CNSH là “chìa khóa” để phát triển nền nông nghiệp công nghệ cao. Chính vì vậy, trong những năm qua, Nhà nước ta đã có những chính sách cụ thể liên quan đến lĩnh vực này. Chương trình trọng điểm phát triển và ứng dụng CNSH trong lĩnh vực nông nghiệp và phát triển nông thôn giai đoạn 2006 2015, tầm nhìn đến năm 2020 đã đặt ra mục tiêu: Việt Nam đạt trình độ CNSH của nhóm các nước hàng đầu trong khối ASEAN và đạt trình độ tiên tiến của thế giới ở một số lĩnh vực; diện tích trồng trọt các giống cây trồng mới tạo ra bằng kỹ thuật CNSH chiếm trên 70%, trong đó diện tích trồng trọt các giống cây trồng biến đổi gen chiếm 30 50%; trên 70% nhu cầu về giống cây sạch bệnh được cung cấp từ công nghiệp vi nhân giống; trên 80% diện tích trồng rau, cây ăn quả sử dụng phân bón và thuốc bảo vệ thực vật sinh học...
BỘ NÔNG NGHIỆP&PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC Hà Nội 03/2013 BÀI TIỂU LUẬN Môn: Ứng dụng CNSH Giảng viên Sinh viên thực Lớp : TS Hà Văn Huân : : Lâm học Câu 1: Trình bày hướng ứng dụng Công nghệ sinh học Nông – Lâm nghiệp nước ta? Câu 2: Nhân giống invitro gì? Ý nghĩa hình thức nhân giống này? Câu 3: Sinh vật biến đổi gen gì? Ý nghĩa tạo giống trồng biến đổi gen? Bài làm Câu 1: Trình bày hướng ứng dụng Công nghệ sinh học Nông – Lâm nghiệp nước ta? Công nghệ sinh học tập hợp kỹ thuật khác ngành khoa học sống có khả khai thác biến đổi thể sinh vật, hợp phần thể sống trình sinh học nhằm tạo sản phẩm đặc thù quy mô lớn Công nghệ sinh học bao gồm: công nghệ tế bào mô phôi; công nghệ enzym protein vv… Công nghệ sinh học mang lại hiệu to lớn lĩnh vực công nghiệp, y tế,… đặc biệt lĩnh vực nông nghiệp việc tạo công nghệ mới, phương pháp chữa bệnh mới, sản phẩm mà giống trồng, vật nuôi, phân bón, thuốc bảo vệ thực vật, vacxin vật nuôi,vv… đời Ngân hàng giới tài trợ tổng cộng 2,3 tỷ USD cho 35 quốc gia để nghiên cứu ứng dụng Công nghệ sinh học sản xuất nông nghiệp Điều cho thấy công nghệ sinh học yếu tố then chốt ngành nông nghiệp quốc gia tương lai gần Ứng dụng công nghệ sinh học (CNSH) coi giải pháp đột phá xây dựng nông nghiệp nước ta phát triển toàn diện theo hướng đại, chìa khoá để đưa nông nghiệp đạt tới trình độ cao phát triển bền vững Tuy nhiên, việc đầu tư nghiên cứu ứng dụng CNSH chưa tương xứng với tiềm đáp ứng nhu cầu phục vụ sản xuất nông nghiệp giai đoạn Theo chuyên gia khoa học, nghiên cứu, ứng dụng CNSH nông nghiệp chủ yếu tập trung vào lĩnh vực chuyển gen nhằm tạo giống trồng có suất cao, thích nghi với điều kiện thời tiết, có khả chống chịu dịch bệnh tạo chế phẩm sinh học bảo vệ trồng, vật nuôi Hơn thập kỷ qua, CNSH nước ta đạt số thành công định, tạo giống trồng nhờ áp dụng công nghệ tế bào - mô phôi; hàng loạt dòng lúa, ngô tạo kỹ thuật đơn bội nuôi cấy bao phấn noãn Bằng công nghệ in - vitro, ngành Nông nghiệp tạo nhiều giống bệnh có múi, hoa, dứa, sắn, chuối, khoai tây, cà chua; lưu giữ nhiều giống trồng quý phục vụ công tác bảo tồn, khai thác hợp lý bền vững nguồn gen CNSH “chìa khóa” để phát triển nông nghiệp công nghệ cao Chính vậy, năm qua, Nhà nước ta có sách cụ thể liên quan đến lĩnh vực Chương trình trọng điểm phát triển ứng dụng CNSH lĩnh vực nông nghiệp phát triển nông thôn giai đoạn 2006 - 2015, tầm nhìn đến năm 2020 đặt mục tiêu: Việt Nam đạt trình độ CNSH nhóm nước hàng đầu khối ASEAN đạt trình độ tiên tiến giới số lĩnh vực; diện tích trồng trọt giống trồng tạo kỹ thuật CNSH chiếm 70%, diện tích trồng trọt giống trồng biến đổi gen chiếm 30 - 50%; 70% nhu cầu giống bệnh cung cấp từ công nghiệp vi nhân giống; 80% diện tích trồng rau, ăn sử dụng phân bón thuốc bảo vệ thực vật sinh học Ở Việt Nam, công nghệ sinh học đại phát triển song Đảng Nhà nước ta quan tâm đầu tư Trong nhiều năm qua, Nhà nước cho thực chương trình nghiên cứu công nghệ sinh học bao gồm: chương trình 52D; KC-08; KHCN-02; KC-04 chương trình Kỹ thuậtKinh tế cấp Nhà nước Cùng với Chương trình cấp Nhà nước, chuyên ngành có Bộ Nông nghiệp Phát triển Nông thôn đầu tư nghiên cứu xây dựng dự án phát triển số lĩnh vực Công nghệ sinh học chuyên ngành bước đầu thu số thành tựu đáng kể Hiện làm chủ tạo công nghệ nhân in vitro cho nhiều loại trồng nông, lâm nghiệp Trong đó: Về trồng trọt, hoàn chỉnh quy trình công nghệ nuôi cấy bao phấn lúa, ngô phục vụ công tác tạo giống Kỹ thuật cứu phôi áp dụng số loài mà hạt có sức sống tiến hành lai xa Các nhà khoa học hoàn thiện quy trình tái sinh có múi phôi vô tính kết hợp với công nghệ vi ghép đỉnh sinh trưởng để nhân nhanh tạo giống cam, quýt bệnh Trong lâm nghiệp, nghiên cứu thành công phương pháp vi nhân giống nuôi cấy mô phân sinh kết hợp với công nghệ nhân hom quy mô lớn cho số loài lấy gỗ (bạch đàn, keo, hông, lát hoa) Trong chăn nuôi, công nghệ cấy truyền phôi áp dụng để tạo đàn bò giống hạt nhân bò lai hướng sữa Các nghiên cứu cắt phôi, thụ tinh ống nghiệm đạt kết ban đầu Một số ứng dụng công nghệ sinh học thành công nông – lâm nghiệp Nhiều chế phẩm thuốc bảo vệ thực vật sinh học ứng dụng rộng rãi NPV, V-Bt để trừ sâu khoang, sâu xanh hại rau, màu, bông, đay, thuốc Chế phẩm vi khuẩn huỳnh quang (Pseudomonas fluorescens) phòng trừ bệnh hại rễ cà phê, vải thiều, lạc Các chế phẩm bả diệt chuột Miroca, Biorat có hiệu lực phòng trừ chuột 80-90% sản xuất dựa sở vi khuẩn gây bệnh chuyên tính Salmonella enteriditisIsachenco Công nghệ sản xuất chế phẩm bả diệt chuột sinh học sở vi khuẩn gây bệnh chuyên tính Salmonella enteriditis Isachenco có hiệu lực phòng trừ chuột 80-90% ứng dụng sản xuất Đã sản xuất sử dụng chế phẩm diệt chuột Miroca, Biorat Ngoài ra, nhiều kết nghiên cứu sử dụng nấm có ích diệt côn trùng đạt kết tốt như: Metarhizium flovoviridae trừ mối, châu chấu hại mía (hiệu phòng trừ đạt 76%), Beauveria bassiana trừ sâu róm hại thông (hiệu phòng trừ đạt 93,6%), hay Beauveria bassiana Metarhizium aníopliae phòng trừ sâu hại dừa đạt hiệu từ 56-97%; nấm đối kháng Trichoderma trừ bệnh khô vằn ngô đạt hiệu 45-50%, hạn chế bệnh lở cổ rễ đậu tương 51-58% Hiện nay, nhà khoa học hoàn thiện qui trình sử dụng nấm Exserohilum monoceras (nòi 85.1) để trừ cỏ lồng vực Trong lĩnh vực xử lý môi trường: ứng dụng thành công công nghệ Biogas để chuyển chất thải hữu thành khí đốt Đã xử lý rác thải, than bùn làm phân bón Những nghiên cứu ứng dụng công nghệ vi sinh để xử lý nước thải, chuyển đổi sinh học nguồn phụ, phế thải nông, lâm nghiệp tiến hành Sản xuất nấm ăn, nấm dược liệu phế, phụ liệu nông nghiệp-nông thôn như: cám, trấu, mùn cưa, bã mía, lõi ngô, rơm rạ thu nhiều kết quả, vừa tăng thu nhập, vừa giải việc làm ngườì dân Nhờ ứng dụng Công nghệ sinh học, thời gian qua sản xuất quy mô công nghiệp giống ăn có múi bệnh giống dứa Cayen chất lượng cao, lực sản xuất giống ăn có múi bệnh nước tăng lên 600.000 cây/năm với dứa nhân 10 triệu chồi/năm Hiện nay, nhiều vùng, nhiều địa phương, người nông dân ứng dụng CNSH vào trồng trọt, chăn nuôi đạt hiệu kinh tế cao Đơn cử lĩnh vực trồng trọt triển khai 14 đề tài chọn tạo giống trồng nông, lâm nghiệp phương pháp thị phân tử chọn tạo giống lúa chịu hạn, giống lúa kháng đạo ôn, giống lúa kháng rầy nâu, giống lúa thơm chất lượng cao, giống chè có triển vọng suất, chất lượng, giống kháng bệnh xanh lùn Trong chăn nuôi, ứng dụng Công nghệ sinh học để sản xuất tinh, phôi tươi đông lạnh qui mô xí nghiệp nhỏ tự động hóa góp phần tăng nhanh số lượng đàn bò sữa nước (từ 29.500 năm 1999 lên 85.000 năm 2003) đồng thời suất sữa tăng (từ 3.150 kg/chu kỳ lên 3.600 kg/chu kỳ) Nhờ ứng dụng công nghệ vi sinh mà vacxin như: vacxin tụ huyết trùng trâu bò, vacxin dịch tả vịt Parovirus lợn; loại phân bón vi sinh phân hữu sinh học phát triển Nghiên cứu lựa chọn môi trường bảo quản tinh dịch dài ngày, cải tiến quy trình công nghệ tạo phôi, cấy truyền phôi, đông lạnh phôi lợn bò ống nghiệm Việc sử dụng tinh nhân tạo giúp bò trưởng thành tăng từ 180kg/con lên 250300kg/con, tỷ lệ xẻ thịt tăng 1,5 lần Nông dân nhiều địa phương ứng dụng CNSH ủ, chế biến thức ăn chăn nuôi cho gia súc, gia cầm để tận dụng phế phẩm nông nghiệp, giảm chi phí đầu vào Trong lâm nghiệp, Công nghệ sinh học cho phép sản xuất giống Bạch đàn, Keo nuôi cấy mô để trồng 10.000 rừng nhân giống vô tính Phi lao dung dịch Qua cho thấy Công nghệ sinh học ứng dụng nông nghiệp Việt Nam lĩnh vực phát triển sau nhiều nước kể số nước ASEAN Tuy nhiên, nhờ quan tâm Đảng Nhà nước, Công nghệ sinh học đặt vị trí ưu tiên đầu tư, hứa hẹn tương lai phát triển vững mạnh cho nông nghiệp đất nước Hơn việc ứng dụng CNSH nông nghiệp công nghệ cao rõ ràng mang lại hiệu cao đồng thời có khả thích ứng với biến đổi khí hậu Do đó, cần tăng cường ứng dụng CNSH vào sản xuất nông nghiệp nhằm tạo nhiều sản phẩm đạt suất, chất lượng cao, góp phần đưa nông nghiệp nước ta phát triển nhanh, mạnh bền vững Câu 2: Nhân giống invitro gì? Ý nghĩa hình thức nhân giống này? Thuật ngữ nhân giống in vitro (in vitro propagation) hay gọi vi nhân giống (micropropagation) sử dụng đặc biệt cho việc ứng dụng kỹ thuật nuôi cấy mô để nhân giống thực vật, bắt đầu nhiều phận khác thực vật có kích thước nhỏ, sinh trưởng điều kiện vô trùng ống nghiệm loại bình nuôi cấy khác Trong thực tế, nhà vi nhân giống (micropropagators) dùng thuật ngữ nhân giống in vitro nuôi cấy mô thay đổi cho để phương thức nhân giống thực vật điều kiện vô trùng Thuật ngữ đồng nghĩa nuôi cấy in vitro (in vitro culture) Nhân giống in vitro nuôi cấy mô bắt đầu mảnh cắt nhỏ thực vật, vi sinh vật, nuôi cấy vô trùng Thuật ngữ dùng trình nhân giống explant (mẫu vật) tương đương với phương thức nhân giống khác cutting (cành giâm), layer (cành chiết), scion (cành ghép) seed (hạt) Năm thuật ngữ khác dùng để loại tái sinh sinh dưỡng (vegetative or somatic regeneration) nhân giống in vitro nuôi cấy mô: - Nuôi cấy đỉnh phân sinh (meristem-tip culture) Phương thức nhân giống cách dùng phận nhỏ đỉnh chồi (shoot-tip) bao gồm mô phân sinh đỉnh riêng rẽ (single apical meristem) mầm non (young leaf primordia) để kéo dài chồi (shoot elongation) sau Kiểu nuôi cấy dùng lần để làm virus (virusfree) thực vật Nếu dùng đỉnh phân sinh sống sót tạo rễ cách độc lập, thay phương thức vi ghép (micrografting) Thành công điển hình phương thức nhân giống mầm hoa lan, dứa, huệ chuối (protocorm cụm chồi) hai mầm khoai tây, cà chua cúc (kéo dài chồi) - Sinh sản chồi nách (axillary shoot proliferation) Kiểu nuôi cấy sử dụng chồi điểm sinh trưởng bên nơi mà kéo dài chồi (elongation of terminal shoot) bị kìm hãm sinh sản chồi nách đẩy mạnh Sự điều khiển cho phép nhân nhanh chồi in vitro (microshoots), chồi tách tạo rễ in vitro để hình thành ống nghiệm (microplants), cắt riêng biệt tạo thành cành giâm in vitro (microcuttings) để tạo rễ bên in vitro Phương thức thường áp dụng cho đối tượng hai mầm cúc, cà chua, thuốc - Tạo chồi bất định (adventitious shoot induction) Loại nuôi cấy cho phép hình thành chồi bất định trực tiếp mẫu vật gián tiếp từ mô callus, mà mô callus hình thành bề mặt vết cắt mẫu vật Hệ thống nuôi cấy có yêu cầu tương tự với nuôi cấy mô phân sinh đỉnh, khác nguồn mẫu vật nguồn gốc bất định chồi Một số loại mẫu vật dùng đoạn thân (thuốc lá, cam, chanh, cà chua, bắp cải), mảnh (thuốc lá, cà chua, bắp cải, cà phê, ca cao), cuống (thủy tiên), phận hoa (súp lơ, lúa mì, thuốc lá), nhánh củ (họ hành, họ lay ơn, họ thủy tiên), đoạn mầm (măng tây) - Phát sinh quan (organogenesis) Thuật ngữ dùng để mô tả trình tái sinh chồi hoặc/và rễ bất định từ khối tế bào callus Quá trình xảy sau thời điểm mà mẫu vật đặt vào môi trường nuôi cấy bắt đầu cảm ứng tạo callus Đối với mục đích nhân giống in vitro, tái sinh hoàn chỉnh trực tiếp từ mẫu vật nuôi cấy ban đầu nhanh chóng thu mà đồng mặt di truyền Tuy nhiên, nhiều trường hợp mô nuôi cấy không tái sinh mà phát triển thành khối callus Tế bào callus cấy chuyển nhiều lần không ổn định mặt di truyền Để tránh tình trạng thiết phải sử dụng loại callus vừa phát sinh, tức callus sơ cấp để tái sinh hy vọng thu tái sinh đồng - Phát sinh phôi vô tính (somatic embryogenesis) Thuật ngữ dùng cho phát triển phôi hoàn chỉnh từ tế bào sinh dưỡng sản xuất từ nguồn mẫu vật khác sinh trưởng nuôi cấy in vitro Thuật ngữ tương đương phát triển phôi thực vật sinh trưởng điều kiện tự nhiên phát sinh phôi hữu tính (zygotic embryogenesis) phát sinh phôi vô tính (apomitic embryogenesis) Phôi vô tính có cấu trúc tương tự phôi hữu tính thực vật sinh trưởng điều kiện tự nhiên Điểm khác phôi hữu tính phôi vô tính phôi hữu tính luôn kèm với nội nhũ quan dự trữ lượng chất dinh dưỡng phục vụ cho trình nảy mầm, phôi vô tính hoàn toàn nội nhũ Phương thức tạo phôi vô tính ứng dụng hiệu sản xuất hạt nhân tạo (synthetic seeds) Nhân giống in vitro hệ thống nuôi cấy mô Phương pháp nhân giống in vitro thực chất tiến vượt bậc phương pháp nhân giống vô tính cổ điển giâm cành, giâm chồi, chiết, ghép, tách dòng… Ở giá trị thực tiễn tiến khoa học kỹ thuật biến phương thức cổ điển thành phương thức hoàn toàn chất cho phép giải khó khăn mà phương pháp cổ điển vượt qua Ví dụ: kỹ thuật giâm cành ứng dụng thành công số trồng định, với kích thước 5-20 cm khả tạo rễ phụ vùng mô thượng tầng gần vết cắt khả đánh thức chồi phụ bị vùng tế bào lân cận toàn phần lại đoạn giâm khống chế Nếu tiến hành nuôi cấy mẫu mô với kích thước 5-10 mm, tức làm giảm thể tích khối mô xuống 103 lần rõ ràng mối tương tác tế bào loại mô đơn giản nhiều, hiệu tác động biện pháp nuôi cấy phải cao Sau số phương thức nhân giống in vitro: - Tái sinh từ cấu trúc sinh dưỡng + Nuôi cấy mô phân sinh đỉnh hay đỉnh phân sinh Phương thức sử dụng phận nhỏ đỉnh chồi (shoottip) hay đỉnh sinh trưởng (apex) làm mẫu vật nuôi cấy Nó bao gồm mô phân sinh đỉnh (apical meristem) mầm non (young leaf primordia) Khái niệm mô phân sinh đỉnh (ngọn) mẫu vật tách từ đỉnh sinh trưởng có kích thước vòng 0,1-0,15 mm tính từ chóp sinh trưởng Trong thực tế mẫu vật tách với kích thước người ta tiến hành nuôi cấy với mục đích làm virus (virus-free) cho trồng Thường gặp khó khăn lớn việc nuôi thành công mô phân sinh đỉnh riêng rẽ có kích thước nhỏ Do đó, khuôn khổ nhân giống in vitro người ta thường nuôi cấy đỉnh chồi đỉnh sinh trưởng Phổ biến đối tượng phong lan, dứa, mía, chuối… đỉnh sinh trưởng tách với kích thước từ 5- 10 mm, nghĩa toàn mô phân sinh đỉnh phần mô xung quanh Tương quan độ lớn chồi nuôi cấy, tỷ lệ sống mức độ ổn định mặt di truyền chồi biểu sau: Nếu độ lớn tăng tỷ lệ sống tính ổn định tăng, độ lớn giảm tỷ lệ sống tính ổn định giảm Nhưng xét hiệu kinh tế nuôi cấy (thể tích bình nuôi, lượng dung dịch môi trường dinh dưỡng): Nếu độ lớn tăng hiệu kinh tế giảm, độ lớn giảm hiệu kinh tế tăng Do đó, phải kết hợp hài hòa yếu tố để tìm phương thức lấy mẫu tối ưu Một đỉnh sinh trưởng nuôi cấy điều kiện thích hợp tạo hay nhiều chồi chồi phát triển thành hoàn chỉnh Xét nguồn gốc có ba khả năng: - Cây phát triển từ chồi đỉnh (chồi ngọn) - Cây phát triển từ chồi nách phá ngủ - Cây phát triển từ chồi phát sinh, ví dụ: nuôi cấy đoạn trụ mầm (hypocotyl) mãng cầu (Annona squamosa) cho xuất nhiều mầm (buds) mô nuôi cấy, số mầm sau phát triển thành chồi (shoots) trở thành in vitro hoàn chỉnh (plantlet) Tuy nhiên, thông thường khó phân biệt chồi phá ngủ chồi phát sinh Các phương thức phát triển hoàn chỉnh từ đỉnh sinh trưởng nuôi cấy sau: - Phát triển trực tiếp Chủ yếu đối tượng hai mầm (dicotyledon) khoai tây, thuốc lá, cam chanh, hoa cúc… Ví dụ: Khoai tây (Solanum tuberosum): Mầm (đỉnh sinh trưởng) → Chồi nách → Cây - Phát triển thông qua giai đoạn protocorm Chủ yếu gặp đối tượng mầm (monocotyledon) phong lan, dứa, huệ… Cùng lúc đỉnh sinh trưởng tạo hàng loạt protocorm (proembryo) protocorm tiếp tục phân chia thành protocorm phát triển thành hoàn chỉnh Bằng phương thức thời gian ngắn người ta thu hàng triệu cá thể, ví dụ: Hoa lan (Orchidaceae): Đỉnh sinh trưởng → Protocorm → Cây - Ghép đỉnh chồi (shoot apex grafting) hay vi ghép Về nguyên tắc, vi ghép nuôi cấy đỉnh sinh trưởng, thông qua dinh dưỡng tự nhiên gốc ghép Đỉnh sinh trưởng dùng làm mắc ghép có kích thước khoảng từ 0,2-0,5 mm, tách từ búp non sinh trưởng mạnh mẹ trưởng thành, gốc ghép mầm giá nảy mầm từ hạt giống hoang dại, toàn ghép nuôi dưỡng điều kiện ống nghiệm vô trùng Phương thức thường dùng để tạo giống ăn bệnh virus nhằm cung cấp mắt ghép cành chiết đầu dòng làm nguyên liệu nhân giống cho sản xuất đại trà Phương thức cho phép thu hoàn toàn bệnh mang đặc điểm di truyền mẹ cho mắt ghép + Nuôi cấy chồi bất định (adventitious shoot culture) Hệ thống nuôi cấy có yêu cầu tương tự với nuôi cấy mô phân sinh đỉnh, khác nguồn mẫu vật nguồn gốc bất định chồi Đỉnh chồi bất định phát triển trực tiếp mẫu vật gián tiếp từ mô callus, mà mô callus hình thành bề mặt vết cắt mẫu vật Một số loại mẫu vật dùng sau: - Đoạn thân: thuốc lá, cam, chanh, cà chua, bắp cải… - Mảnh lá: thuốc lá, cà chua, bắp cải, cà phê, ca cao… - Cuống lá: thủy tiên… - Các phận hoa: súp lơ, lúa mì, thuốc lá… - Nhánh củ: họ hành, họ lay ơn, họ thủy tiên… - Đoạn mầm: măng tây Sự phát triển chồi bất định gián tiếp qua giai đoạn hình thành callus sở (basal callus) từ chồi tách nuôi cấy Các chồi sau phát triển từ ngoại vi mô callus quan hệ ban đầu với mô có mạch dẫn (vascular tissue) mẫu vật - Nhân giống thông qua giai đoạn callus Trong khuôn khổ mục đích nhân giống in vitro tái sinh hoàn chỉnh trực tiếp từ mẫu vật nuôi cấy ban đầu nhanh chóng thu mà đồng mặt di truyền Tuy nhiên, nhiều trường hợp mô nuôi cấy không tái sinh mà phát triển thành khối callus Tế bào callus cấy chuyển nhiều lần không ổn định mặt di truyền Để tránh tình trạng thiết phải sử dụng loại callus vừa phát sinh, tức callus sơ cấp để tái sinh hy vọng thu tái sinh đồng Thông qua giai đoạn callus thu cá thể virus trường hợp Kehr Sehaffer (1976) thu tỏi - Nhân giống thông qua phát sinh phôi vô tính-công nghệ phôi vô tính + Phôi vô tính Một phương thức nhân giống vô tính tạo phôi vô tính từ tế bào mô sẹo Năm 1958, Street Reinert hai tác giả mô tả hình thành phôi vô tính từ tế bào đơn cà rốt (Daucus carota) Đến năm 1977, Murashige cho phôi vô tính trở thành biện pháp nhân giống in vitro Ở số loài, phát sinh phôi vô tính hình thành trực tiếp từ phôi bất định (adventitious embryos) nằm phôi tâm (nucellar embryos) Đến nay, công nghệ phôi vô tính coi công nghệ có triển vọng cho nông nghiệp kỷ 21 Phôi vô tính cá thể nhân giống (propagules) có cực tính bắt nguồn từ tế bào soma Chúng giống phôi hữu tính (zygotic embryo) hình thái, trình phát triển sinh lý, sản phẩm thụ tinh giao tử đực giao tử cái, trình tái tổ hợp di truyền (genetic recombination), phôi vô tính có nội dung di truyền giống hệt với tế bào soma sinh chúng Ở trường hợp phôi hữu tính, kết hợp giao tử đực cho hợp tử (zygote) Hợp tử phân chia nhiều lần tạo nên phôi hữu tính có cấu trúc hai cực: rễ Khi hợp tử phát triển, miền sinh trưởng rễ miền sinh trưởng phát triển cuối tạo thành hoàn chỉnh, qua giai đoạn phôi học sau: - Trường hợp hai mầm: Dạng cầu → dạng thủy lôi → dạng có mầm - Trường hợp mầm: Dạng cầu → dạng scutellar → dạng diệp tiêu + Nhân giống nồi phản ứng sinh học Trước đây, nồi phản ứng sinh học hay gọi nồi lên men (fermentor) chủ yếu dùng cho công nghệ vi sinh Trên sở thiết bị đó, với số cải tiến, nhiều tác giả nhân giống thành công nhiều loại phôi vô tính thể chồi, cụm chồi củ nhỏ Tóm lại, có ba phương thức tạo nhân giống in vitro: - Mẫu mô trực tiếp tạo chồi hoàn chỉnh (Hình 4.2) - Mẫu mô phát sinh callus callus tạo chồi (Hình 4.3) - Mẫu mô phát sinh callus, callus phát triển phôi (hoặc nuôi cấy dịch huyền phù tế bào phát sinh phôi) từ phôi thu hoàn chỉnh (Hình 4.4) Các giai đoạn quy trình nhân giống vô tính in vitro Quy trình nhân giống vô tính in vitro thực theo (hoặc 4-tùy theo cách phân chia tác giả) giai đoạn: - Cấy gây - Nhân nhanh - Chuẩn bị đưa đất - Giai đoạn I-cấy gây Đưa mẫu vật từ bên vào nuôi cấy vô trùng phải đảm bảo yêu cầu sau: - Tỷ lệ nhiễm thấp - Tỷ lệ sống cao - Tốc độ sinh trưởng nhanh Kết bước cấy gây phụ thuộc nhiều vào cách lấy mẫu Quan trọng đỉnh sinh truởng, chồi nách, sau đoạn hoa tự, hoa, đoạn thân, mảnh lá, rễ… Chọn phương pháp khử trùng cho tỷ lệ sống cao môi trường dinh dưỡng thích hợp đạt tốc độ sinh trưởng nhanh Câu 3: Sinh vật biến đổi gen gì? Ý nghĩa tạo giống trồng biến đổi gen? Các trồng nông, lâm nghiệp đóng vai trò quan trọng phát triển thúc đẩy văn minh Các trồng cung cấp thức ăn bền vững cho người, cho động vật, sợi cho xây dựng quần áo, thuốc men, dược phẩm, nước hoa, hóa chất cho trình sản xuất công nghiệp, lượng để nấu nướng sưởi ấm gần nhất, sinh khối để đáp ứng nhu cầu ngày tăng nhiên liệu phục vụ vận tải Các trồng đóng vai trò chủ yếu mặt môi trường việc ngăn ngừa xói mòn đất, tăng cường mức ôxi khí quyển, giảm phát tán CO2 từ việc đốt than đá, làm giàu đất nitơ, mà chúng quay vòng theo chu kỳ đất khí Nếu dân số tiếp tục tăng dự đoán, 50 năm tới cần phải sản xuất thêm thức ăn cho người, thức ăn cho động vật sợi so với thời gian toàn lịch sử loài người Và phải làm điều sở diện tích đất thích hợp cho nông nghiệp sản xuất trồng giảm dần Điều đặt số thách thức chủ yếu cho nông nghiệp kỷ XXI: - Sản lượng trồng cần phải tăng cao mức ngoạn mục đạt kỷ XX để đáp ứng nhu cầu gia tăng tiết kiệm không gian trống Những đầu vào cần thiết cho nông nghiệp thâm canh, nước phân bón cần phải giảm - Những trồng cần phát triển để sinh sôi nẩy nở điều kiện khắc nghiệt cho đất mầu mỡ sử dụng để trồng quan trọng, mùa vụ trồng cần phải kéo dài sản lượng không bị giảm hạn hán, thời tiết nóng, lạnh tác động khác - Những ảnh hưởng đến môi trường nông nghiệp việc sử dụng thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ phân bón cần phải giảm bớt Thí dụ trồng cần biến đổi để chịu bệnh dịch, để hấp thu có hiệu chất dinh dưỡng đất, cạnh tranh với cỏ dại việc hút nước hấp thụ ánh sáng mặt trời - Những lương thực cần tối ưu hóa để phục vụ sức khỏe dinh dưỡng người, cung cấp vitamin thiết yếu, axít amin prôtêin nhằm giúp xóa bỏ tình trạng suy dinh dưõng bệnh tật Chúng ta cần “trở tương lai” thay đổi cấu trúc gen đặc sản sử dụng nhà máy sản xuất hóa chất protein phục vụ ứng dụng công nghiệp y tế - thí dụ, tiền chất nhựa vắc-xin để chống lại mầm bệnh người động vật Những thách thức đòi hỏi phải áp dụng kỹ thuật nhân giống phân tử tinh vi mà có, việc phát triển kỹ thuật Tuy nhiên chưa có thời kỳ sôi động cho ngành sinh học trồng nông nghiệp, cách mạng công nghệ tạo kỷ nguyên gen cho hội để thực mục tiêu thời gian hai thập kỷ tới sớm Chính vậy, việc ứng dụng thành tựu công nghệ sinh học vào sản xuất nông nghiệp đã, lựa chọn tất yếu nhằm đáp ứng nhu cầu lương thực, thực phẩm người toàn cầu Trên sở thực tiễn ta vào khái niệm sinh vật biến đổi gen gì? Sinh vật biến đổi gen (GMO) sinh vật mà vật liệu di truyền bị biến đổi theo ý muốn chủ quan người Ngoài có sinh vật tạo trình lan truyền, biến đổi gen tự nhiên Ví dụ trình lai xa cỏ dại với trồng biến đổi gen có họ hàng tạo loài cỏ dại mang gen biến đổi, trình đột biến gen hay trình tái tổ hợp vật chất di truyền gây biến đổi gen so với genome ban đầu Sinh vật biến đổi gene có nhiều loại khác Nó sinh vật có gen bị biến đổi tác nhân đột biến nhân tạo tia xạ hay hoá chất Nó sinh vật chuyển gen bao gồm động vật, thực vật hay vi sinh vật, chí người Tuy nhiên, nói đến GMO người ta thường đề cập đến thể sinh vật mang gen loài khác để tạo dạng chưa tồn tự nhiên Trên 98% số lượng sinh vật biến đổi gen đưa vào môi trường thực vật biến đổi gen Vi sinh vật biến đổi gen động vật biến đổi gen chiếm phần nhỏ số Ý nghĩa tạo giống trồng biến đổi gen: Cây trồng biến đổi gene hướng nghiên cứu nhà khoa học nhằm đáp ứng nhu cầu ngày tăng mặt số lượng chất lượng lương thực, thực phẩm dân số giới có khả tăng gấp đôi vòng 50 năm tới Như ta trình bày trên, sinh vật biến đổi gene tạo nhằm phục vụ cho lợi ích người, nên việc đặt vấn đề vai trò sinh vật biến đổi gen vô đa dạng Mỗi loài, sinh vật biến đổi gen có vai trò khác nhau, khái quát chung vai trò chúng sau * Ưu điểm bật thực phẩm biến đổi gen là: + Tạo giống trồng có suất cao, chất lượng tốt, bảo đảm nguồn lương thực, thực phẩm toàn cầu + Đảm bảo ổn định đa dạng sinh học + Sử dụng hiệu nguồn nguyên liệu từ bên cho nông nghiệp môi trường + Tạo lợi nhuận kinh tế xã hội, giảm bớt đói nghèo nước phát triển * Chuyển gen thực vật tiến hành theo hai cách để chuyển gen có đặc tính tốt vào vật liệu di truyền tế bào hay mô thực vật: + Chuyển gen trực tiếp: Dùng hoá chất, tạo xung điện cao áp, sử dụng súng bắn gen, tiêm trực tiếp DNA vào nhân tế bào + Chuyển gen gián tiếp: Dùng vector vi khuẩn Agrobacterium tumefaciens, ta chuyển gen vào đoạn T – ADN vi khuẩn Agrobacterium nuôi cấy vi khuẩn với tế bào hay mô thực vật điều kiện thích hợp Tính đến năm 2006, giới có 22 nước trồng chuyển gen, tính theo thứ tự diện tích, Mỹ dẫn đầu, tiếp đến Achentina, Canada Brazil Đặc biệt 90% nông dân nghèo từ nước phát triển, tăng thu nhập từ chuyển gen Hiện có trồng biến đổi gene thương mại hoá rộng Tính toàn giới, thời gian qua có 56% diện tích gieo trồng đậu tương, 28% bông; 19% cải dầu 14% ngô biến đổi gene Ngoài ra, khoai tây, cà chua, bí đỏ, đu đủ, thuốc lá, lúa gạo, củ cải đường, hướng dương… trồng bước mở rộng Ở nước phát triển, công ty Công nghệ sinh học đầu việc ứng dụng kỹ thuật chuyển gen vào nông nghiệp công ty Aventis, Dow AgroSciences, DuPont/Pioneer, Monsanto Syngenta Hầu hết nghiên cứu chuyển gen tiến hành nước phát triển, chủ yếu Bắc Mỹ Tây Âu Hiệu chuyển gen theo nhiều hướng khác nhau: Thứ nhất, thực vật chuyển gen cải thiện chất lượng thực phẩm, làm tăng giá trị dinh dưỡng tính trạng thích hợp cho công nghệ chế biến Ví dụ, chuyển gen, gạo chứa nhiều vitamin A khoáng chất hơn, ngô khoai tây chứa nhiều tinh bột hơn, đậu nành cải dầu chứa nhiều dầu có lợi cho sức khoẻ Viện khoa học Thuỵ Sỹ tạo giống lúa vàng “golden rice” chứa hàm lượng vitamin A cao nhờ chuyển gen tổng hợp β – caroten cao gấp 20 lần so với giống trước Giống gạo vàng tạo cách biến đổi hệ gen lúa bao gồm chuyển gen tổng hợp enzym phyotene sylthase từ vi khuẩn Narcissus pseudomonarcissus gen tổng hợp phyotene desaturase từ vi khuẩn Erwinia uredovora Việc chuyển gen tăng tĩch luỹ β – caroten nội nhũ hạt gạo từ cung cấp cho tổng hợp vitamin A gan người Ngoài hình thức biến đổi gen khác lúa tạo giống lúa tăng hấp thu sắt chống lại thiếu sắt gần 30% dân số giới Giống lúa tạo cách chuyển vào hệ gen lúa gen ferritin từ loài họ đậuPaseolus vulgaris để tổng hợp loại protein giàu cystein có khả liên kết chặt chẽ với Fe, gen từ nấmAspergillus fumigatus để tổng hợp loại enzym có khả phân giải phytate (là hợp chất ức chế hấp thụ sắt) Bằng công nghệ chuyển gen, người tạo giống trồng kéo dài thời gian bảo quản thực phẩm cà chua “Flarv – Sarv” công ty Calgene có khả giữ cấu trúc rắn thời gian dài nhiều so với giống cà chua thông thường Nhờ mà việc vận chuyển bảo quản cà chua cải thiện Nhiều nghiên cứu giới phân lập số gene làm thay đổi màu sắc quả, tăng hàm lượng đường, giảm độ axit, tăng tổng hợp chất thơm quả… Thứ hai, thực vật chuyển gen có khả kháng nhiều loại sâu bọ, kháng thuốc diệt cỏ…góp phần tăng suất trồng Hiện việc sử dụng thuốc trừ sâu diện rộng phá huỷ nhiều vùng trồng nông nghiệp, người sử dụng nguồn gen vi khuẩn Baccillus thurigiensis để sản xuất thuốc trừ sâu tự nhiên gọi chất độc Bt Một vài nghiên cứu Ấn Độ cho thấy, so sánh sản lượng chứa gen Bt với không chứa Bt sản lượng tăng 30 – 80% Sự gia tăng cho thấy cải thiện rõ ràng khả chống sâu bệnh chuyển gen Những nghiên cứu Bt trình bày Arizona - Mỹ với ước tính khoảng 5% ứng với 25 – 65 USD cho mẫu Anh giảm so với sử dụng thuốc trừ sâu Một nghiên cứu tác động trồng chuyển gen môi trường kinh tế sau năm thực canh tác (1996 – 2004) Mỹ cho thấy việc ứng dụng trồng chuyển gen làm giảm lượng thuốc trừ sâu khoảng 172 triệu kg, làm giảm tác động đến môi trường khoảng 14% Ở Trung Quốc, năm nghiên cứu nông trường Bt chứng minh thành công ban đầu chuyển gen Nông dân giảm việc sử dụng thuốc trừ sâu 70% thu nhập họ tăng lên 36% Việc sử dụng Bt Trung Quốc làm giảm 78.000 thuốc trừ sâu năm 2001 Tuy nhiên, sau năm lợi ích Bt giảm xuất quần thể côn trùng gây hại khác phát triển, người nông dân lại phải đấu tranh chống lại cách sử dụng thuốc trừ sâu diện rộng Nó gây sợ hãi ban đầu cho người, giải mà người tiếp tục nghiên cứu nhận thức vai trò thực vật biến đổi gen Cây kháng thuốc diệt cỏ (HRC) nghiên cứu từ năm 1980 Những trồng có khả kiểm soát hoá chất cỏ dại HRC sống cánh đồng có thuốc diệt cỏ Tuy nhiên trồng làm tăng làm giảm hấp phụ chất hoá học vào đất, chúng gây tranh cãi ảnh hưởng chúng môi trường Thứ ba, thực vật chuyển gen chống chịu với điều kiện thời tiết khắc nghiệt: chịu lạnh, chịu hạn, chịu mặn…Việc tạo giống sinh trưởng tốt vùng khô hạn, độ mặn cao hay khí hậu lạnh giá giúp tăng suất trồng Ví dụ, việc đưa gen chống lạnh cá nước lạnh vào thuốc khoai tây tạo giống thuốc lá, khoai tây chịu nhiệt độ thấp mầm thông thường chết nhiệt độ thấp [...]... vật mang các gen của một loài khác để tạo ra một dạng chưa hề tồn tại trong tự nhiên Trên 98% số lượng sinh vật biến đổi gen đã được đưa vào môi trường là thực vật biến đổi gen Vi sinh vật biến đổi gen và động vật biến đổi gen chỉ chiếm một phần rất nhỏ trong số ấy Ý nghĩa của tạo giống cây trồng biến đổi gen: Cây trồng biến đổi gene là một hướng nghiên cứu của các nhà khoa học nhằm đáp ứng được nhu... sinh vật biến đổi gen là gì? Sinh vật biến đổi gen (GMO) là sinh vật mà vật liệu di truyền của nó đã bị biến đổi theo ý muốn chủ quan của con người Ngoài ra cũng có thể có những sinh vật được tạo ra do quá trình lan truyền, biến đổi của gen trong tự nhiên Ví dụ quá trình lai xa giữa cỏ dại với cây trồng biến đổi gen có cùng họ hàng có thể tạo ra loài cỏ dại mang gen biến đổi, quá trình đột biến gen. .. hợp vật chất di truyền đều gây ra biến đổi gen so với genome ban đầu Sinh vật biến đổi gene có nhiều loại khác nhau Nó có thể là các sinh vật có gen bị biến đổi do tác nhân đột biến nhân tạo như các tia bức xạ hay hoá chất Nó cũng có thể là các sinh vật chuyển gen bao gồm động vật, thực vật hay vi sinh vật, thậm chí là con người Tuy nhiên, khi nói đến GMO người ta thường đề cập đến các cơ thể sinh vật. .. ngày càng tăng về mặt số lượng và chất lượng lương thực, thực phẩm khi dân số thế giới có khả năng sẽ tăng gấp đôi trong vòng 50 năm tới Như ta đã trình bày ở trên, sinh vật biến đổi gene được tạo ra nhằm phục vụ cho lợi ích của con người, nên việc đặt ra vấn đề vai trò của sinh vật biến đổi gen cũng vô cùng đa dạng Mỗi loài, mỗi sinh vật biến đổi gen có vai trò khác nhau, nhưng chúng ta có thể khái... trưởng nhanh Câu 3: Sinh vật biến đổi gen là gì? Ý nghĩa của tạo giống cây trồng biến đổi gen? Các cây trồng và nông, lâm nghiệp đã đóng vai trò quan trọng trong phát triển và thúc đẩy sự văn minh Các cây trồng cung cấp những thức ăn bền vững cho con người, cho động vật, sợi cho xây dựng và quần áo, thuốc men, dược phẩm, nước hoa, các hóa chất cho các quá trình sản xuất công nghiệp, năng lượng để nấu... trồng và nông nghiệp, và cuộc cách mạng công nghệ tạo ra bởi kỷ nguyên các bộ gen cho cơ hội duy nhất để thực hiện những mục tiêu này trong thời gian hai thập kỷ tới hoặc sớm hơn Chính vì vậy, việc ứng dụng những thành tựu của công nghệ sinh học vào sản xuất nông nghiệp đã, đang và sẽ là sự lựa chọn tất yếu nhằm đáp ứng được những nhu cầu lương thực, thực phẩm của con người trên toàn cầu Trên cơ sở thực. .. sau * Ưu điểm nổi bật của thực phẩm biến đổi gen là: + Tạo các giống cây trồng có năng suất cao, chất lượng tốt, bảo đảm nguồn lương thực, thực phẩm trong toàn cầu + Đảm bảo ổn định đa dạng sinh học + Sử dụng hiệu quả nguồn nguyên liệu từ bên ngoài cho nông nghiệp và môi trường + Tạo lợi nhuận kinh tế và xã hội, giảm bớt đói nghèo ở các nước đang phát triển * Chuyển gen ở thực vật có thể tiến hành theo... chuyển những gen có đặc tính tốt vào vật liệu di truyền của tế bào hay mô thực vật: + Chuyển gen trực tiếp: Dùng hoá chất, tạo xung điện cao áp, sử dụng súng bắn gen, tiêm trực tiếp DNA vào nhân tế bào + Chuyển gen gián tiếp: Dùng vector là vi khuẩn Agrobacterium tumefaciens, ta chuyển gen nào đó vào giữa đoạn T – ADN của vi khuẩn Agrobacterium và nuôi cấy vi khuẩn đó với tế bào hay mô thực vật trong điều... 2004) của Mỹ cho thấy việc ứng dụng cây trồng chuyển gen đã làm giảm lượng thuốc trừ sâu khoảng 172 triệu kg, làm giảm tác động đến môi trường khoảng 14% Ở Trung Quốc, trong 7 năm nghiên cứu trong các nông trường bông Bt đã chứng minh thành công ban đầu của cây chuyển gen Nông dân đã giảm việc sử dụng thuốc trừ sâu cho đến 70% trong khi thu nhập của họ tăng lên 36% Việc sử dụng bông Bt ở Trung Quốc... quả, tăng hàm lượng đường, giảm độ axit, tăng tổng hợp chất thơm trong quả… Thứ hai, thực vật chuyển gen có khả năng kháng được nhiều loại sâu bọ, kháng thuốc diệt cỏ…góp phần tăng năng suất cây trồng Hiện nay việc sử dụng thuốc trừ sâu trên diện rộng đã phá huỷ rất nhiều vùng trồng cây nông nghiệp, hiện nay con người đang sử dụng nguồn gen của vi khuẩn Baccillus thurigiensis để sản xuất ra thuốc trừ