Tiểu luận sinh học phân tử 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
PHẦN I: MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề:
Các cây trồng và nông 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 nướng và sưởi ấm và gần đây nhất, sinh khối để đáp ứng
nhu cầu ngày một tăng về nhiên liệu phục vụ vận tải. Các cây trồng còn đóng
vai trò chủ yếu về mặt môi trường bằng việc ngăn ngừa xói mòn đất, tăng
cường mức ôxi trong khí quyển, giảm sự phát tán CO
2
từ việc đốt than đá, và
làm giàu đất bằng nitơ, mà chúng quay vòng theo chu kỳ giữa đất và khí
quyển.
Nếu dân số tiếp tục tăng như dự đoán, thì trong 50 năm tới chúng ta cần
phải sản xuất thêm thức ăn cho người, thức ăn cho động vật và sợi hơn so với
thời gian của toàn bộ lịch sử loài người. Và chúng ta phải làm điều này trên
cơ 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 kỷ
XXI:
- Sản lượng cây trồng cần phải tăng cao hơn mức ngoạn mục đạt được
ở 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 bón
cần phải giảm.
- Những cây trồng cần được phát triển để có thể sinh sôi nẩy nở trong
những điều kiện khắc nghiệt sao cho những đất ít mầu mỡ có thể được sử
dụng để trồng những cây quan trọng, mùa vụ trồng cần phải kéo dài và sản
lượng 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 dụng
thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ và phân bón cần phải giảm bớt. Thí dụ các cây

trồng cần được biến đổi để chịu được bệnh dịch, để có thể hấp thu có hiệu quả
các chất dinh dưỡng trong đất, và cạnh tranh với cỏ dại trong việc hút nước và
hấp thụ ánh sáng mặt trời.
Học viên: Bùi Thanh Long – ĐVH – K17 Page 1
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 và
dinh dưỡng của con người, cung cấp các vitamin thiết yếu, các axít amin và
prôtêin 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 đặc
sản có thể được sử dụng như những nhà máy sản xuất hóa chất và protein
phục vụ các ứng dụng công nghiệp và y tế - thí dụ, các tiền chất nhựa và các
vắc-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 nhân
giống và phân tử tinh vi nhất mà hiện nay đang có, cũng như việc phát triển
những kỹ thuật mới. Tuy nhiên chưa bao giờ có một thời kỳ nào sôi động hơn
cho ngành sinh học cây 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 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 lớn
của 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 đổi
gen 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 liệu
được lấy từ các nguồn thông tin như thư viện, báo đài, internet. Dựa vào sự
phân 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 còn
nhiều sơ suất, rất mong được sự góp ý của quí thầy cô giáo và các bạn đồng
nghiệp. Tôi xin chân thành biết ơn!
Học viên: Bùi Thanh Long – ĐVH – K17 Page 2
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 vật
công 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 sự
kết hợp của các ngành khoa học tự nhiên và khoa học công nghệ nhằm ứng
dụng các vi sinh vật, các tế bào, một số thành phần của tế bào hoặc các phân
tử 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 triển
mạnh mẽ trong những năm tới là do đã thừa hưởng được một cách tổng hợp
những kết quả của các ngành khoa học cơ bản như vi sinh vật học, di truyền
học, sinh hóa học, sinh lý học, sinh học phân tử, miễn dịch học, vi sinh vật
học ứng dụng, công nghệ sinh hóa học (Biochemical engineering)
CNSH đang phát triển trên cơ sở các kỹ thuật mới mẻ: kỹ thuật di
truyền; kỹ thuật dung hợp tế bào; kỹ thuật phản ứng sinh học (bao gồm kỹ
thuật lên men, kỹ thuật enzym, thiết bị phản ứng sinh học); kỹ thuật nuôi cấy
mô; kỹ thuật nuôi cấy tế bào; kỹ thuật cấy chuyển phôi (embryotransplan-
tation); kỹ thuật cấy chuyển nhân (nucleustransplan-tation) v.v Những thành
tựu này đang chuẩn bị cho một cuộc cách mạng sinh học trong các ngành kinh
tế - kỹ thuật. Trong phạm vi bài này chúng tôi chỉ đề cập đến những ứng dụng
CNSH trong lĩnh vực nông nghiệp.
Cho đến nay, cách mạng chính về CNSH là kỹ thuật di truyền (hay kỹ

thuật tái tổ hợp gen). Giờ đây người ta có thể thực hiện đưa 1 gen lạ vào bất
cứ 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 trình
sinh học phức tạp thành những phần đơn giản, từ đó dễ dàng xác định được
nhiệm vụ và kiểu hoạt động của từng gen, cho phép xác định được mối tương
quan giữa cấu trúc với nhiệm vụ của những phân tử.
Kỹ thuật di truyền đã mở ra những triển vọng, viễn cảnh mới về lý
thuyết thì thật không có giới hạn: con người có thể thiết kế và chế tạo ra
những vi sinh vật, những tế bào mà trước đây chưa hề có. Những vi sinh vật
nhân tạo này có thể tổng hợp ra ở quy mô công nghiệp những sản phẩm có giá
trị phục vụ đắc lực cho việc bảo vệ sức khỏe và nâng cao chất lượng sống của
con người. Đương nhiên, nông nghiệp và y tế ứng dụng thành quả kỹ thuật di
Học viên: Bùi Thanh Long – ĐVH – K17 Page 3
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 mạng
CNSH.
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 loại
ngô này đã mang gen sản sinh tinh thể diệt côn trùng của loài vi khuẩn trừ sâu
Bacillus thuringiensis.
Để biến nạp gen vào thực vật bậc cao hiện nay có ba phương pháp chủ
yếu: biến nạp bằng Agrobacterium, bắn gen và tế bào trần.
Để thu được những cây biến nạp hoàn chỉnh cần phải chọn lọc và tái
sinh. Sau khi chuyển gen vào cơ thể thực vật, để biết chính xác gen chuyển
vào có được biểu hiện thành công không người ta sử dụng phương pháp
Southern, 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 mã
di truyền, trong đó thêm 20 loại cây đã đạt được những lợi ích như các nhà

tạo giống mong muốn và được đưa ra sản xuất. [3]
Học viên: Bùi Thanh Long – ĐVH – K17 Page 4
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 trường
2.1.1. Kháng thuốc diệt cỏ
Học viên: Bùi Thanh Long – ĐVH – K17 Page 5
Vai trò của cây trồng biến đổi gen trong sản xuất nông nghiệp
Học viên: Bùi Thanh Long – ĐVH – K17 Page 6
Vai trò của cây trồng biến đổi gen trong sản xuất nông nghiệp
Học viên: Bùi Thanh Long – ĐVH – K17 Page 7
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 chứa
gen 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
Học viên: Bùi Thanh Long – ĐVH – K17 Page 8
Vai trò của cây trồng biến đổi gen trong sản xuất nông nghiệp
Học viên: Bùi Thanh Long – ĐVH – K17 Page 9
Vai trò của cây trồng biến đổi gen trong sản xuất nông nghiệp
Học viên: Bùi Thanh Long – ĐVH – K17 Page 10
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 bình
thường bị nhiễm sâu hại (dưới) (* Nguồn: Giáo trình công nghệ gen trong
nông nghiệp)[2]
2.1.3. Kháng virus gây bệnh
Học viên: Bùi Thanh Long – ĐVH – K17 Page 11

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

được gọi là cross protection. (Hình 4)
Học viên: Bùi Thanh Long – ĐVH – K17 Page 12
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 với
TMV yếu, sau đó được lây nhiễm với TMV độc tính và kết quả là cây không
nhiễm bệnh. Ở giữa: Cây thuốc lá không được xử lý với TMV yếu, xuất hiện
triệu 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
Học viên: Bùi Thanh Long – ĐVH – K17 Page 13
Vai trò của cây trồng biến đổi gen trong sản xuất nông nghiệp
Học viên: Bùi Thanh Long – ĐVH – K17 Page 14
Vai trò của cây trồng biến đổi gen trong sản xuất nông nghiệp
Học viên: Bùi Thanh Long – ĐVH – K17 Page 15
Vai trò của cây trồng biến đổi gen trong sản xuất nông nghiệp
2.1.5. Kháng các điều kiện bất lợi:
Học viên: Bùi Thanh Long – ĐVH – K17 Page 16
Vai trò của cây trồng biến đổi gen trong sản xuất nông nghiệp
Học viên: Bùi Thanh Long – ĐVH – K17 Page 17
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
Học viên: Bùi Thanh Long – ĐVH – K17 Page 18
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
Học viên: Bùi Thanh Long – ĐVH – K17 Page 19
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
Học viên: Bùi Thanh Long – ĐVH – K17 Page 20
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]
Học viên: Bùi Thanh Long – ĐVH – K17 Page 21
Vai trò của cây trồng biến đổi gen trong sản xuất nông nghiệp
Học viên: Bùi Thanh Long – ĐVH – K17 Page 22
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 khả
năng bảo quản và hương vị hay giảm các chất gây dị ứng, một số được ứng
dụng 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
Học viên: Bùi Thanh Long – ĐVH – K17 Page 23
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
Học viên: Bùi Thanh Long – ĐVH – K17 Page 24
Vai trò của cây trồng biến đổi gen trong sản xuất nông nghiệp

[2].
Học viên: Bùi Thanh Long – ĐVH – K17 Page 25