cây trồng biến đổi gen và các hậu quả về sinh viên môi trường Giảng viên thực hiện: PGS.TS. NGUYỄN THỊ PHƯƠNG THẢO Sinh viên thực hiện: TRẦN THỊ THÙY DƯƠNG 550332 HOÀNG THỊ DUYỀN 550329 HỒ TIẾN DŨNG 550335 ĐỒNG VĂN DƯƠNG 550330 HÀ NỘI - 2013 MỤC LỤC !"#$%&' ()*+, (/01(2*' 3()*+, (/0' ()*+, 45*(46*7)8*(' "#$9 :;< ;= >(?00?*+@*ABCDEF-0GH*+I (?00?*ABCDJ)*+K L0M-F*N OP5M5Q-0(.RS(6TN 3 I . MỞ ĐẦU Con người đang phải đối mặt với những vấn đề thực sự nghiêm trọng đó là tình trạng thiếu thốn lương thực ,để giải quyết vấn đề đó chúng ta đã tìm ra một giải pháp đó là phát triển cây trồng biến đổi gen với những yêu thế vượt trội so với cây trồng truyền thống nhưng với chiến lược này lại có nhiều nhược điểm với con người và môi trường .Điều đó dẫn đến những cuộc tranh luận xung quanh ảnh hưởng của cây chuyển gen .Vậy cây chuyển gen có an toàn với môi trường con người và phương hướng phát triển cây trồng chuyển gen trong tương lai như thế nào Cây trồng công nghệ sinh học đang được nghiên cứu và phát triển để đưa ra ngoài đồng ruộng .Tuy nhiên vấn đề về phát tán gen ở cây trồng chuyển gen đang là vấn đề tranh cãi của nhiều nhà khoa học . Vậy cây trồng phát tán gen có gây hại cho môi trường hay không ? II-KHÁI NIỆM HIỆN TƯỢNG PHÁT TÁN GEN • Sự phát tán gen là sự di chuyển các hệ gen của sinh vật hoặc giữa các môi trường.( Heinemanm, 2007) • Sự phát tán gen dọc: là hiện tượng sinh học bình thường xảy ra do sự thụ phấn chéo trong và giữa các loài có sự tương hợp về giới tính để tạo ra con cháu, • Sự phát tán gen ngang : sự chuyển gen giữa các sinh vật không phải họ hàng không thông qua giao phối hoặc thông qua sự di chuyển của hạt giống hoặc các cá thể dinh dưỡng vào các môi trường mới . III - CON ĐƯỜNG PHÁT TÁN GEN Ở CÂY TRỒNG VÀ HẬU QUẢ CỦA HIỆN TƯỢNG PHÁT TÁN GEN Có 3 con đường phát tán gen 1.Con đường phát tán gen thông qua hạt phấn 2.Con đường phát tán gen thông qua hạt giống 3.Con đường phát tán gen thông qua sinh sản vô tính 1 - Thông qua hạt phấn Khái niệm :Phát tán gen thông qua hạt phấn là sự di chuyển của các gen thông qua sự thụ phấn giữa các cá thể của các quần thể khác nhau. Các con đường phát tán gen thông qua hạt phấn • Từ cây trồng công nghệ sinh học sang cây trồng • Từ cây trồng công nghệ sinh học sang cây trồng • Từ cây trồng công nghệ sinh học sang các loài họ hàng hoang dại 2 -Thông qua hạt khái niệm : là sự di chuyển của các gen thông qua sự phát tán hạt giữa các quần thể khác nhau Các con đường phát tán hạt • Thông qua phát tán tự nhiên ( động vật ,gió , nước) • Thông qua hoạt động vận chuyển và buôn bán hạt giống 3- Thông qua sinh sản vô tính Khái niệm : Thông qua sự phát tán bộ phận dinh dưỡng của các quần thể khác nhau Bảng so sánh Sự phát tán gen qua các con đường khác nhau ' Loại hình phát tán gene Khả năng xảy ra Bị ảnh hưởng bởi mối quan hệ giữa sinh vật cho và sinh vật nhận gene Các yếu tố hạn chế phát tán gene Thông qua hạt phấn Phổ biến Có Tỉ lệ tạp giao của đối tượng nhận , Mức độ tương hợp hạt phấn giữa đối tượng cho và nhận , môi trường truyền phấn ( gió , động vật ) và điều kiện thời tiết Thông qua hạt Phổ biến Không Môi trường phát tán hạt ( gió , nước, động vật và con người ) và điều kiện thời tiết Thông qua sinh sản vô tính Không phổ biến Không Môi trường phát tán bộ phận sinh dưỡng ( gió , nước , động vật và người ) IV-HẬU QUẢ PHÁT TÁN GEN ĐỐI VỚI MÔI TRƯỜNG Hình thành các loài cỏ dại mới ,siêu cỏ dại : - Phát tán gen từ cây công nghệ sinh học sang các loài họ hàng dại đẩy mạnh đặc trưng của cỏ dại làm cho các loài cỏ dại tăng cường khả năng tồn tại hoặc xâm lấn môi trường . Cây trồng tự tham gia vào hệ sinh thái hoang dại Xói mòn đa dạng di truyền và ô nhiễm gene: - Khi gen phát tán và phát triển mạnh vào các loài hoang dại làm cho các loài hoang dại thích ứng và khó điều khiển - Thực vật nhận gen kháng côn trùng hay kháng bệnh qua sự phát tán gen làm tăng tính thích nghi và ưu thế chọn lọc làm thay đổi cấu trúc quần thể tự nhiên Biện pháp hạn chế phát tán gen của cây trồng < - Phát tán thông qua hạt phấn và sinh sản vô tính : Cần áp dụng các biện pháp quản lý thích hợp trên quy mô quy mô quốc gia và quốc tế( vận chuyển, trao đổi, buôn bán hạt giống) Han chế các yếu tố vận chuyển tự nhiên ( cách ly với các nguồn vận chuyển trung gian) - Phát tán gen thông qua hạt phấn Cách ly trước và sau hợp tử Sử dụng các gen chuyển quy định các tính trạng (ngủ nghỉ của hạt, sự mất khả năng phát tán của hạt phấn) V-PHÁT TÁN GEN Ở CÂY NGÔ a. Đặc điểm sinh trưởng phát triển của cây ngô +Thời gian sinh trưởng của cây ngô dài, ngắn khác nhau phụ thuộc vào giống và điều kiện ngoại cảnh. Trung bình TGST từ khi gieo đến khi chín là 90 - 160 ngày. Sự phát triển của cây ngô chia ra làm 2 giai đoạn: Giai đoạn sinh trưởng dinh dưỡng: Từ khi gieo đến khi xuất hiện nhị cái Giai đoạn sinh trưởng sinh thực: Bắt đầu với việc thụ tinh của hoa cái cho đến khi hạt chín hoàn toàn. - có thể chia ra các thời kỳ sau: Thời kỳ nảy mầm, thời kỳ 3 - 6 lá, thời kỳ 8 - 10 lá, thời kỳ xoáy nõn, thời kỳ nở hoa và thời kỳ chín. b.Quá trình giao phấn của cây ngô diễn ra Cây ngô là cây giao phấn chéo nhờ gió .Phần lớn hạt ngô rơi trong khoảng 5m trong bờ ruộng (84-92%).Để xảy ra phát tán gen thì hạt phấn của cây chuyển gen phải tồn tại rơi trên vòi đầu nhụy của cây nhận và cạnh tranh với hạt phấn của cây khác để có khả năng thụ phấn chéo.Những hạt phấn có màu sáng ít có khả năng phát tán trong khoảng cách xa . c.Cây ngô phát tán qua cây trồng khác Cây ngô không có khả năng tồn tại trong môi trường hoang dại .không thể duy trì sinh sản nếu không có sự chăm sóc của con người .Không có khả năng xâm lấn trong môi trường tự nhiên (Gould 1968).Bắp ngô mang hạt được = bao bọc trong lá bao lên khả năng phát tán trong tự nhiên là không xảy ra (Doebley 1990) d.Những tranh luận về ngô BT và tác động của nó đến bướm Monarch Năm 1999 ,Losey và cộng sự đã công bố tỷ lệ chết của sâu non ăn lá có phủ hạt phấn của ngô BT cao hơn so với đối chứng .Năm 2000 Jesse và Obrycki cũng ủng hộ quan điểm của Losey - Những hạn chế về nghiên cứu của Lossey Lượng hạt phấn trên lá cỏ sữa không được xác định cụ thể Chỉ thực hiện trên 1 giống ngô BT Việc áp dụng kết luận kết quả thí nghiệm trong phòng thí nghiệm đối với điều kiện đồng ruộng là không chính xác Phương pháp thu nhập hạt phấn có thể lẫn bao phấn hoặc các đoạn bông cờ - Hellmich(2001) đã thử nghiệm tính độc của các độc tố BT khác nhau đối với sâu bướm monarch Kết quả : Các protein Cry9C và Cry1F hầu như không gây độc đối với sâu non 1 tuổi nhưng mẫn cảm với Cry1Ab và Cry1Ac. Sâu non tuổi lớn hơn ít mẫn cảm với Cry1Ab 12-13 lần so với sâu non 1 tuổi Chứng tỏ sự lẫn tạp trong hạt phấn (bao phấn ) tác động đột ngột đến sự sống ,tăng trưởng khối lượng cho kết quả không chính xác.Chứng tỏ kết luận Jesse và Obrycki(2000) là không chính xác . - Oberhauser (2001) và Dively (2004) : Tác động của hạt phấn ngô BT với sâu monarch còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố môi trường Nghiên cứu cho thấy thề hệ đầu tiên của bướm monarch đẻ trứng lứa đầu vào T5 không trùng với giai đoạn tung phấn của ngô .Thế hệ thứ 2 bướm monarch đẻ trứng T7-8,ngô tung phấn trong thời gian 1-2 tuần giữa T7-T8. Trong khi đó sâu phát triển trong 1 thời gian dài hơn , khả năng tiếp xúc của hạt phấn và sâu monarch phụ thuộc vào sự phát triển của chúng và sự tung phấn của cây ngô U -Oberhauser(2001) đã phân tích tỷ lệ cỏ sữa mọc trong các cánh đồng ngô cao hơn ở những khu vực phi nông nghiệp ,đặc biệt dọc theo bờ ruộng so với ruộng trồng ngô và đậu tương tỷ lệ bướm monarch chiếm tỷ lệ cao - Pleasants (2001)đo mật độ hạt phấn ngô trên cây cỏ sữa ở trong cũng như ngoài ruộng ngô:mật độ hạt phấn trung bình cao nhất ở trong ruộng ngô (171 hạt/cm 2 ) giảm dần khi ở ngoài bờ ruộng. - Một số yếu tố có thể làm giảm rủi ro ngô BT với bướm monarch : Các lá cỏ sữa chỉ mang 30-50% mật độ hạt phấn , sâu non 1-3 tuổi không ăn gân chính nơi mật độ hạt phấn cao gấp 1,5-1,9 lần so với vị trí khác, mưa ảnh hưởng đến mật độ hạt phấn ( 1 cơn mưa có thể loại bỏ 54-86% hạt phấn ) -Oberhauser(2001) đã phân tích tỷ lệ cỏ sữa mọc trong các cánh đồng ngô cao hơn ở những khu vực phi nông nghiệp ,đặc biệt dọc theo bờ ruộng so với ruộng trồng ngô và đậu tương tỷ lệ bướm monarch chiếm tỷ lệ cao - Pleasants (2001)đo mật độ hạt phấn ngô trên cây cỏ sữa ở trong cũng như ngoài ruộng ngô:mật độ hạt phấn trung bình cao nhất ở trong ruộng ngô (171 hạt/cm 2 ) giảm dần khi ở ngoài bờ ruộng. - Một số yếu tố có thể làm giảm rủi ro ngô BT với bướm monarch : Các lá cỏ sữa chỉ mang 30-50% mật độ hạt phấn , sâu non 1-3 tuổi không ăn gân chính nơi mật độ hạt phấn cao gấp 1,5-1,9 lần so với vị trí khác, mưa ảnh hưởng đến mật độ hạt phấn ( 1 cơn mưa có thể loại bỏ 54-86% hạt phấn ) Từ các kết quả nghiên cứu trên có thể đưa ra kết luận : Tất cả các ngô BT thương mại hiện nay không có tác động đến bướm Monarch đặc biệt là khi so sánh với việc sử dụng thuốc trừ sâu truyền thống . VI– Phát tán gen ở cây đậu tương a. Đặc điểm sinh trưởng phát triển cây đậu tương Từ lúc mọc đến khi cây có 5 lá thật (3 lá kép) khoảng 25-30 ngày sau khi gieo, thân sinh trưởng với tốc độ bình thường. b.Quá trình thụ phấn của cây đậu tương Đậu tương là cây tự thụ phấn ,quá trình xảy ra vào lúc sáng sớm trước khi nở hoa chỉ khoảng 0,5 -1% giao phấn chéo nhờ côn trùng .Vào thời gian thụ I phấn các bó nhị đực kéo dài ra giống cái chuông bao quanh nhụy.Các hạt phấn trực tiếp rơi núm nhụy lên tỷ lệ thụ phấn cao .Thời gian tự thụ phấn đến thụ tinh vào khoảng thời gian từ 8-10h c.Sự phát tán gen của cây đậu tương Đậu tương là cây tự thụ phấn và nhân giống chủ yếu bằng hạt Tỷ lệ giao phấn ở đậu tương thường nhỏ <1% (Caviness,1996) Khoảng cách xa nhất giữa cây cho và cây nhận phấn là 7m. Mật độ phấn hoa trong không khí lớn nhất là 0,368 hạt .cm -2 .ngày -1 .Chứng tỏ khả năng phát tán gen là rất nhỏ Tỷ lệ lai chéo cao nhất quan sát được là 0,195% (2001) và 0,16% (2002), ở các cây trồng liền kề cách 0,7m từ nguồn cho phấn hoa Không có sự lai chéo nào xảy ra được quan sát các hàng cách 10,5m từ nguồn phấn hoa trong vòng 4 năm d.Cây đậu tương phát tán qua cây trồng khác Đậu tương là cây hàng năm .Một số hạt đậu tương có thể sót lại sau thu hoạch , sống và nảy mầm trong vụ sau nhưng không có bằng chứng nào chứng tỏ cây này có khả năng tự hình thành quần thể mới (Hymowitz và Singh 1987) VII- Phát tán ở cây bông Chi bông có khoảng 50 loài, nơi khởi nguồn của bông còn chưa rõ. Hạt bông khá lớn và nặng, không dễ để được gió phát tán. Cây bông là cây tự thụ phấn và có thể được giao phấn với sự góp mặt của côn trùng thụ phấn. a.Đặc điểm sinh trưởng của cây bông Quá trình sinh trưởng và phát triển từ khi gieo hạt đến bắt đầu có quả nở khoảng 95 - 125 ngày và đến tận thu khoảng 140 - 170 ngày.cao về nhiệt. Nhiệt độ tối ưu cho bông nẩy mầm, sinh trưởng và phát triển là 25-30 0 C. Thời kỳ sinh trưởng của cây bông Thời kỳ sinh trưởng được chia thành 5 giai đoạn : • Giai đoạn nẩy mầm • Giai đoạn cây con • Giai đoạn nụ • Giai đoạn hoa nở K • Giai đoạn quả nở b.Quá trình Thụ phấn của cây bông Cây bông là cây tự thụ có thể giao phấn khi có mặt của côn trùng thụ phấn .Hạt phấn bông chỉ tồn tại trong tự nhiên khoảng 12h(Govila and Rao,1969) và thụ tinh trong vòng 12-30h sau thụ phấn .Tỷ lệ giao phấn của cây bông phụ thuộc vào : số lượng côn trùng ,vị trí và thời điểm thụ phấn giao động từ 10% hoặc ít hơn .Hạt phấn của bông khá lớn và nặng không dễ phát tán nhờ gió c.Sự phát tán của cây bông đối với các cây trồng khác Cây bông không có hình thức sinh sản vô tính ,nên sự phát tán xảy ra chủ yếu là do hạt giống. Bông rất ít nảy mầm sau phát tán , nguy cơ trở thành cỏ dại là hầu như không có . Tần suất giao phấn chéo giảm theo khoảng cách so với nguồn hạt phấn cung cấp giảm từ 5 đến dưới 1% tại khoảng cách từ 1-7m Giao phấn chéo ở cánh đồng cách nhau 4 m giảm từ 1,89% ở những hàng cây trồng gần nhau nhất đến gâng như bằng 0 với các cây cách nhau 23,2m nên khả năng phát tán của cây bông trên môi trường là rất thấp . VIII- Kết luận Tóm lại việc phát tán gen ở cây trồng biến đổi gen xảy ra với tần số thấp và ít gây hậu quả tới môi trường. Các cây trồng công nghệ sinh học như cây ngô chuyển gen , cây bông , cây đậu tương đang được đưa ra ngoài sản xuất đem lại năng suất cao .Tuy nhiên chúng ta cần phải có những biện pháp kỹ thuật nhằm đảm bảo hạn chế phát tán gen vì chỉ có như vây chất lượng cây trồng mới được nâng cao. IX- Tài liệu tham khảo 1.Cây trồng công nghệ sinh học PGs .Nguyễn Thị Phương Thảo –Nguyễn Thị Thùy linh 2.http://hoinongdan.cantho.gov.vn/?tabid=150&ndid=71&key= 3.http://doc.edu.vn/tai-lieu/bai-giang-chon-giong-dau-tuong-1958/ N