Nhập môn công nghệ sinh học phần 3

CHƢƠNG CÁC ỨNG DỤNG TRONG NÔNG NGHIỆP Giảng viên: GS TS NCVCC Đặng Diễm Hồng Viện Công nghệ sinh học Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam ĐT: 091 534 3660; 02 379 11059; Email: ddhong60vn@yahoo.com; ddhong@ibt.ac.vn; ddhong@tlu.edu.vn TLU, 3.2020 Mở đầu  Đây lĩnh vực cơng nghệ sinh học có nhiều đóng góp quan  - - - trọng CNSH tạo cách mạng sâu sắc lĩnh vực giống trồng, vật nuôi chế biến thực phẩm, mang lại giá trị kinh tế cao Các hướng chính: Chọn lọc biến đổi di truyền trồng để có đƣợc đặc điểm mong muốn (năng suất cao, phẩm chất tốt, thích nghi với điều kiện ngoại cảnh bất lợi ), Nuôi cấy mô tế bào thực vật để nhân nhanh giống trồng, Sản xuất kháng thể đơn dịng để phục vụ chẩn đốn bệnh thực vật động vật, Thụ tinh ống nghiệm cấy chuyển phôi vật nuôi, Cải thiện suất chất lƣợng động vật, nuôi trồng thủy sản, chế biến thực phẩm II Cải thiện nhân nhanh giống trồng Chọn dòng tế bào biến dị soma Lai vơ tính Nhân giống cải thiện giống trồng Sản xuất đơn bội Nhân giống ống nghiệm Nhân giống vơ tính  Trong kĩ thuật trồng trọt có nhiều lồi cần phải nhân giống vơ tính qui mơ lớn  Trong năm 1930, việc tái sinh lại chồi toàn trồng đƣợc tiến hành cách thuận lợi nhờ xây dựng đƣợc kĩ thuật nuôi cấy mô tế bào thành công Ƣu điểm - Hệ số nhân giống lớn - Sự đồng giống ảnh hƣởng đến suất chất lƣợng sản phẩm - Rút ngắn thời kỳ sinh trƣởng sử dụng ƣu lai • Hạn chế kĩ thuật nhân giống in vitro - Chi phí cao so với phƣơng pháp nhân giống vơ tính khác nên giá thành không cạnh tranh - Không phải loại vi nhân giống - Một số loài trồng dễ bị biến dị nhân giống in vitro Nuôi cấy tế bào thực vật b1 b3 b2 b4 b6 b5 Quy trình cơng nghệ ni cấy mơ tế bào Nhân giống vơ tính Cuộc cách mạng xanh từ năm 19601970 lúa lúa mì lúa miến ngơ Mục đích: - Duy trì nhân nhanh kiểu gen quý - Nhân nhanh với hiệu kinh tế cao loài hoa cảnh khơng trồng hạt -Nhân nhanh trì cá thể đầu dòng tốt -Làm bệnh, virus -Bảo quản tập đồn giống nhân giống vơ tính Quá trình sinh học đƣợc phát triển để đồng thời khử sulfur hóa (desulphurisation) loại bỏ NO khỏi khí ống khói đƣợcc sản xuất thiết bị nhiệt VI Phân hủy chất rắn (solid remediation) Kích thích sinh học (biostimulation) tăng sinh học (bioaugenzymetation)  Các vi sinh vật có khả phân hủy sinh học chất gây ô nhiễm thường diện sẵn đất nhiễm bẩn nước ngầm Biện pháp: - Kích thích sinh học vi sinh vật, nơi có chất dinh dưỡng nhân tố sinh trưởng cần thiết khác chúng - Đưa quần thể vi sinh vật đặc hiệu (tăng sinh học) vào vị trí bị nhiễm định chất gây ô nhiễm phân tử phức tạp bị phá vỡ tổ hợp đặc biệt vi sinh vật đặc hiệu (được gọi consortium)  Các chất gây ô nhiễm: polyaromatic hydrocarbons (PAHs), hợp chất hữu halogen hóa, thuốc trừ sâu định, thuốc nổ TNT, polychlorobiphenyls (PCBs)  Các điều kiện chủng vi sinh vật thích hợp: ảnh hưởng lớn đến phân hủy sinh học hợp chất  Sự tăng sinh học: tiến hành nhờ kỹ thuật biến đổi di truyền vi sinh vật  giúp ngăn cản tạo thành sản phẩm trung gian độc gây ổn định quần thể ức chế trình phân hủy sinh học Thách thức: tăng khả sống sót chủng gây nhiễm Các kỹ thuật phân hủy chất rắn 2.1 Phân hủy sinh học chỗ (in situ bioremediation) - Sử dụng vi sinh vật chất dinh dưỡng để giải chất thải nguy hiểm - Ưu điểm: thực chỗ, tránh phải vận chuyển cất giữ chất thải nguy hiểm độc hại - Có nhiều vi sinh vật khác có khả phân hủy chất ô nhiễm công nghiệp đặc trưng 2.2 Landfarming - Kỹ thuật thiết lập sở phân hủy vi sinh vật nâng cấp cách trộn đất với gốc hữu (phân ủ) - Nhiệt độ cao, hoạt tính đa dạng vi sinh vật giúp tăng tốc độ phản ứng - Các hệ thống landfarming tăng hiệu cách tiền xử lý yếm khí, - Ứng dụng: khử nhiễm bẩn vùng đất bị ô nhiễm chloroethene chất thơm BTX (hỗn hợp benzen, toluene xylene) Mặt cắt ngang hệ thống landfarming Xử lý chất thải rắn 2.3 Các bể phản ứng sinh học pha bùn (slurryphase bioreactors) - Giúp làm thời gian ngắn Trong trường hợp này, đất khai quật bị ô nhiễm xử lý điều kiện tối ưu kiểm soát, đảm bảo tiếp xúc hiệu chất nhiễm bẩn vi sinh vật - Yếu tố ảnh hưởng: lớp cát, đất bị ô nhiễm mương (ống dẫn), lớp lót tháo Các chất dinh dưỡng nuôi cấy đặc hiệu vi sinh vật thích nghi - Hiệu quả: Tốc độ phân hủy phạm vi 0,2-2 g dầu/kg đất/ngày, thời gian lưu chất rắn 30 ngày VII Xử lý nước ngầm Sự phục hồi hoạt động  Phương thức phục hồi nước ngầm ứng dụng nhiều Mỹ châu Âu kỹ thuật “bơm xử lý” (pump-and-treat) Hướng sử dụng chủ yếu kỹ thuật hóa-lý để loại bỏ chất nhiễm hệ xử lý mặt  Các kiểu thiết kế bể phản ứng sinh học phát triển để loại bỏ dung mơi polychloro hóa chất thơm  Phương thức “bơm xử lý” làm trường hợp thời gian làm dài ngày Công nghệ phục hồi “bơm” “ xử lý” Sự phân hủy tự nhiên giám sát (monitoring)  Các kỹ thuật phân hủy thường không đáp ứng mục tiêu làm thật  Đánh giá lại mức độ nhiễm ban đầu tính tốn lại việc sử dụng điểm cuối (sau xử lý) dựa rủi ro (risk-based end-points)  Khái niệm điểm cuối dựa rủi ro đòi hỏi phát triển cơng cụ phân tích để đánh giá lại giá trị sinh học (khái niệm nồng độ ô nhiễm tổng số)  Các công cụ đặc trưng dựa vào xét nghiệm sinh học phương pháp phân tích truyền thống khơng thể phân biệt chất gây ô nhiễm yếu tố có giá trị hệ thống sinh học chất gây ô nhiễm yếu tố tồn dạng giá trị phức tạp trơ  Xét nghiệm sinh học dựa ức chế phát huỳnh quang sinh học tự nhiên sinh vật biển Photobacterium phosphoreum: - Không đặc hiệu ức chế ánh sáng xuất tiếp xúc với chất độc  Khắc phục: sử dụng biosensor vi khuẩn đặc trưng cho loại chất độc định Ví dụ: biosensor phát kim loại có giá trị sinh học, xây dựng cách gắn gen thị lux Vibrio fischeri với gen kháng kim loại nặng vi khuẩn Alcaligenes eutrophus Các chủng tái tổ hợp phối trộn với đất bị ô nhiễm kim loại nước phát sáng tỷ lệ với nồng độ kim loại có giá trị sinh học đặc trưng  Nhược điểm phân hủy sinh học: giá thành cao tốc độ chậm  Sự phân hủy tự nhiên (hoặc phân hủy sinh học nội tại-intrinsic bioremediation): Dựa vào trình tự nhiên để loại bỏ, cô lập khử độc chất gây nhiễm mà khơng có can thiệp người  Sự phân hủy sinh học nội tại: trường hợp nước ngầm bị nhiễm bẩn hydrocarbons Phương thức yêu cầu đơn giản hóa việc giám sát từ xa (remote monitoring) để theo dõi nồng độ nhiễm bẩn lớp bề mặt điều kiện in situ, sử dụng radar nhìn xuyên qua mặt đất để kiểm tra phá vỡ ô nhiễm lớp bề mặt dựa sở tăng độ dẫn dung dịch  Sử dụng kỹ thuật biến đổi di truyền VSV để phản ứng với diện chất nhiễm bẩn đặc biệt Khi VSV gắn vào tế bào quang điện kết nối với chip sóng vơ tuyến (radio chip), tín hiệu ánh sáng biến đổi sóng vơ tuyến phát khoảng cách xa Các cảm biến (sensor) rải khắp địa điểm bị ô nhiễm để giám sát tiến triển phá vỡ chất gây ô nhiễm Tài liệu tham khảo Nguyễn Hồng Lộc (2007) Giáo trình nhập mơn công nghệ sinh học Nhà xuất Đại học Huế  Tài liệu trang web/google  ... nguyên sinh trồng mong muốn Mơ hình biến nạp gen nif Ứng dụng chăn ni thú ý cơng nghệ chính: 1 .Công nghệ cổ truyền việc tạo giống vật nuôi 2 .Công nghệ việc chuyển phôi thao tác phôi 3 .Công nghệ sinh. .. thuringiensis (Bt) Công nghệ chuyển gene cố định đạm  Các phương pháp kĩ thuật khác việc cố định Nitơ qui trình Haber-Bosch  vi khuẩn  Rhizobium Tảo lam Anabaena Công nghệ chuyển gene cố...Mở đầu  Đây lĩnh vực công nghệ sinh học có nhiều đóng góp quan  - - - trọng CNSH tạo cách mạng sâu sắc lĩnh vực giống trồng,