Phân tích vai trò của cây trồng biến đổi gen trong sản xuất nông nghiệp

Phần I: Mở đầu 1 1. Đặt vấn đề 1 2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2 3. Phương pháp thực hiện đề tài 2

Vai trò của cây trồng biến đổi gen trong sản xuất nông nghiệp

PHẦN I: MỞ ĐẦU

1 Đặt vấn đề:

Các cây trồng và nông nghiệp đã đóng vai trò quan trọng trong pháttriển và thúc đẩy sự văn minh Các cây trồng cung cấp những thức ăn bềnvững 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 nướng và sưởi ấm và gần đây nhất, sinh khối để đáp ứngnhu cầu ngày một tăng về nhiên liệu phục vụ vận tải Các cây trồng còn đóngvai trò chủ yếu về mặt môi trường bằng việc ngăn ngừa xói mòn đất, tăngcường mức ôxi trong khí quyển, giảm sự phát tán CO2 từ việc đốt than đá, vàlàm giàu đất bằng nitơ, mà chúng quay vòng theo chu kỳ giữa đất và khíquyển.

Nếu dân số tiếp tục tăng như dự đoán, thì trong 50 năm tới chúng ta cầnphải sản xuất thêm thức ăn cho người, thức ăn cho động vật và sợi hơn so vớithời gian của toàn bộ lịch sử loài người Và chúng ta phải làm điều này trêncơ sở diện tích đất thích hợp cho nông nghiệp và sản xuất cây trồng giảm dần.

Điều này đặt ra một số thách thức chủ yếu cho nông nghiệp ở thế kỷXXI:

- Sản lượng cây trồng cần phải tăng cao hơn mức ngoạn mục đạt đượcở thế kỷ XX để đáp ứng nhu cầu gia tăng và tiết kiệm không gian trống.Những đầu vào cần thiết cho nông nghiệp thâm canh, như nước và phân bóncần phải giảm

- Những cây trồng cần được phát triển để có thể sinh sôi nẩy nở trongnhững điều kiện khắc nghiệt sao cho những đất ít mầu mỡ có thể được sửdụng để trồng những cây quan trọng, mùa vụ trồng cần phải kéo dài và sảnlượng không bị giảm bởi hạn hán, thời tiết nóng, lạnh và các tác động khác

- Những ảnh hưởng đến môi trường của nông nghiệp do việc sử dụngthuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ và phân bón cần phải giảm bớt Thí dụ các câytrồng cần được biến đổi để chịu được bệnh dịch, để có thể hấp thu có hiệu quảcác chất dinh dưỡng trong đất, và cạnh tranh với cỏ dại trong việc hút nước vàhấp thụ ánh sáng mặt trời

Vai trò của cây trồng biến đổi gen trong sản xuất nông nghiệp

- Những cây lương thực cần được tối ưu hóa để phục vụ sức khỏe vàdinh dưỡng của con người, cung cấp các vitamin thiết yếu, các axít amin vàprôtêin nhằm giúp xóa bỏ tình trạng suy dinh dưõng và bệnh tật [4]

Chúng ta cần “trở về tương lai” và thay đổi cấu trúc gen các cây đặcsản có thể được sử dụng như những nhà máy sản xuất hóa chất và proteinphục vụ các ứng dụng công nghiệp và y tế - thí dụ, các tiền chất nhựa và cácvắc-xin để chống lại các mầm bệnh ở người và động vật.

Những thách thức này sẽ đòi hỏi phải áp dụng những kỹ thuật nhângiống và phân tử tinh vi nhất mà hiện nay đang có, cũng như việc phát triểnnhững kỹ thuật mới Tuy nhiên chưa bao giờ có một thời kỳ nào sôi động hơncho ngành sinh học cây trồng và nông nghiệp, và cuộc cách mạng công nghệtạo ra bởi kỷ nguyên các bộ gen cho cơ hội duy nhất để thực hiện những mụctiêu này trong thời gian hai thập kỷ tới hoặc sớm hơn Chính vì vậy, việc ứngdụng 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 lươngthực, thực phẩm của con người trên toàn cầu.

Trên cơ sở thực tiễn đó, tôi đã chọn đề tài: “Vai trò của cây trồng biến

đổi gen trong sản xuất nông nghiệp” làm đề tài tiểu luận môn Sinh học phân

tử của mình Hy vọng đề tài này sẽ giúp cho tôi hiểu thêm về vai trò to lớncủa việc nghiên cứu sinh học phân tử trong cuộc sống của chúng ta hiện nay.

2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

Đối tượng: Các loại cây trồng biến đổi gen.

Phạm vi: Ở đây tôi chỉ đề cập đến một số vai trò cơ bản của thực vật biến đổigen chỉ trong lĩnh vực sản xuất nông nghiệp.

3 Phương pháp nghiên cứu:

Phương pháp nghiên cứu đề tài là phương pháp tổng hợp các tài liệuđược lấy từ các nguồn thông tin như thư viện, báo đài, internet Dựa vào sựphân tích, tổng hợp, so sánh, đối chiếu các tài liệu để thực hiện đề tài.

Mặc dù đề tài được chuẩn bị khá công phu, nhưng chắc chắn vẫn cònnhiều sơ suất, rất mong được sự góp ý của quí thầy cô giáo và các bạn đồng

Vai trò của cây trồng biến đổi gen trong sản xuất nông nghiệp

PHẦN II: NỘI DUNG

1 Sơ lược về sự phát triển của công nghệ sinh học hiện nay.

CNSH là một ngành khoa học mũi nhọn không giống với vi sinh vậtcông nghiệp đã có từ xa xưa với kỹ nghệ sản xuất rượu, bia, sữa chua,phomát, nước chấm Theo liên đoàn CNSH châu Âu (EFB) thì CNSH là sựkết hợp của các ngành khoa học tự nhiên và khoa học công nghệ nhằm ứngdụng các vi sinh vật, các tế bào, một số thành phần của tế bào hoặc các phântử tương tự tạo ra những sản phẩm phục vụ cho con người.

CNSH đạt được những thành tựu to lớn và có triển vọng phát triểnmạnh mẽ trong những năm tới là do đã thừa hưởng được một cách tổng hợpnhững kết quả của các ngành khoa học cơ bản như vi sinh vật học, di truyềnhọc, sinh hóa học, sinh lý học, sinh học phân tử, miễn dịch học, vi sinh vậthọc ứng dụng, công nghệ sinh hóa học (Biochemical engineering)

CNSH đang phát triển trên cơ sở các kỹ thuật mới mẻ: kỹ thuật ditruyền; kỹ thuật dung hợp tế bào; kỹ thuật phản ứng sinh học (bao gồm kỹthuật lên men, kỹ thuật enzym, thiết bị phản ứng sinh học); kỹ thuật nuôi cấymô; kỹ thuật nuôi cấy tế bào; kỹ thuật cấy chuyển phôi (embryotransplan-tation); kỹ thuật cấy chuyển nhân (nucleustransplan-tation) v.v Những thànhtựu này đang chuẩn bị cho một cuộc cách mạng sinh học trong các ngành kinhtế - kỹ thuật Trong phạm vi bài này chúng tôi chỉ đề cập đến những ứng dụngCNSH trong lĩnh vực nông nghiệp.

Cho đến nay, cách mạng chính về CNSH là kỹ thuật di truyền (hay kỹthuật tái tổ hợp gen) Giờ đây người ta có thể thực hiện đưa 1 gen lạ vào bấtcứ bộ phận nào chỉ cần kiểm tra "sự đồng ý" của tế bào tiếp nhận gen mới.Thành công này có ý nghĩa đặc biệt lớn lao bởi nó cho phép tách rời quy trìnhsinh học phức tạp thành những phần đơn giản, từ đó dễ dàng xác định đượcnhiệm vụ và kiểu hoạt động của từng gen, cho phép xác định được mối tươngquan giữa cấu trúc với nhiệm vụ của những phân tử.

Kỹ thuật di truyền đã mở ra những triển vọng, viễn cảnh mới về lýthuyết thì thật không có giới hạn: con người có thể thiết kế và chế tạo ranhững vi sinh vật, những tế bào mà trước đây chưa hề có Những vi sinh vậtnhân tạo này có thể tổng hợp ra ở quy mô công nghiệp những sản phẩm có giátrị phục vụ đắc lực cho việc bảo vệ sức khỏe và nâng cao chất lượng sống củacon người Đương nhiên, nông nghiệp và y tế ứng dụng thành quả kỹ thuật di

Vai trò của cây trồng biến đổi gen trong sản xuất nông nghiệp

truyền nhiều nhất, đây là những lĩnh vực đột phá thực hiện cuộc cách mạngCNSH.

Về trồng trọt, việc chuyển vào tế bào thực vật một gen lạ của vi khuẩn(chẳng hạn gen cố định nitơ, gen kháng thuốc diệt cỏ, gen kháng côn trùng,gen kháng bệnh ) sẽ khiến cho cây trồng có được những phẩm chất đặc biệt.Mới đây Mỹ đã chế tạo được loại ngô kháng sâu bệnh do từng tế bào của loạingô này đã mang gen sản sinh tinh thể diệt côn trùng của loài vi khuẩn trừ sâuBacillus thuringiensis.

Để biến nạp gen vào thực vật bậc cao hiện nay có ba phương pháp chủyếu: biến nạp bằng Agrobacterium, bắn gen và tế bào trần

Để thu được những cây biến nạp hoàn chỉnh cần phải chọn lọc và táisinh Sau khi chuyển gen vào cơ thể thực vật, để biết chính xác gen chuyểnvào có được biểu hiện thành công không người ta sử dụng phương phápSouthern, kỹ thuật PCR hoặc sử dụng gen chỉ thị.[1]

Cho đến nay gần 20 loại cây trồng đã được nghiên cứu thay đổi mật mãdi truyền, trong đó thêm 20 loại cây đã đạt được những lợi ích như các nhàtạo giống mong muốn và được đưa ra sản xuất [3]

Vai trò của cây trồng biến đổi gen trong sản xuất nông nghiệp

Hình 1: Tỷ lệ % các cây trồng biến đổi gen được đưa vào sản xuất (*Nguồn:Giáo trình công nghệ gen trong nông nghiệp)[2]

2 Những vai trò chủ yếu của thực vật biến đổi gen trong nông nghiệp:

2.1 Tính kháng và thích nghi với môi trường2.1.1 Kháng thuốc diệt cỏ

Vai trò của cây trồng biến đổi gen trong sản xuất nông nghiệp

Vai trò của cây trồng biến đổi gen trong sản xuất nông nghiệp

Vai trò của cây trồng biến đổi gen trong sản xuất nông nghiệp

có khả năng kháng glyphosate

Hình 2: Cây chứa gen bar kháng BASTA với cây đối chứng không chứagen này Cả hai đều được phun BASTA, ảnh chụp sau 15 ngày phun thuốc.(Nguồn: Giáo trình Công nghệ gen trong nông nghiệp)[2]

2.1.2 Kháng côn trùng gây hại

Vai trò của cây trồng biến đổi gen trong sản xuất nông nghiệp

Vai trò của cây trồng biến đổi gen trong sản xuất nông nghiệp

Vai trò của cây trồng biến đổi gen trong sản xuất nông nghiệp

Hình 3: Cây ngô biến đổi gen, tạo ra Bt – endotoxin (Trên) và cây ngô bìnhthường bị nhiễm sâu hại (dưới) (* Nguồn: Giáo trình công nghệ gen trongnông nghiệp)[2]

2.1.3 Kháng virus gây bệnh

Vai trò của cây trồng biến đổi gen trong sản xuất nông nghiệp

được gọi là cross protection (Hình 4)

Vai trò của cây trồng biến đổi gen trong sản xuất nông nghiệp

Hình 4: Thí nghiệm về cross protection (Bên trái: Cây thuốc lá được xử lý vớiTMV yếu, sau đó được lây nhiễm với TMV độc tính và kết quả là cây khôngnhiễm bệnh Ở giữa: Cây thuốc lá không được xử lý với TMV yếu, xuất hiệntriệu chứng bệnh sau khi xử lý với TMV độc tính Bên phải: Cây biến đổi gen,chứa các gen mã hóa cho protein vỏ của TMV, kháng được sự lây nhiễm.(*Nguồn Giáo trình công nghệ gen trong nông nghiệp)[2]

2.1.4 Kháng vi khuẩn và nấm

Vai trò của cây trồng biến đổi gen trong sản xuất nông nghiệp

Vai trò của cây trồng biến đổi gen trong sản xuất nông nghiệp

Vai trò của cây trồng biến đổi gen trong sản xuất nông nghiệp

2.1.5 Kháng các điều kiện bất lợi:

Vai trò của cây trồng biến đổi gen trong sản xuất nông nghiệp

Vai trò của cây trồng biến đổi gen trong sản xuất nông nghiệp

2.2 Nâng cao chất lượng sản phẩm

2.2.1 Carbonhydrate và acid béo

Vai trò của cây trồng biến đổi gen trong sản xuất nông nghiệp

2.2.2 Hàm lượng protein và amino acid không thay thế

Vai trò của cây trồng biến đổi gen trong sản xuất nông nghiệp

2.2.3 Vitamin, chất khoáng và các yếu tố vi lượng

Vai trò của cây trồng biến đổi gen trong sản xuất nông nghiệp

Hình 5: Lúa vàng “Gold rice” được sản xuất bằng công nghệ gen.(*Nguồn: Giáo trình công nghệ gen trong nông nghiệp)[2]

Vai trò của cây trồng biến đổi gen trong sản xuất nông nghiệp

Vai trò của cây trồng biến đổi gen trong sản xuất nông nghiệp

Ngoài ra, thực vật biến đổi gen còn cung cấp những sản phẩm làm tăng khảnăng bảo quản và hương vị hay giảm các chất gây dị ứng, một số được ứngdụng trong y học để sản xuất vaccin.

2.3 Một số ứng dụng mới của cây trồng biến đổi gen:2.3.1 Chất tổng hợp

Vai trò của cây trồng biến đổi gen trong sản xuất nông nghiệp

2.3.2 Protein thực vật

2.3.3 Cải tạo đất

Vai trò của cây trồng biến đổi gen trong sản xuất nông nghiệp

[2].

Vai trò của cây trồng biến đổi gen trong sản xuất nông nghiệp

- Bên cạnh đó, việc tạo ra một số loại cây trồng biến đổi gen mới cókhả năng hấp thụ các kim loại nặng trong đất cho phép chúng ta tin rằng trongtương lai không xa vấn đề đất đai bị ô nhiễm sẽ được giải quyết cơ bản.

- Không những cây trồng trong nông nghiệp giúp giải quyết cơ bản vấnđề lương thực, thực phẩm mà còn tạo ra khả năng ứng dụng trong sản xuất

vaccin, nhựa sinh học (bioplastics),…

Trên đây chỉ là một trong những vai trò cơ bản nhất của cây trồng biếnđổi gen trong nông nghiệp Ngoài ra chúng ta còn gặp được rất nhiều ứngdụng khác nhau nữa nhưng trong khuôn khổ của một bài tiểu luận ngắn, chophép tôi được dừng lại ở đây.

2 Kiến nghị:

Cũng xuất phát từ phạm vi bó hẹp của đề tài, vì vậy tôi đề nghị chúngta cần quan tâm tìm hiểu vấn đề này nhiều hơn nữa, mở rộng tìm hiểu vai tròcủa thực vật biến đổi gen trong các lĩnh vực khác đồng thời tìm hiểu themtrên đối tượng là động vật để có các nhìn toàn diện hơn về vai trò của kỹ thuậtdi truyền hay kỹ thuật gen đối với đời sống con người cũng như tự nhiên.

Vai trò của cây trồng biến đổi gen trong sản xuất nông nghiệp

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Trương Văn Lung (Chủ biên) – Giáo trình Công nghệ sinh học trong sản

xuất và đời sống – NXB Đại học Huế, 2006.

2 Trần Thị Lệ (Chủ biên), Trần Quốc Dung, Nguyễn Hoàng Lộc - Giáo trình

Công nghệ sinh học trong nông nghiệp – NXB Đại học Huế, 2006

3 Trang web Rausach.com.vn (Bài của Doanh Chính – Công nghệ sinh học

phục vụ nông nghiệp), 2007

4 Richard Hamilton, Richard B.Flavell và Robert B.Goldberg - công nghệ

sinh học cây trồng: những tiến bộ trong thực phẩm, năng lượng và y tế

-(Dương Văn Cường dịch Theo Tạp chí Điện tử, Bộ Ngoại giao Hoa kỳ)