Nhiều quy tr ình công ngh ệ sử dụng những nồi l ên men v ới công suất lớn ra đời v à t ạo ra những sản phẩm.. m ới như thuốc kháng sinh, phân bón, chế phẩm vi sinh.....[r]
(1)TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM HUẾ DỰ ÁN HỢP TÁC VIỆT NAM – HÀ LAN
BÀI GIẢNG
ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG
CHỌN GIỐNG
Người biên soạn: TS Lê Tiến Dũng
(2)(3)1
Chương I
CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ CÂY TRỒNG I KHÁI NIỆM CHUNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC
Khoảng từ năm 1970 trở lại đây, người ta hay bắt gặp thuật ngữ
"Biotechnologie" Thuật ngữ hình thành từ tiếng La tinh - "Bios", sinh học
và "Technology"- công nghệ Sự đời công nghệ sinh học (CNSH) thể
phát triển nhanh chóng tri thức khoa học, sinh học ngành liên quan đến
sinh học hố học, vật lý học, đồng thời nói lên ý nghĩa thực tiễn to lớn
ngành sinh học Nhiều nguyên lý, trình sinh học khám phá ứng
dụng sản xuất, giải nhiều khó khăn sống lồi người
nhiều lĩnh vực Các nhà khoa học có ý kiến khác CNSH Có người cho phát triển công nghệ vi sinh,
sinh học phân tử kỹ thuật gene
Những khái niệm chưa hồn chỉnh, khơng đại diện cách
tổng thể nội dung khoa học thực tiễn CNSH Gần có người đưa
một định nghĩa bao quát, khoa học hơn: CNSH trình nghiên cứu, khai thác, sử dụng nguyên lý trình sinh học để giải vấn đề thực tiễn sản xuất phục vụ đời sống người quy mô công nghiệp Xuất phát từ quan điểm trên, người ta phân biệt CNSH làm hai loại:
- CNSH cổ truyền: Khai thác nguyên lý trình sinh học dựa
sở hiểu biết sơ đẳng kinh nghiệm sống người Chúng ta liệt
kê số hoạt động như: hố, tuyển chọn vật ni trồng, lên men nấu rượu, làm bánh mỳ, sữa chua, làm tương, dấm, muối dưa chữa, chẩn đoán bệnh
bằng phương pháp y học cổ truyền
- CNSH đại: trình nghiên cứu, khai thác nguyên lý sinh học sở kiến thức khoa học tiên tiến phương pháp nghiên
cứu đại Kết sản phẩm CNSH đại mang lại
cách mạng, thúc đẩy phát triển sản xuất, đáp ứng nhu cầu sống loài người
CNSH phát triển qua ba giai đoạn:
+ Trước hết hình thành từ người chưa hiểu biết nhiều
sinh học Bằng kinh nghiệm, quy định sản xuất thủ công, họ tạo nên
sản phẩm từ vi sinh, động vật thực vật Ví dụ: làm đưa, làm dấm, nấu rượu, lai
tạo giống mới, nhân giống
+ Giai đoạn hai: Bắt đầu từ cuối kỷ 19 người hiểu biết
quá trình sinh lý, sinh hố, di truyền sinh vật có nhiều kết sử dụng chúng
phục vụ nhu cầu người Trước hết sử dụng vi sinh vật sản xuất sinh khối,
chiết xuất số hoá chất butanol, aceton loại nấm men có lợi khác,
như làm nước cho thành phố
Công tác nuôi cấy phân lập chủng vi sinh phát triển Nhiều quy trình cơng nghệ sử dụng nồi lên men với công suất lớn đời tạo sản phẩm
(4)+ Giai đoạn ba: Từ năm 60, 70 trở lại đây, CNSH phát triển mạnh mẽ
nhờ tiến vượt bậc sinh học phân tử, điều chế enzymẹ, kỹ thuật gene,
công nghệ nuôi cấy mô tế bào thực vật
Ngày người ta khai quát tương dối đầy đủ nội dung nhưnhư
phạm trù hoạt động CNSH Nó xây dựng dựa tảng hợp
công nghệ cơ bản:
- Công nghệ vi sinh
- Công nghệ enzyme
- Công nghệ lên men (Fennenlation)
- Công nghệ nuôi cấy tế bào động vật miễn dịch học
- Công nghệ nuôi cấy tế bào thực vật
- Kỹ thuật gene di truyền
CNSH ngày phát triển hoàn thiện, sâu thâm nhập vào lĩnh
vực, ngành khoa học khác công nghiệp mỏ, địa chất, chế biến thực phẩm,
y tế, môi trường ngành sản xuất nông, lâm, ngư nghiệp Thực sự, CNSH
đóng vai trị quan trọng, tạo nhiều sản phẩm, đáp ứng nhu cầu phát
triển ngày đa dạng phong phú người:
Lương thực thực phẩm: sản phẩm cá, thịt, tinh bột, đường ; thực phẩm bổ trợ,
chất màu, hương vị; loại vitamin acid amin quan trọng
Nông nghiệp: thức ăn gia súc, thuốc trừ sâu, vi khuẩn, vi rút, chế phẩm vi
sinh, nhân giống vơ tính, cấy hợp tử, sản xuất phơi, vaccin
Hoá học: acid hữu cơ, rượu, men, chất cao phân tử, metal extraction,
bioaccumulation
Dược học: chất kháng sinh, chất chẩn đoán bệnh, men ức chế,
vaccin, steroids, alcaloids
Lên men: bia rượu, chất kích thích, lương thực, bánh mỳ, bơ, protein tế bào, cồn công nghiệp, men, chất kháng sinh, thuốc, vitamin, vaccin
Năng lượng: sinh chất, ethanol, methane
Môi trường: xử lý chất thải, làm nước, tinh chế, phân giải dầu gây ô
nhiễm
II VAI TRỊ CỦA THỰC VẬT
Thực vật chìa khoá sống trái đất Thực vật sinh vật sản
xuất tất chuỗi thức ăn hệ thống tự nhiên nguồn
cung cấp lượng chúng có khả tái sinh Thực vật thể tự dưỡng, có
nhu cầu sinh dưỡng đơn giản, sử dụng nước, muối khoáng, CO2 lượng
ánh sáng mặt trời để tổng hợp đường đơn Đây sản phẩm sinh tổng hợp đầu
tiên để từ chúng chuyển hố tổng hợp phức chất khác
Đường sử dụng dự trữ để đưa vào với muối vô nước, tổng hợp nên đại phân tử cần thiết cho sinh trưởng, phát triển tồn
tại thực vật Như thực vật có khả chuyển hoá lượng mặt
(5)3
được chúng để lại 10% cho mình, cịn 90% sử dụng động vật
người, đồng thời chúng cung cấp 80% lượng protein có tự nhiên (20%
được sản xuất từ nguồn sinh vật khác)
Theo Simmonds (1976), có khoảng 120-130 trồng chính, thuộc
64 họ 180 giống (genera) Rõ ràng nguồn trồng đa dạng phong phú Tuy chúng chiếm phần nhỏ số 300 họ 3000 giống (genera) thực vật tồn
Sự đa dạng phản ánh đa dạng nhu cầu sản phẩm người Đồng thời
chúng cịn có đa dạng vị trí địa lý mà chúng hố
(Simmonds 1989)
III CƠNG NGHỆ SINH HỌC VÀ THỰC TIỄN CẢI TẠO CÂY TRỒNG NÔNG NGHIỆP
Giai đoạn đầu, người tồn phát triền nhờ săn bắn hái lượm, sau chuyền sang dạng vận động cao hơn: Trồng trọt hố vật ni,
cây trồng Trong q trình đó, trồng thay đổi lớn Sự thay đổi xảy
qua chọn lọc có ý thức theo đặc tính có lợi cho người Q trình thực
tiễn làm cho người trồng liên kết chặt chẽ với nhau, tạo nên mối quan
hệ mật thiết phụ thuộc lẫn
Từ ngày đầu trồng trọt cuối kỷ 19, tất cải tạo trồng người nơng dân thực Vào cuối kỷ 19 đến kỷ 20, tốc độ
cải tiến trồng diễn nhanh Dưới số khám phá sinh học ảnh
hưởng lĩnh vực này:
Sự khám phá lại định luật Mendel cung cấp cho nhà khoa học sở khoa học công tác lai tạo làm sáng tỏ chế phân ly quy luật di truyền tính trạng
- Những định luật di truyền Mendel, quy luật biến dị Darwin nhiều khám phá sinh học khác giúp người ta tiên đốn nhanh xác tính trạng, làm cho cơng tác lai tạo giống tiến nhanh hiệu
- Morgan cộng xây dựng đồ gene ruồi dấm Nó giải thích liên kết tái tổ hợp đặc tính
- Sự thu thập nguồn gene giống trồng, hoá dại thành lập ngân hàng gene, cung cấp thực liệu cho chương trình lai tạo
- Sự phát triển di truyền tế bào giúp người tạo giống hiểu biết cấu
trúc chức chế tái tổ hợp
- Khám phá colchicine, nhờ tạo giống đa bội hố
- Vai trị tia X việc tạo biến dị mới, đời kỹ thuật gây đột biến khác công cụ tích cực cho người làm cơng tác giống
- Những phát triển di truyền số lượng giúp nhà tạo giống hình
thành chiến lược chọn giống phân tích tính ổn định tính trạng
Nhờ thành tựu trên, người ta ước tính kỷ 20 suất
(6)(7)21 Dhaliwal S and King P.J (1978) Direct pollination of mays ovules invitro with Z.mays Theor appl Genet 53.43-46
22 Steward J.M (1981) Invitro fertilization and embryo rescue Env exp bot: 21- 301-315
23 Sidorov V.A and Maliga P (l982) Fusion complemenlation analysis of ouxotrophic protoplast culture Molec Gene Genetics 186 328
24 Vasil I.K (1976) The progress, problems and prospects of plant protoplast research Adv Agro 28 , 1 9- 60
25 J M Widholm: Selection and characterization of biochemical mutants Press in: Plant tissue culture and its biotechnological application Ed W Barz, E Reinhard, M H Zenkt Springer Velag (1977)
26 P Maliga : Resistantce mutants and their use in genetic manipulation In: Frontiers of plant tissue cultun 1978 Ed T A Thorpe Calgary Canada (1978) 27 Khanna P.P and Neeta Singh (1991) Conservation of plant genetic Resource in (Edit by R.S.Paroda) Plant genetic Resources conservation and management
28 AIIaby M 1977 World food resources Actual and Potential Applied Science Publishers London
29 Falcon W 8/1970 The Green Revolution generation of problems Amer J agric Econ 52, 698-710