công nghệ biến đổi gen ở thực vật -ứng dụng của thực vật biến đổi gen trong lĩnh vực thực phẩm

công nghệ biến đổi gen ở thực vật -ứng dụng của thực vật biến đổi gen trong lĩnh vực thực phẩm

1 Giới thiệu chung

Trước đây, để tạo một giống mới các nhà tạo giống thường sử dụng phương pháptruyền thống để tổ hợp lại các gen giữa hai cá thể thực vật tạo ra con lai mang những tínhtrạng mong muốn Phương pháp này được thực hiện bằng cách chuyển hạt phấn từ câynày sang nhụy hoa của cây khác Tuy nhiên, phép lai chéo này bị hạn chế bởi nó chỉ cóthể thực hiện được giữa các cá thể cùng loài (lai gần), lai giữa những các thể khác loài (laixa) thường bị bất thụ do đó không thể tạo ra con lai được Tuy nhiên, lai gần cũng phảimất nhiều thời gian mới thu được những kết quả mong muốn và thông thường những tínhtrạng quan tâm lại không tồn tại trong những loài có họ hàng gần nhau

Ngày nay, công nghệ chuyển gen cho phép nhà tạo giống cùng lúc đưa vào một loàicây trồng những gen mong muốn có nguồn gốc từ những cơ thể sống khác nhau, khôngchỉ giữa các loài có họ gần nhau mà còn ở những loài rất xa nhau Đó là cây trồng biếnđổi gen (cây trồng chuyển gen)

TIỂU LUẬN

CÔNG NGHỆ BIẾN ĐỔI GEN Ở THỰC VẬT ỨNG DỤNG CỦA THỰC VẬT BIẾN ĐỔI GEN TRONG LĨNH VỰC THỰC PHẨM

Giảng viên hướng dẫn: TS TRẦN BÍCH LAM Học viên thực hiện: ĐỖ THỊ THANH LOAN 13111015 NGUYỄN THỊ VINH 13111035

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 5 năm 2014

MÔN: HÓA SINH THỰC PHẨM

2 Các khái niệm 2.1 Khái niệm thực vật biến đổi gen (thực vật chuyển gen)

Thực vật biến đổi gen là là thực vật mà vật liệu di truyền của nó được biến đổi theo ýmuốn chủ quan của con người Nó mang một tổ hợp nguyên liệu di truyền mới tạo ra nhờcông nghệ biến đổi gen (công nghệ chuyển gen)

Thực vật biến đổi gen được đưa vào một hay nhiều gen Những gen được đưa vào (genchuyển) có thể được phân lập từ những loài có quan hệ họ hàng hay từ những loài khácbiệt hoàn toàn

2.2 Công nghệ biến đổi gen

Công nghệ biến đổi gen là công nghệ chuyển gen theo kỹ thuật DNA tái tổ hợp vớinhững công cụ và kỹ thuật phân tử, thông qua việc phân lập những gen có ích từ sinh vậtcho rồi chuyển trực tiếp vào sinh vật nhận, để tạo ra những sinh vật biến đổi gen Quátrình này hoàn toàn mang tính nhân tạo và không thấy trong tự nhiên

3 Kỹ thuật chuyển gen 3.1 Nguyên tắc sinh học của kỹ thuật chuyển gen

Khi đặt ra mục đích và thực hiện thí nghiệm chuyển gen cần chú ý một số vấn đề sinhhọc ảnh hưởng đến quá trình chuyển gen như sau:

- Không phải toàn bộ tế bào đều thể hiện tính toàn năng (totipotency)

- Các cây khác nhau có phản ứng không giống nhau với sự xâm nhập của một gen ngoạilai

- Cây biến nạp chỉ có thể tái sinh từ các tế bào có khả năng tái sinh và khả năng thu nhậngen biến nạp vào genome

- Mô thực vật là hỗn hợp các quần thể tế bào có khả năng khác nhau Cần xem xét một sốvấn đề như: chỉ có một số ít tế bào có khả năng biến nạp và tái sinh cây Ở các tế bào khác

có hai trường hợp có thể xảy ra: một số tế bào nếu được tạo điều kiện phù hợp thì trở nên

có khả năng, một số khác hoàn toàn không có khả năng biến nạp và tái sinh cây

- Thành phần của các quần thể tế bào được xác định bởi loài, kiểu gen, từng cơ quan, từnggiai đoạn phát triển của mô và cơ quan

- Thành tế bào ngăn cản sự xâm nhập của DNA ngoại lai Vì thế, cho đến nay chỉ có thể

chuyển gen vào tế bào có thành cellulose thông qua Agrobacterium, virus và bắn gen hoặc

phải phá bỏ thành tế bào để chuyển gen bằng phương pháp xung điện, siêu âm và vi tiêm

- Khả năng xâm nhập ổn định của gen vào genome không tỷ lệ với sự biểu hiện tạm thờicủa gen

- Các DNA (trừ virus) khi xâm nhập vào genome của tế bào vật chủ chưa đảm bảo là đãliên kết ổn định với genome

- Các DNA (trừ virus) không chuyển từ tế bào này sang tế bào kia, nó chỉ ở nơi mà nóđược đưa vào Trong khi đó, DNA của virus khi xâm nhập vào genom cây chủ lại khôngliên kết với genome mà chuyển từ tế bào này sang tế bào khác ngoại trừ mô phân sinh

3.2 Các bước trong kỹ thuật chuyển gen

Quá trình chuyển gen ở thực vật được thực hiện qua các bước sau :

- Xác định gen liên quan đến tính trạng cần quan tâm

- Phân lập gen (PCR hoặc sàng lọc từ thư viện cDNA hoặc từ thư viện genomic DNA)

- Gắn gen vào vector biểu hiện (expression vector) để biến nạp

- Biến nạp vào E coli.

- Tách chiết DNA plasmid

- Biến nạp vào mô hoặc tế bào thực vật bằng một trong các phương pháp khác nhau đã kểtrên

- Chọn lọc các thể biến nạp trên môi trường chọn lọc

- Tái sinh cây biến nạp

- Phân tích để xác nhận cá thể chuyển gen (PCR hoặc Southern blot) và đánh giá mức độ

biểu hiện của chúng (Northern blot, Western blot, ELISA hoặc các thử nghiệm in vivo

Agrobacterium tumefaciens và A rhizogenes là hai loài vi khuẩn sống trong đất gây ra

bệnh khối u hình chóp (crown gall) và bệnh lông rễ (hairy root) ở các vị trí tổn thương

của thực vật hai lá mầm Trong đó A.tumefaciences được sử dụng phổ biến cho chuyển

gen vào thực vật

Agrobacterium có khả năng xâm nhiễm tế bào thực vật bằng cách chuyển một đoạn DNA

của nó vào tế bào thực vật Khi DNA vi khuẩn được hợp nhất với nhiễm sắc thể thực vật,

nó sẽ tấn công vào hệ thống tổ chức của tế bào một cách có hiệu quả và sử dụng nó đểđảm bảo cho sự sinh sôi của quần thể vi khuẩn

Sự lây nhiễm xảy ra khi tế bào thực vật bị tổn thương Vi khuẩn không xâm nhập vào tếbào thực vật mà chuyển vào một plasmid đặc hiệu gây ra hình thành khối u và được gọi là

Ti plasmid Đây là plasmid lớn, có kích thước từ 140-235 kb và đã được xác định trình tự.Trong quá trình lây nhiễm của vi khuẩn, một phần nhỏ của Ti-plasmid (15-30kb) gọi là T-DNA được chuyển vào và gắn với DNA của nhân tế bào thực vật (chủ yếu là thực vật hai

lá mầm) Theo ccachs này T-DNA được duy trì ổn định trong bộ gen mà nó chuyển vào.Trên Ti plasmid, T-ADN được giới hạn bằng bờ phải và bờ trái, nó mang các gen chịutrách nhiệm hình thành khối u và tổng hợp các aminoaxit hiếm như octopin, nopalin vàđược gọi chung là opin Ngoài T-ADN, Ti palsmid còn có các vùng mã hóa cho việc táisinh plasmid, khả năng lây nhiễm (các vir gen), chuyển nạp và chuyển hóa opin

Kích thước của các Ti plasmid là quá lớn khi sử dụng làm vector, vì vậy các gen hìnhthành khối u đã bị cắt bỏ, chỉ còn lại vùng vir và T-ADN nhỏ có điểm ghép gen Các tếbào thực vật nhận những vector này sẽ không phát triển thành khối u và do đó dễ dànghơn để tái sinh thành cây con bằng kỹ thuật nuôi cấy mô tế bào.

Hình 1 Tạo thực vật chuyển gen bằng phương pháp chuyển gen gián tiếp nhờ

Agrobacterium

Các plasmid của Agrobacterium được sử dụng trong công nghệ gen thực vật gồm có hai

loại: vector liên hợp và vector nhị thể

• Vector liên hợp: dựa trên sự tái tổ hợp của hai plasmid Một vector liên hợp gồmcó: vị trí để ghép các gen quan tâm, thường vị trí này có nguồn gốc từ plasmid vikhuẩn E.coli Gen chỉ thị kháng kháng sinh giúp cho chọn lọc trong vi khuẩnE.coli, Agrobacterium và gen chọn lọc hoạt động được ở tế bào thực vật Như vậyvector liên hợp được hình thành từ: một plasmid mang trình tự ADN mong muốn

và plasmid kia có chứa vùng vir gen và vùng bờ lặp lại của T-ADN Sau tái tổ hợp,một vector liên hợp được tạo ra và dùng cho chuyển gen vào thực vật

• Vector nhị thể: là hệ thống dùng hai plasmid riêng biệt: một cung cấp T-ADN đãmất độc tính gây khối u, plasmid kia là Ti plasmid có khả năng thâm nhập vào tếbào thực vật (mang các gen vir) Plasmid thứ nhất mang gen chọn lọc ở thực vật vàgen sẽ được ghép vào bộ gen thực vật Khi plasmid này được đưa vào chủng

Agrobacterium có chứa Ti plasmid, những sản phẩm mang gen vir có thể đưa

T-ADN vào tế bào thực vật, mặc dù T-T-ADN nằm trên phân tử T-ADN khác

 Ưu điểm:

có thể áp dụng với hầu hết các loại mô, tế bào, nhanh, đơn giản về mặt kỹ thuật

Có thể xử lý 1 lượng lớn mẫu trong thời gian ngắnBiểu hiện tạm thời của gen biến nạp có thể quan sát trong vòng vài ngày sau biến nạp

 Nhược điểm: Phương pháp này hiệu quả ở cây hai lá mầm nhưng không hiệu quả

ở cây một lá mầm

4.1.2 Chuyển gen gián tiếp nhờ virus

Bên cạnh vi khuẩn Agrobacterium còn có các hệ thống dùng virus làm vector chuyển

gen vào thực vật

Về nguyên tắc, bất kỳ loại virus nào cũng có thể được sử dụng làm vector để chuyểnvật liệu di truyền vào trong tế bào Nhiều nhóm trong số đó, các papovavirus, adenovirus,retrovirus được sử dụng vào những mục đích chuyên biệt Ðể sử dụng làm vector, cácphần khác nhau của genome virus được thay thế bằng gen cấu trúc quan tâm Virus cóthể được sử dụng để lây nhiễm vào tế bào giai đoạn sớm của phôi trước khi được chuyểnghép vào cây mẹ Gen chuyển với vector retrovirus xâm nhập một cách hiệu quả vào hệgen của vật chủ nhưng virus sử dụng phải là virus an toàn, không gây bệnh

 Ưu điểm:

Chúng dễ xâm nhập và lây lan nhanh trong cơ thể thực vật

Có thể mang đoạn DNA lớn hơn so với khả năng của các plasmid

 Nhược điểm:

Các acid nucleic của virus không ghép nối với bộ gen của thực vật, bởi vậy AND tái tổhợp không di truyền được cho các thế hệ sau thông qua hạt Do đó nhân giống các genphải qua con đường vô tính

Sự lây nhiễm virus thường làm yếu tế bào thực vật ở các mức độ khác nhau

4.2 Các phương pháp chuyển gen trực tiếp 4.2.1 Chuyển gen bằng súng bắn gen Nguyên lý của phương pháp:

Dùng các viên đạn có kích thước nhỏ mang ADN để bắn vào tế bào thực vật

Ngâm những viên đạn nhỏ (vi đạn) bằng hạt vàng hoặc tungsten có kích thước cựcnhỏ, đường kính khoảng 0.5 – 1.5 µm với dung dịch có chứa đạn DNA ngoại lai cầnchuyển vào tế bào thực vật Các vi đạn này được làm khô trên một đĩa kim loại mỏng cókích thước 0.5 – 0.9 cm Đĩa kim loại này gắn vào đầu một viên đạn lớn( macroprojectile) bằng nhựa, hoặc vật liệu nhẹ Viên đạn có kích thước vừa khít đầunòng súng bắn gen

Khi bắn, áp suất hơi sẽ đẩy viên đạn đi với tốc độ cao Tới đầu nóng súng, viên đạnlớn sẽ bị cản lại bởi một lưới thép mịn, còn các viên đạn nhỏ (vi đạn) vẫn tiếp tục dichuyển với tốc độ lớn tới 1300 m/ giây đến đối tượng bắn rồi xuyên vào tế bào Sau khibắn, tách các mô, tế bào nuôi cấy invitro để tái sinh cây, từ đó tạo thành cây chuyển gen.Chỉ có một tỉ lệ nào đó của tế bào mang gen chuyển do vậy cần phải chọn lọc Nười tathường dùng khí nén là helium áp lực cao để bắn gen

 Ưu điểm:

- Thao tác dễ dàng

- Có thể chuyển gen vào nhiều loại tế bào

- Mô, các tế bào được biến nạp có tỉ lệ sống sót cao

- Cho phép đưa các gen vào tế bào ở vị trí mong muốn

Hình 3: Chuyển gen thực vật nhờ vi khuẩn Agrobaccterium

4.2.2 Chuyển gen bằng kỹ thuật xung điện Nguyên lý của kỹ thuật xung điện:

Trong công nghệ di truyền thực vật, người ta sử dụng phương pháp xung điện để chuyểngen vào protoplast thực vật Ở điện thế cao, trong thời gian ngắn có thể tạo ra các lỗ trênmàng tế bào trần (protoplast) làm cho ADN bên ngoài môi trường có thể xâm nhập vàobên trong tế bào.

Hình 4: Sơ đồ plasmid chứa DNA ngoại lai đi qua các lỗ tạm thời trên màng bào chất

Người ta chuẩn bị protoplast với các plasmid tái tổ hợp đã mang gen mong muốn cầnchuyển vào thực vật

Dùng thiết bị xung điện tạo điện thế cao (200 – 400 V/cm) trong khoảng thời gian 4 – 5phần nghìn giây Kết quả làm màng tế bào trần xuất hiện các lỗ thủng tạm thời giúp choplasmid có thể xâm nhập và gắn vào hệ gen thực vật Quá trình này được thực hiện trongcuvet chuyên dụng Sau quá trình xung điện, đem protoplast nuôi cấy trong môi trườngthích hợp, môi trường chọn lọc để tách các protoplast đã được biến nạp Tiếp theo là nuôicấy invitro, tái sinh cây và chọn lọc cây chuyển gen

 Ưu điểm: Hiệu quả chuyển gen cao, ổn định, đặc biệt là đối với các gen đơn.

 Nhược điểm:

- Tỷ lệ các tế bào được chuyển gen còn thấp

- Sức sống của tế bào giảm đột ngột khi bị sốc điện

- Việc tái sinh ở một số loài rất khó khăn

- Mặc dù còn hạn chế như trên nhưng phương pháp chuyển gen bằng xung điện đãđược sử dụng trong chuyển gen ở một số loài thực vật một lá mầm bao gồm ngô,lúa

4.2.3 Chuyển gen bằng vi tiêm

Nguyên lý cơ bản chuyển gen bằng phương pháp vi tiêm là chuyển gen trực tiếp vào tếbào protoplast nhờ thiết bị vi thao tác và kim vi tiêm

Hình 5: Thiết bị chuyển gen bằng vi tiêm

 Ưu điểm:

- Lượng DNA được biến nạp là tùy ý và xác định

- DNA được đưa vào đúng vị trí mong muốn

- Có thể áp dụng đối với những tế bào có kích thước nhỏ bé

 Nhược điểm:

Phương pháp này cần thiết có độ chính xác cao, kỹ thuật và kỹ năng của ngườithực hiện phải chính xác

4.2.4 Chuyển gen nhờ kỹ thuật siêu âm

Kỹ thuật siêu âm dùng để chuyển gen vào tế bào trần protoplast Khi tạo protoplast, tiếnhành trộn protoplast với plasmid tái tổ hợp mang gen mong muốn để tạo hỗn hợp dạnghuyền phù

Cắm đầu siêu âm của máy phát siêu âm ngập trong hỗn hợp huyền phù sâu khoảng 3mm.Cho máy phát siêu âm với tần số 20 KHz theo từng nhịp ngắn mỗi nhịp khoảng 100miligiây Số nhịp khoảng 6-9 nhịp với tổng thời gian tác động từ 600 đến 900 miligiây.Sau khi siêu âm, đem protoplast nuôi trong các môi trường thích hợp, chọn lọc để táchcác protoplast đã được chuyển gen Nuôi cấy invitro để tái sinh cây Chọn lọc cây và đưa

ra trồng ở môi trường ngoài

 Ưu điểm:

- Chuyển được lượng protoplast nhiều

- Không độc hại đối với tế bào

 Nhược điểm:

- Phương tiện đắt tiền

- Kỹ thuật cao

4.2.5 Chuyển gen bằng phương pháp hóa học

Chuyển gen bằng phương pháp hóa học là phương pháp chuyển gen vào tế bào trần(protoplast) nhờ các chất hóa học như polyethylen glycol (PEG) Khi có mặt PEG, màngcủa protoplast bị biến đổi và protoplast có thể thu nhận AND ngoại lai vào bên trong tếbào

 Ưu điểm:

- Có thể áp dụng đối với nhiều loài thực vật

- Không đòi hỏi thiết bị đắt tiền

 Nhược điểm: Tần số chuyển gen thấp 4.2.6 Chuyển gen trưc tiếp qua ống phấn

Phương pháp chuyển gen qua ống phấn là phương pháp chuyển gen không qua nuôi cấyinvitro Phương pháp này được Ray Wu và các cộng sự tại trường đại học Comell (Mỹ)

đề xuất năm 1988 trên đối tượng là cây lúa

Nguyên tắc của phương pháp: DNA ngoại lai được chuyển vào cây qua đường ống

phấn, vào bầu nhụy cái Thời gian chuyển gen là lúc hạt phấn mọc qua bầu nhụy và lúcbắt đầu đưa tinh tử vào thụ tinh Thời điểm tốt nhất để chuyển gen là lúc tiến hành thụtinh ở noãn, tế bào hợp tủ chưa phân chia Như vậy sự chuyển gen chỉ diễn ra ở một tếbào sinh dục cái duy nhất, khi tái sinh cây không hình thành thể khảm

Sau thời gian hoa nở 1-2 giờ, cắt ngang 2/3 hoặc ¾ phần trên của bông lúa.

Sau khi cắt hoa, dùng ống mao quản có đường kính 0.2 nm đưa dung dịch AND tái tổ hợpmang gen mong muốn vào bầu nhụy đã bị cắt nồng độ AND tái tổ hợp khoảng 50 ug/l.Bao bông lúa lại, chờ lúa chín thu hái

Phân tích và xác định kết quả chuyển gen ở thế hệ sau

 Ưu điểm:

- Không cần qua nuôi cấy invitro

- Chuyển gen vào đúng vị trí mong muốn

 Nhược điểm:

- Mất nhiều thời gian

- Đòi hỏi kỹ thuật tốt

4.2.7 Chuyển gen trực tiếp vào protoplast

Ðể DNA dễ xâm nhập được vào tế bào thực vật, phải loại bỏ vách tế bào tạo protoplast.Protoplast có thể được duy trì trong môi trường nuôi cấy như các tế bào sinh trưởng mộtcách độc lập hoặc với một môi trường đặc hiệu, vách tế bào có thể được tạo thành và toàn

bộ các cây có thể được tái sinh từ các tế bào này

Quá trình chuyển gen như thế này được thực hiện một cách trực tiếp bằng một cơ chế vật

lý đơn giản, không cần có vector

Ðể nâng cao hiệu quả biến nạp, người ta đã xử lý protoplast với PGE (polyethyleneglycol) hoặc bằng xung điện

 Ưu điểm:

Phương pháp chuyển gen này rất có hiệu quả, đặc biệt đối với những loài thực vật mà

phương pháp chuyển gen gián tiếp nhờ Agrobacterium không thể thực hiện được Ví dụ như loài lúa phụ Japonica, ngô, lúa mì

 Nhược điểm:

Việc tạo protoplast cũng như tái sinh cây từ protoplast không đơn giản, tốn nhiều côngsức, bị ảnh hưởng của nhiều yếu tố môi trường.

5 Lợi ích, nguy cơ của và hiện trạng sử dụng của cây trồng biến đổi gen 5.1 Những lợi ích của cây trồng biến đổi gen

Cây trồng biến đổi gen đã có những đóng góp tích cực cho quá trình phát triển bềnvững qua các lĩnh vực sau:

 Đảm bảo an ninh lương thực và hạ giá thành lương thực trên thế giớiGMC có thể giúp ổn định tình hình an ninh lương thực và hạ giá thành lương thực trên thếgiới, bằng cách làm tăng nguồn cung lương thực, đồng thời làm giảm chi phí sản xuất, từ

đó làm giảm lượng nhiên liệu đốt cần sử dụng trong các hoạt động nông nghiệp, giảm bớtmột số tác động bất lợi gắn với sự biến đổi khí hậu Trong số 44 tỷ USD lợi nhuận tăngthêm nhờ công nghệ sinh học, có 44% lợi nhuận từ việc tăng năng suất cây trồng, 56% lợinhuận từ giảm chi phí sản xuất

Hướng nghiên cứu mới đối với cây lương thực là phát triển khả năng chịu hạn; các giốngcây lương thực mới dự đoán sẽ được trồng ở Hoa Kỳ năm 2012, ở tiểu vùng Sahara thuộcchâu Phi năm 2017

 Bảo tồn đa dạng sinh họcGMC có lợi tiềm tàng đối với môi trường GMC giúp bảo tồn các nguồn lợi tự nhiên, sinhcảnh và động, thực vật bản địa Thêm vào đó, GMC góp phần giảm xói mòn đất, cải thiệnchất lượng nước, cải thiện rừng và nơi cư trú của động vật hoang dã

Việc ứng dụng công nghệ sinh học trong nông nghiệp là giải pháp giúp bảo tồn đất trồng,cho phép tăng sản lượng thu hoạch cây trồng trên 1,5 tỷ ha đất trồng hiện có, xoá bỏ tìnhtrạng phá rừng làm nông nghiệp, bảo tồn đa dạng sinh học tại các cánh rừng và khu bảotồn trên khắp thế giới Theo ước tính, hàng năm các nước đang phát triển mất khoảng 13triệu ha rừng vì các hoạt động nông nghiệp Từ năm 1996 đến 2007, GMC đã bảo vệ 43triệu ha đất trên thế giới, có tiềm năng rất lớn trong tương lai

 Góp phần xoá đói giảm nghèo

50% những người nghèo nhất trên thế giới là người nông dân ở các nước đang phát triển,nghèo tài nguyên, 20% còn lại là những người nông dân không có đất trồng, phụ thuộchoàn toàn vào nghề nông.Vì thế, tăng thu nhập cho người nông dân nghèo sẽ đóng góptrực tiếp vào quá trình xoá đói giảm nghèo trên thế giới, tác động trực tiếp đến 70% ngườinghèo trên toàn thế giới.

Tính đến thời điểm hiện tại, các giống bông và ngô biến đổi gen đã mang lại lợi nhuậncho hơn 12 triệu nông dân nghèo ở các nước Ấn Độ, Trung Quốc, Nam Phi, Philippin và

số người hưởng lợi sẽ cao hơn trong thập niên thứ hai này Trong đó việc tập trung pháttriển các giống gạo biến đổi gen có thể mang lại lợi nhuận cho khoảng 250 triệu hộ nôngdân nghèo canh tác lúa ở châu Á

 Giảm tác hại của các hoạt động nông nghiệp đối với môi trườngHoạt động nông nghiệp truyền thống của con người có tác động rất lớn với môi trường

Sử dụng công nghệ sinh học, có thể giảm đáng kể các tác hại đó Trong thập niên đầu tiênứng dụng công nghệ sinh học, công nghệ tiên tiến này đã giúp giảm lượng lớn thuốc trừsâu, giảm lượng xăng dầu cần sử dụng trong các hoạt động nông nghiệp, giảm lượng khíCO2 thải ra môi trường do cày xới đất, bảo tồn đất và độ ẩm nhờ phương pháp canh táckhông cần cày xới, giúp đất trồng hấp thu được một lượng lớn khí CO2 từ không khí.Tổng lượng thuốc trừ sâu cắt giảm trong khoảng thời gian từ 1996 đến 2007 ước tính đạt

359 ngàn tấn thành phần kích hoạt (a.i.), tương ứng với 9% lượng thuốc trừ sâu cần sửdụng, làm giảm 17,2% các tác hại đối với môi trường, tính theo chỉ số tác hại môi trường(EIQ) Trong năm 2007, công nghệ sinh học đã làm giảm 77.000 tấn thuốc trừ sâu sửdụng trong nông nghiệp (tương đương với 18% lượng thuốc trừ sâu sử dụng), chỉ số EIQgiảm 29% (Brooks và Barfoot, 2009)

 Giảm thiểu tác hại của biến đổi khí hậu và giảm lượng khí gây hiệu ứng nhà kính(GHG)

GMC có thể giúp giải quyết những lo ngại lớn nhất về môi trường: giảm thiểu các loại khí gây hiệu ứng nhà kính, giảm thiểu tác động của thay đổi thời tiết Thứ nhất, giảmlượng khí CO2, làm giảm lượng nhiên liệu hoá thạch, giảm lượng thuốc trừ sâu và thuốcdiệt cỏ Theo đánh giá, GMC đã làm giảm khoảng 1,1 tỷ kg khí CO2 thải ra từ các hoạtđộng nông nghiệp, tương đương với cắt giảm 500 ngàn xe ôtô lưu thông trên đường Thứhai, phương pháp canh tác không cần cày xới nhờ công nghệ sinh học làm giảm thêm 13,1

tỷ kg khí CO2, tương đương với giảm 5,8 triệu xe ôtô lưu hành trên đường Như vậy,

trong năm 2007, tổng lượng khí CO2 mà công nghệ sinh học làm giảm trên toàn thế giớiđạt mức 14,2 tỷ kg, tương đương với loại bỏ 6,3 triệu xe ôtô (Brooks và Barfoot, 2009).

 Tăng hiệu quả sản xuất nhiên liệu sinh họcCông nghệ sinh học có thể giúp tối ưu hoá chi phí sản xuất nhiên liệu sinh học thế hệ thứnhất và thứ hai, nhờ tạo ra các giống cây chịu tác động của môi trường (khô hạn, nhiễmmặn, nhiệt độ khắc nghiệt…) hoặc các tác động của sinh vật (sâu bệnh, cỏ dại…), nângcao năng suất thu hoạch của cây trồng, bằng việc thay đổi cơ chế trao đổi chất của cây Sửdụng công nghệ sinh học, các nhà khoa học cũng có thể tạo ra những enzym đẩy nhanhquá trình chuyển hoá của nguyên liệu sản xuất thành nhiên liệu sinh học

 Góp phần ổn định các lợi ích kinh tế

Khảo sát gần đây nhất về tác động của GMC trên toàn cầu từ năm 1996 đến 2007(Brooks và Barfoot, 2009) cho thấy lợi nhuận mà GMC mang lại cho riêng những ngườinông dân trồng chúng trong năm 2007 đạt 10 tỷ USD (6 tỷ USD ở các nước đang pháttriển, 4 tỷ USD ở các nước công nghiệp) Tổng lợi nhuận trong giai đoạn 1996 - 2007 đạt

44 tỷ USD, từ các nước đang phát triển và nước công nghiệp

5.2 Những tác hại tiềm tàng của cây trồng biến đổi gen

Những mối tác hại tiềm tàng của cây trồng biến đổi gen thể hiện ở những khía cạnh sau:

 Đối với sức khỏe con ngườiBên cạnh những lợi ích cơ bản của GMO, theo nhiều nhà khoa học thế giới, thì loại thựcphẩm này cũng tiềm ẩn nhiều nguy cơ ảnh hưởng lâu dài tới sức khỏe cộng đồng, như khảnăng gây dị ứng, làm nhờn kháng sinh, có thể tạo ra độc tố và gây độc lâu dài cho cơ thể,v.v Đây là một trong những tranh luận chủ yếu và vấn đề chỉ được tháo gỡ khi chứng tỏđược rằng sản phẩm protein có được từ sự chuyển đổi gen không phải là chất gây dị ứng Gen kháng sinh có thể được chuyển vào các cơ thể vi sinh vật trong ruột của người vàđộng vật ăn thành phẩm biến đổi gen Điều này có thể dẫn tới việc tạo ra các vi sinh vậtgây bệnh có khả năng kháng thuốc Việc chuyển đổi gen từ thực phẩm biến đổi gen vào tếbào cơ thể con người hay vào vi trùng trong đường ruột cơ thể người là mối quan tâmthực sự, nếu như sự chuyển đổi này tác động xấu tới sức khỏe con người

 Đối với đa dạng sinh học

Nguy cơ GMC có thể phát tán những gen biến đổi sang họ hàng hoang dã của chúng, sangsâu bệnh có nguy cơ làm tăng tính kháng của chúng đối với đặc tính chống chịu sâu bệnh,thuốc diệt cỏ hoặc làm tăng khả năng gây độc của GMC đối với những loài sinh vật cóích.

Dưới sức ép của chọn lọc tự nhiên, côn trùng sẽ trở lên kháng các loại thuốc diệt côntrùng do cây trồng tạo ra và gây thiệt hại cho cây trồng Giải pháp GMC không bền vữngcho một số vấn đề như kháng sâu bệnh, vì các loại dịch hại này có thể tái xuất hiện do bảnchất di truyền thích ứng với môi trường của chúng

Cây trồng kháng sâu có khả năng tiêu diệt các loại côn trùng hữu ích khác như ong,bướm, v.v làm ảnh hưởng đến chuỗi thức ăn tự nhiên, ảnh hưởng đến đa dạng sinh họcnói chung Việc trồng GMC đại trà, tương tự như việc phổ biến rộng rãi một số giốngnăng suất cao trên diện tích rộng lớn, sẽ làm mất đi bản chất đa dạng sinh học của vùngsinh thái, ảnh hưởng đến chu trình nitơ và hệ sinh thái của vi sinh vật đất

 Đối với môi trườngNguy cơ đầu tiên là việc GMC mang các yếu tố chọn lọc (chịu lạnh, hạn, mặn hay khángsâu bệnh…) phát triển tràn lan trong quần thể thực vật Điều này làm mất cân bằng hệsinh thái và làm giảm tính đa dạng sinh học của loài cây được chuyển gen

Nguy cơ thứ hai là việc GMC mang các gen kháng thuốc diệt cỏ có thể thụ phấn với cáccây dại cùng loài hay có họ hàng gần gũi, làm lây lan gen kháng thuốc diệt cỏ trong quầnthể thực vật Việc gieo trồng GMC kháng sâu bệnh trên diện rộng, ví dụ, kháng sâu đụcthân, có thể làm phát sinh các loại sâu đục thân mới kháng các loại GMC này Việc sửdụng thuốc trừ sâu sinh học Bt đã cho phép phòng trừ hiệu quả sâu bệnh, nhưng sau 30năm sử dụng, một số loại sâu bệnh đã trở nên nhờn thuốc ở một vài nơi

Nguy cơ cuối cùng là việc chuyển gen từ cây trồng vào các vi khuẩn trong đất Tuy nhiên,khả năng xảy ra điều này là vô cùng nhỏ

Hiện nay, các chuyên gia công nghệ sinh học đang cố gắng giảm thiểu các rủi ro nêu trên

và theo dõi cẩn thận các thử nghiệm GMC trong phòng thí nghiệm, cũng như ngoài đồngruộng trước khi đưa ra thị trường thương mại

Nói tóm lại, nếu được thiết kế và sử dụng đúng phương pháp, thì có thể quản lý đựợc cácnguy cơ của GMC đối với môi trường một cách hiệu quả

5.3 Hiện trạng và xu hướng phát triển cây trồng biến đổi gen trên thế giới

Công nghệ sinh học đã có những bước tiến nhảy vọt góp phần mang lại những thànhtựu to lớn cho loài người Trong 13 năm, từ 1996 đến 2008, số nước trồng GMC đã lêntới con số 25 - một mốc lịch sử - một làn sóng mới về việc đưa GMC vào canh tác, gópphần vào sự tăng trưởng rộng khắp toàn cầu và gia tăng đáng kể tổng diện tích trồngGMC trên toàn thế giới lên 73,5 lần (từ 1,7 triệu ha năm 1996 lên 125 triệu ha năm 2008).Trong năm 2008, tổng diện tích đất trồng GMC trên toàn thế giới từ trước tới nay đã đạt

800 triệu ha Năm 2008, số nước đang phát triển canh tác GMC đã vượt số nước pháttriển trồng loại cây này (15 nước đang phát triển so với 10 nước công nghiệp), dự đoán xuhướng này sẽ tiếp tục gia tăng trong thời gian tới nâng tổng số nước trồng GMC lên 40vào năm 2015

Hình 6: Diện tích cây trồng công nghệ sinh học trên toàn cầu

6 Các hướng chính trong thực vật chuyển gen 6.1 chuyển gen kháng sâu bệnh

Trong 30 năm gần đây, trong

sản xuất nông nghiệp, người ta sử dụng thuốc trừ sâu vi sinh Bt do vi khuẩn Bacillus

thuringiensis tạo ra Vi khuẩn này sản xuất ra các protein kết tinh rất độc đối với ấu trùng

của côn trùng nhưng không gây độc đối với động vật có xương sống Vi khuẩn này sảnsinh 3 ngoại độc tố α , β , γ

toxin và 1 nội độc tố δ

toxin (endotoxin) Nội độc tố δ

toxin có vai trò quan trọng nhất Tinh thể protein độc tố của vi khuẩn này khi vào một côntrùng sẽ bị các enzyme protease phân giải thành các đoạn peptit, trong đó có đoạn có khốilượng khoảng 68000 dalton chứa khoảng 1200 axit amin làm hỏng ruột côn trùng

Năm 1987, các nhà nghiên cứu ở Bỉ đã tách được gen mã hóa cho protein độc tố (Bttoxin) này Các gen mã hóa độc tố này nằm trên plasmid của vi khuẩn, được gọi chung là