công nghệ chế biến rau quả thực vật chuyển gen

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
MÔN CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN RAU QUẢ


TÌM HIỂU VỀ THỰC VẬT
CHUYỂN GEN. VÍ DỤ CƠ CHẾ
CHUYỂN GEN,
ƯU NHƯỢC ĐIỂM
GVHD: Đỗ Mai Nguyên Phương
Nhóm: 7
Thứ 2 , Tiết 7 - 9

Thành phố Hồ Chí Minh - 2017
BỘ CÔNG THƯƠNG


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
MÔN CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN RAU QUẢ


GVHD: Đỗ Mai Nguyên Phương
Nhóm: 7
Thứ 2 , Tiết 7 - 9
Danh sách thành viên:
1.
2.
3.
4.

5.

Nguyễn Phạm Cẩm Tiên
Nguyễn Thị Minh Chi
Huỳnh Ngọc Trọng
Bùi Thị Thu Sen
Nguyễn Tấn Lực

2005140609
2005140039
2005140677
2005140474
2022140294

Thành phố Hồ Chí Minh – 2017

2


M ỤC L ỤC

I.

Tổng quan và lịch sử phát triển
1. Tổng quan

Cây trồng chuyển gen là sự biến đổi vật chất di truyền, tiếp nhận thêm
những gen mới, kết quả là xuất hiện những tính trạng mới dưới sự tác động của
môi trường. Quá trình biến đổi vật chất di truyền (thêm gen mới) nhờ vào công
nghệ chuyển gen, nếu so sánh quá trình này với quá trình đột biến trong tự

nhiên về bản chất thì hai quá trình là một, bởi vì quá trình tiến hóa của sinh vật
đều phải trông chờ vào quá trình biến đổi vật chất di truyền, trong đó đột biến
đóng vai trò quan trọng. Dưới tác động của các nhân tố gây đột biến, vật chất di
truyền được biến đổi theo hai hướng: thêm đoạn hay bớt đoạn. Như vậy, quá
trình thêm đoạn nhờ chuyển gen cũng tương tự như quá trình thêm đoạn ADN
trong đột biến tự nhiên.
Tuy nhiên, hai quá trình này có nhiều điểm khác nhau: Nếu quá trình
chọn lọc tự nhiên chỉ giữ lại những biến dị có lợi cho quá trình tiến hóa của loài,
thì trong kỹ thuật chuyển gen cây trồng chỉ giữ lại tính trạng đã được định
hướng trước, có lợi về kinh tế, không đóng góp gì cho quá trình tiến hóa của
loài. Đây là điểm khác biệt căn bản nhất giữa đột biến tự nhiên và "đột biến"
nhờ kỹ thuật chuyển gen. Sản phẩm của đột biến tự nhiên là tính trạng có lợi
3


cho tiến hóa, còn sản phẩm của quá trình chuyển gen là các tính trạng có lợi cho
con người, đây là ưu điểm nổi bật nhất của công nghệ chuyển gen.
Quá trình hình thành tính trạng mới trong tự nhiên phải diễn ra hàng trăm
năm, triệu năm, thậm chí hàng tỷ năm, còn quá trình hình thành tính trạng mới
nhờ công nghệ chuyển gen chỉ diễn ra trong vài năm, nhờ tính ưu việt này mà
chúng ta có thể rút ngắn được quá trình chọn tạo giống cây trồng mới, bổ sung
các tính trạng ưu việt mới, đáp ứng tốt nhất mục tiêu chọn giống và phục vụ sản
xuất.

2.

Lịch sử

Cây trồng chuyển đổi gen được tạo ra lần đầu tiên vào năm 1982, bằng
việc sử dụng loại cây thuốc lá chống kháng sinh. Những khu vực trồng thử

nghiệm cây thuốc lá có khả năng chống thuốc diệt cỏ đầu tiên là ở Pháp và Hoa
Kỳ vào năm 1986.
Năm 1987, Plant Genetic Systems (Ghent, Bỉ), được thành lập bởi Marc
Van Montagu and Jeff Schell, là công ty đầu tiên phát triển cây trồng thiết kế
gen di truyền (thuốc lá) có khả năng chống chịu côn trùng bằng cách biểu hiện
các gen mã hóa protein diệt côn trùng từ vi khuẩn Bacillusthuringiensis
(Bt).Trung Quốc là quốc gia đầu tiên chấp thuận cây công nghiệp chuyển đổi
gen với cây thuốc lá kháng vi rút được giới thiệu lần đầu vào năm 1992, nhưng
rút khỏi thị trường Trung Quốc vào năm 1997.

4


Cây trồng biến đổi gen đầu tiên được phê chuẩn bán ở Mỹ vào năm 1994
là cà chua FlavrSavr, có thời gian bảo quản lâu hơn các loại cà chua thông
thường. Năm 1994, Liên minh châu Âu phê chuẩn cây thuốc lá có khả năng
chống thuốc diệt cỏ bromoxynil. Năm 1995, khoai tây Bt đã được phê duyệt an
toàn bởi Cơ quan Bảo vệ
môi trường, trở thành cây
nông sản kháng sâu đầu
tiên được phê duyệt tại
Hoa Kỳ.

Hình 1: Gạo vàng, một loại thực phẩm biến đổi
gen có nhiều ưu điểm
Các loại cây trồng chuyển đổi gen sau đó cũng được chấp thuận giao dịch
ở Mỹ vào năm 1995: cải dầu với thành phần dầu chuyển đổi (Calgene), ngô bắp
có vi khuẩn Bacillus thuringiensis (Bt) (Ciba-Geigy), bông kháng thuốc diệt cỏ
bromoxynil (Calgene), bông kháng côn trùng (Monsanto), đậu nành kháng
thuốc diệt cỏ glyphosate (Monsanto), bí kháng vi rút (Asgrow), và cà chua chín

chậm (DNAP, Zeneca / Peto, và Monsanto). Tính đến giữa năm 1996 đã có tổng
cộng 35 phê chuẩn được cấp cho 8 loại cây công nghiệp chuyển đổi gen và một
loại hoa cẩm chướng, với 8 điểm khác nhau tại 6 quốc gia cộng thêm EU.
Năm 2000, lần đầu tiên các nhà khoa học đã biến đổi gen thực phẩm để
gia tăng giá trị dinh dưỡng bằng việc sản xuất ra hạt gạo vàng.
II.

Nội dung
1. Khái niệm

5


Thực phẩm biến đổi gen là một thuật ngữ ám chỉ các thực phẩm thu được
từ những sinh vật được biến đổi gen bằng công nghệ sinh học. Với công cụ là
công nghệ sinh học và bằng một cách thức nào đó, làm thay đổi một hay nhiều
gen có chủ định với cây trồng vật nuôi, từ đó các giống cây trồng vật nuôi này
tạo cho ta những thực phẩm để sử dụng. Những thực phẩm có được bằng cách
thức này được gọi là thực phẩm biến đổi gen. Thực phẩm biến đổi gen không
bao gồm những thực phẩm
thu được từ mùa màng và sau
đó được xử lý bằng công
nghệ sinh học. Chẳng hạn, ta
xử lý gen của một cây ngô
trước khi gieo trồng thì những
bắp ngô thu được từ cây ngô
này là thực phẩm biến đổi
gen. Nhưng khi ta đã thu
hoạch được bắp ngô từ mùa vụ rồi xử lýHình
công

sinhbihọc
2: nghệ
Bắp ngô
ến đthì
ổi bắp
gen ngô này
không được gọi là thực phẩm biến đổi gen.
Cây trồng biến đổi gen (Genetically Modified Crop - GMC) là loại cây
trồng được lai tạo ra bằng cách sử dụng các kỹ thuật của công nghệ sinh học
hiện đại, hay còn gọi là kỹ thuật di truyền, công nghệ gene hay công nghệ DNA
tái tổ hợp, để chuyển một hoặc một số gene chọn lọc để tạo ra cây trồng mang
tính trạng mong muốn.
Về mặt bản chất, các giống lai từ trước đến nay (hay còn gọi là giống
truyền thống) đều là kết quả của quá trình cải biến di truyền. Điểm khác biệt
duy nhất giữa giống lai truyền thống và giống chuyển gen là gen (DNA) được
chọn lọc một cách chính xác dựa trên khoa học công nghệ hiện đại và chuyển
vào giống cây trồng để đem lại một tính trạng mong muốn một cách có kiểm
soát.
6


2.

Ví dụ

Gạo thường (trái) và gạo
biến đổi gen có nhiều
vitamin A nên có màu
vàng đậm (phải). Nguồn:
goldenrice.org

Hình 3: Gạo thường (trái) và gạo biến đổi
gien

Hình 4: Dầu đậu tương biến đổi gen có
thành phần acid béo giống dầu ô liu.
Nguồn: pioneer.com
Ngoài chức năng làm thức ăn cho con người,
phần lớn khoai tây được dùng vào mục đích khác
như làm thức ăn cho gia súc, cung cấp nguyên liệu thô dưới dạng tinh bột hoặc
chế biến rượu. Hiện nay,
khoảng 10% số khoai tây
trong các cửa hàng bán
thực phẩm ở Mỹ là khoai
tây biến đổi gene. Khoai
tây biến đổi gen cũng có
thể xuất hiện trong các sản
phẩm chế biến có chứa
khoai tây. (Ảnh: Atli Arnarson).

Hình 5: Khoai tây biến đổi gen

7


Đậu tương là loại cây bị chỉnh sửa gen nhiều nhất trong số tất cả các loại
cây trồng, nhằm làm tăng sức
đề kháng với côn trùng và
nấm, làm phong phú thêm các
loại vitamin, hàm lượng chất
béo và protein. Năm 2007,

hơn một nửa số đậu tương
trên thế giới là cây trồng biến
đổi gene. (Ảnh: Danielle Menke).

Hình 6: Đậu tương biến đổi gen

Ở phía tây Canada, khoảng
80% cây cải dầu là cây trồng biến
đổi gene. Chúng có khả năng
chống lại một số loại thuốc diệt cỏ
nhất định. Điều này giúp người
nông dân kiểm soát cỏ dại dễ dàng
hơn, sử dụng lượng thuốc trừ sâu ít
hơn, làm tăng năng suất cây trồng. (Ảnh: Alamy).
Hình 7: Cây cải dầu
Tính trạng

Cây trồng

Chống chịu stress phi sinh

Ngô, mía đường

học
Tăng năng suất hạt

Đậu tương

Kháng bệnh

Đậu, đu đủ, mận, khoai tây, bí, ơt ngọt, cà chua
Alfalfa, cải dầu, cẩm chướng, bông, lanh, ngô, rau

Kháng thuốc diệt cỏ

diếp xoăn, khoai tây, đậu tương, thuốc lá, lúa, lúa
mì, củ cải đường

Kháng côn trùng

Alfalfa, cải dầu, cẩm chướng, bông, lanh, ngô, rau
8


riếp xoăn, khoai tây, đậu tương, thuốc lá, lúa, lúa
mì, củ cải đường
Alfalfa, táo, cải dầu, cẩm chướng, ngô, chanh,
Nâng cao chất lượng

petunia, khoai tây, hoa hồng, lúa, đậu tương, thuốc
lá, cà chua

Kiểm soát thụ phấn

Cải dầu, rau diếp xoăn, ngô

Bảng: Các tính trạng chuyển gen được thương mại hóa
Ứng dụng
Cây trồng chuyển gen kháng các nấm gây bệnh
3.



Nấm bệnh là những tác nhân gây hại cây trồng rất nặng, nhất là ở các
nước nhiệt đới có độ ẩm cao. Các enzyme làm thoái hóa các thành phần chính
của vỏ tế bào nấm chitin và β-1,3 glucan là loại đang được chú ý. Khi chuyển
gen chitinase vào cây thuốc lá đã tăng hoạt tính kháng nấm gây hại. Sự biểu
hiện đồng thời của cả hai gen chitinase và glucanase trong thuốc lá làm cho cây
có tính kháng nấm gây hại cao hơn cây có một gen độc lập.
Tương tự, cà chua cho tính kháng nấm Fusarium cao hơn hẳn sau khi
được chuyển cả hai gen nói trên. Protein ức chế ribosome (ribosomal inhibition
protein-RIP) cũng biểu hiện tính kháng nấm tốt. Cây thuốc lá cho tính kháng
nấm rất cao, khi cây được chuyển giao đồng thời gen RIP và chitinase.


Cây trồng chuyển gen kháng các vi khuẩn gây bệnh

Đối với bệnh vi khuẩn, hướng nghiên cứu tạo giống mới bằng công nghệ
gen chỉ mới bắt đầu. Về cơ bản có ba hướng :
•

Dùng gen mã hóa enzyme làm thoái hóa thành tế bào vi khuẩn. Chẳng
hạn, gen lysozyme từ các nguồn tế bào động vật hoặc từ thực khuẩn thể
T4 (bacteriophage T4) đưa vào cây thuốc lá và khoai tây. Các gen này

9


biểu hiện hoạt tính lysozyme mạnh và các tế bào có khả năng phòng trừ
•

vi khuẩn Erwina carotovora rất tốt.
Gen mã hóa : α-thionin-cystein được chuyển giao sang cây thuốc lá cũng

•

phòng ngừa được vi khuẩn Pseudomonas syringae.
Chuyển gen sản xuất protein làm giảm độc tố của vi khuẩn là hướng có
nhiều hứa hẹn. Gen này chủ yếu là gen sản xuất các loại enzyme phân
hủy độc tố của vi khuẩn, do vậy vô hiệu hóa tác hại của chúng.
 Cây trồng chuyển gen kháng virus gây bệnh
Các virus gây ra những thiệt hại đáng kể trong hầu hết các cây trồng

lương thực và cây cho sợi trên phạm vi thế giới. Phương pháp chủ yếu để khắc
phục tình trạng trên là khai thác tính kháng xuất phát từ các tác nhân gây bệnh.
Chẳng hạn, sử dụng các trình tự có nguồn gốc từ virus được biểu hiện trong các
cây chuyển gen để cung cấp tính kháng đối với các virus thực vật. Hướng này
dựa trên cơ sở các nghiên cứu về sự gây nhiễm (inoculation) hay xâm nhiễm
(infection) ở thực vật, khởi đầu với các chủng virus nhẹ tạo ra phản ứng bảo vệ
chống lại sự gây nhiễm tiếp theo với cùng loại virus hoặc các virus liên quan
gần gũi.


Cây trồng chuyển gen kháng côn trùng phá hoại

Sử dụng hóa chất để phòng trừ sâu bọ côn trùng vừa đắt tiền vừa tác động
xấu đến môi trường. Các cây trồng như bông, ngô và khoai tây chuyển gen đang
được sản xuất thương mại biểu hiện độc tố của Bacillus thuringensis (Bt) để tạo
ra tính kháng đối với các côn trùng loại nhai-nghiền (chewing insects). Vi khuẩn
B. thuringensis tổng hợp các protein.
δ-endotoxin tinh thể được mã hóa bởi các gen Cry. Khi côn trùng ăn vào

bụng, các prototoxins bị đứt gãy trong dạ dày kiềm của côn trùng để tạo thành
độc tố hoạt động. Các liên kết này tạo ra các receptor đặc trưng trong các tế bào
biểu mô ruột làm thành các lỗ chân lông và cuối cùng là gây chết côn trùng.


Cây trồng chuyển gen cải tiến các protein hạt
10


Hàm lượng protein và thành phần amino acid thay đổi rất nhiều trong
thực phẩm thực vật. Ngoài protein thì các amino acid không thay thế, phải được
tiếp nhận cùng thức ăn vì con người và động vật không tự tổng hợp được. Đặc
biệt, trong thức ăn gia súc chủ yếu là đậu tương và ngô, phải bổ sung các amino
acid được sản xuất bằng phương pháp lên men như lysine, methionine,
threonine và tryptophan. Trong tương lai, không cần thiết phải bổ sung các
amino acid này theo phương thức như vậy. Phương thức có khả năng hơn là tạo
dòng các gen ở cây đậu tương hoặc ngô mà các gen này mã hóa cho protein giàu
những amino acid này.
Người ta đã đưa gen mã hóa cho một loại protein chứa các amino acid có
lưu huỳnh cao bất thường vào cây đậu lupin với mục đích biểu hiện ở hạt. Kết
quả là tăng 100% hàm lượng protein trong hạt. Hạt này được dùng để nuôi cừu,
tăng trọng lượng 7% và sản lượng lông tăng 8% so với cừu nuôi bằng loại hạt
bình thường. Thành công này thúc đẩy các nhà nghiên cứu đưa gen này vào biểu
hiện ở lá cây cỏ, nhằm cải tiến cân bằng amino acid không thay thế ở dạ cỏ.


Cây trồng chuyển gen sản xuất những loại protein mới

Thực ra việc sản xuất protein trong thực vật dễ dàng, nhưng tinh sạch
protein này từ mô thực vật là khó khăn và trước hết là giá thành cao. Vì vậy,

người ta hy vọng vào một phương pháp mới, được giới thiệu bởi Raskin và cs
(1999). Những gen mã hóa cho protein được gắn với một promoter và đảm bảo
cho protein chỉ được tổng hợp ở rễ. Tiếp theo protein tạo thành có một hệ thống
tín hiệu, đảm bảo cho nó được vận chuyển vào một vị trí xác định trong tế bào.
Trong trường hợp đặc biệt protein được vận chuyển vào mạng lưới nội chất
(endoplasmatic reticulum: ER).
Protein đi vào ER có thể được thải ra bên ngoài và chỉ ở vùng rễ, vì
promoter chỉ đặc hiệu cho vùng này. Người ta dùng một số dung dịch muối để
tách protein một cách dễ dàng và với giá thành hợp lý.

11


Một ví dụ điển hình của hướng ứng dụng này: Người ta đã tạo ra được hai loại
thuốc lá chuyển gen, mỗi loại có khả năng sản xuất một trong hai mạch
immunoglobin nhẹ và nặng. Thế hệ con sinh ra từ sự lai hai loại cây trên biểu
hiện được một kháng thể hoạt động gồm hai loại mạch với hàm lượng cao
(1,3% tổng protein của lá) và có tất cả các đặc tính của một kháng thể đơn dòng
sản sinh từ hybridoma.
Thaumatin là những protein được chiết xuất từ thịt quả của cây
Thaumatococus danielle, có độ ngọt gấp 1.000 lần đường saccharose. Người ta
đã thành công trong việc chuyển một gen mã hóa cho thaumatin (thaumatin II)
vào cây khoai tây, tạo một cây khoai tây có lá, thân rễ, củ đều ngọt. Kết quả này
mở ra một triển vọng rất lớn đối với cây ăn quả ngọt.



Cây trồng chuyển gen mang tính bất dục đực

Các cây hoa màu đạt năng suất cao hiện nay đều được trồng từ hạt lai qua

một quá trình chọn lọc khắt khe. Các hạt này có ưu thế lai cao vì là kết quả của
các quá trình lai xa. Ở những cây tự thụ phấn như ngô, trước kia người ta rất tốn
công lao động để loại bỏ cờ bắp (cụm hoa đực) nhằm tránh hiện tượng tự thụ
phấn.
Tuy nhiên, công trình thử nghiệm mới đã chuyển một phức hợp gồm gen
rolC của A. tumefaciens và promoter CaMV 35S (cauliflower mosaic virus:
virus gây bệnh khảm ở súp-lơ) vào cây thuốc lá và đã thu được cây chuyển gen
bất thụ. Kết quả này đang được nghiên cứu và áp dụng trên những loại cây
khác.


Thực vật biến đổi gen để sản xuất các acid béo thiết yếu

Như chúng ta biết, nguồn cung cấp chủ yếu về các acid béo thiết yếu là
dầu cá và tài nguyên hải sản đang bị cạn kiệt và sự gia tăng độc tố ở các loại hải
12


sản khác nhau cũng đang trở thành một nguy cơ tiềm tàng. Do vậy, việc nghiên
cứu sản xuất các acid béo thiết yếu có tiềm năng to lớn trong việc phát triển một
nguồn cung cấp thay thế.
Gần đây, các nhà nghiên cứu của Đại học Bristol (Anh) đã thông báo về
việc sản xuất hai chuỗi dài acid béo không sản sinh ra cholesterol với số lượng
lớn ở thực vật bậc cao. Việc sản xuất ra các loại dầu thiết yếu ở cây Arabidopsis
thaliana cho thấy thực vật chuyển gen có thể trở thành nguồn cung cấp các acid
béo quan trọng dùng trong ăn uống mà chúng ta thường chỉ nhận được từ cá.
Người ta cũng đã áp dụng thành công kỹ thuật gen đối với cây
Arabidopsis thaliana để tạo ra các acid béo thiết yếu khác như arachidonic acid
và eiconsapentaenoic acid.


Phát triển hệ thống marker chọn lọc

Việc sử dụng các marker kháng kháng sinh hoặc chống chịu thuốc diệt cỏ
cho cây chuyển gen thường là mối lo ngại chính của công chúng và là lý do
phản đối công nghệ này.
Các nhà khoa học tại Trung tâm Khoa học Thực vật Umeo (Thụy Điển)
đã xây dựng một hệ thống marker ưu việt để xác định cây trồng biến đổi gen mà
không phụ thuộc vào các marker truyền thống bằng cách phát triển một biện
pháp dựa trên gen dao1, gen này mã hóa D amino acid oxidase (DAAO).
DAAO là tác nhân làm mất quá trình tạo nhóm amin oxy hóa của một dãy Damino acid, và phương thức chọn lọc này dựa trên mức độ độc tính của các Damino acid khác nhau và sự trao đổi của chúng đối với thực vật.
Mặc dù nghiên cứu này còn mới và được thực hiện trên cây Arabidopsis
thaliana, nhưng người ta tin tưởng rằng phương pháp chọn lọc này sẽ có thể sử
dụng trong các loại cây nông nghiệp quan trọng khác.


Làm sạch đất ô nhiễm

13


Cây mù tạt Ấn Độ chuyển gen (GM) đã hút sạch lượng selen dư thừa trên
một cánh đồng tại California. Đây là cuộc thử nghiệm đầu tiên trên thực địa đối
với một số loại cây GM chống ô nhiễm.
Selen là một nguyên tố hóa học, gây độc đối với thực vật nếu hàm lượng
của chúng quá cao trong đất. Đất canh tác tại một số vùng của bang California
được tưới tiêu mạnh và nước hòa tan selen có trong đá phiến sét. Khi nước bốc
hơi trên mặt đất, senlen sẽ tích tụ ngày càng nhiều.
Cây mù tạt Ấn Độ (Brassica juncea) vốn có khả năng kháng và hấp thụ
selen qua rễ. Tuy nhiên, Terry và cs (Đại học California) đã thúc đẩy thêm khả

năng trên của cây mù tạt bằng cách bổ sung một số gen tạo enzyme đói selen.
Kết quả là loại thực vật GM này có thể hấp thụ selen cao gấp 4,3 lần so với mù
tạt Ấn Độ dạng hoang dại, và chúng được thu hoạch 45 ngày sau khi trồng.
Cuộc thử nghiệm thực địa nói trên đã được tiến hành cẩn thận để đảm bảo
không có họ hàng nào của cây mù tạt Ấn Độ sinh trưởng ở xung quanh. Hoa mù
tạt GM cũng được hái ngay khi chúng xuất hiện. Mù tạt chuyển gen sẽ được
dùng làm thức ăn cho trâu bò thiếu selen trong bữa ăn.
Hiện nay việc xử lý đất ô nhiễm vẫn mang tính thô sơ, chủ yếu là đào đất
và chôn nó ở một nơi khác hoặc rửa đất. Cả hai phương pháp đều tốn kém, làm
giảm chất lượng đất. Việc sử dụng thực vật để loại bỏ chất ô nhiễm khỏi đất ít
tốn kém hơn song có thể mất nhiều năm. Chẳng hạn, cây dương xỉ Trung Quốc
(Pteris vittata) đã được sử dụng để hút thạch tín khỏi đất. Nhưng dùng cây
chuyển gen có thể giúp tăng tốc tiến trình dọn ô nhiễm này.
Tuy nhiên, khả năng cây GM sẽ lai với các loại hoa màu khác là một điều
đáng lo ngại. Theo Rugh (Đại học Michigan) nếu chuyển một gen hấp thụ nhiều
kim loại vào cây dùng để xử lý ô nhiễm, thì chúng ta phải đảm bảo rằng gen đó
không xâm nhập vào hoa màu. Nếu không, hoa màu cũng sẽ hút nhiều kim loại,
ảnh hưởng tới sức khỏe người tiêu dùng.
14




Làm thức ăn chăn nuôi

Một thế hệ cây trồng chuyển gen mới, được thiết kế đặc biệt cho ngành
chăn nuôi đang được phát triển. Những loại cây trồng này được thiết kế với
những thay đổi quan trọng về hàm lượng các thành phần chính (ví dụ: protein
và amino acid) hay các thành phần thứ yếu (ví dụ: các loại vitamin và khoáng
chất). Vì những loại cây trồng chuyển gen này được dùng với mục đích làm

thức ăn chăn nuôi nên sẽ khác với các loại cây trồng bình thường, tiến trình
chuẩn y các loại cây trồng này sẽ cần có thêm những đánh giá về sự an toàn của
chúng khi để con người và vật nuôi tiêu dùng.
Các sản phẩm tiềm tàng bao gồm các loại đậu tương và ngô chuyển gen,
có hàm lượng dầu cao hơn cung cấp nhiều năng lượng hơn cho bò, lợn và gia
cầm. Các nhà nghiên cứu cũng tạo ra loại đậu tương và ngô có hàm lượng các
loại amino acid không thay thế cao hơn. Ngoài ra, các nghiên cứu khác cũng
đang được tiến hành nhằm làm tăng hàm lượng phosphore trong thức ăn chăn
nuôi.
4.

Cơ chế chuyển gen ở thực vật

15


Cây trồng biến đổi gen được tạo ra trong phòng thí nghiệm bằng cách
thay đổi cấu trúc gen của chúng. Để làm được điều này, người ta dùng kĩ thuật
di truyền thêm vào một hoặc nhiều gen trong bộ gen của cây trồng. Hai phương
pháp phổ biến là phương pháp bắn gen (súng
hạt) và chuyển gen gián tiếp thông qua vi
khuẩn Agrobacterium tumefaciens. Các nhà
thực vật học, dựa vào kết quả từ nghiên cứu
toàn diện mới đây về cơ cấu cây trồng, đã chỉ
ra rằng cây trồng biến đổi dựa vào công nghệ
biến đổi gen ít có khả năng gặp phải những
đột biến không mong đợi hơn là cây trồng
nhân giống thông thường. Theo nghiên cứu,
thuốc lá và "Arabidopsis thaliana (cây có hoa
nhỏ thuộc họ Cải) là những loại cây trồng

biến đổi gen phổ biến nhất do được dùng
phương pháp biến đổi tân tiến, tính dễ nhân
giống và hệ gen được nghiên cứu kĩ. Vì vậy,
chúng được dùng làm sinh vật mô hình cho
các loại thực vật khác. (1)

Hình 8: Thực vật biến đổi gen

16


Đối với phương pháp bắn gen,
ADN được đúc trong các hạt vàng hoặc
vonfram nhỏ li ti, sau đó được bắn vào
mô hoặc tế bào thực vật đơn dưới áp
suất cao. Các hạt ADN với tốc độ cao sẽ
thâm nhập vào cả thành và màng tế bào.
Sau đó, ADN tách khỏi lớp vỏ kim loại
và được tích hợp vào bộ gen thực vật
bên trong nhân tế bào. Phương pháp này
đã được áp dụng thành công cho rất nhiều loại cây trồng, đặc biệt là thực vật
một lá mầm như lúa mì hoặc ngô. Ở những cây này phương pháp chuyển gen
bằng vi khuẩn Agrobacterium tumefaciens thường ít hữu hiệu hơn do có thể gây
ra những hư hỏng nghiêm trọng đối với mô tế bào.

Hình 9: Thực vật bắn gen
Agrobacterium là kí sinh trùng thực vật tự nhiên, khả năng chuyển gen vốn
có của chúng đã góp phần cung cấp phương pháp cho sự phát triển của thực vật
biến đổi gen. Để tạo ra môi trường sống thích hợp cho mình, các vi khuẩn
Agrobacterium chèn gen của chúng vào thân cây chủ, làm tăng nhanh tế bào

thực vật ở gần mặt đất (tạo khối u sần sùi).
Bản chất tự nhiên của vi khuẩn A.tumefaciens
là xâm nhập vào những vị trí tổn thương trên
cây hai lá mầm và gây ra khối u tại những vị
trí tổn thương đó. Những chất được tổng hợp
và bài tiết ra từ tế bào khối u, được vi khuẩn sử
dụng làm nguồn cácbon và nitơ duy trì sự tồn
tại và phát triển của chúng.
Hình 10: Thiết bị bắn gen
17


Hình
ảnhtửviDNA
khuẩđnượ
Agrobacterium,
DNA tái
tổ h11:
ợp Hình
là phân
c tạo thành từ Pseudomonas
hai hay nhiều trình
và nốt sần
tự DNA của các loài sinh vật khác nhau. Trong kỹ thuật di truyền, DNA tái
tổ hợp thường là được tạo thành từ việc gắn những đoạn DNA có nguồn
gốc khác nhau vào trong vectơ tách dòng. Những vectơ tách dòng mang
DNA tái tổ hợp này có thể biểu hiện thành các protein tái tổ hợp trong các
sinh vật.


Cơ chế tạo thực vật biến đổi gen
Giống chuyển gen là gen (DNA) được chọn lọc một cách chính xác

dựa trên khoa học công nghệ hiện đại và chuy ển vào giống cây tr ồng đ ể
đem lại một tính trạng mong muốn một cách có kiểm soát
-

Tạo ADN tái tổ hợp
Tách chiết thể truyền và gen cần chuyển ra khỏi tế bào .
Xử lí bằng một loại enzim giới hạn (restrictaza) để tạo ra cùng 1

-

loại đầu dính.
Dùng enzim nối để gắn chúng tạo ADN tái tổ hợp.

a.

18


-

Hình 12: ADN tái tổ hợp
b. Đưa ADN tái tổ hợp vào tế bào nhận
Dùng muối CaCl2 hoặc xung điện cao áp làm dãn màng sinh chất của
tế bào để ADN tái tổ hợp dễ dàng đi qua màng.

c.

Hình 13: Đưa ADN tái tổ hợp vào tế bào nhận
Phân lập dòng tế bào chứa ADN tái tổ hợp

19


Để nhận biết được các tế bào vi khuẩn nào nhận được AND tái tổ
hợp thì các nhà khoa học thường sửa dụng thể truyền là các gen đánh dấu
chuẩn hoặc các gen đánh dáu nhờ đó ta có thể dễ dàng nhận biết đ ược s ự
có mặt của các AND tái tổ hợp trong tế bào các gen đánh dấu chuẩn có th ể
là các gen kháng kháng sinh.
Bằng các kỹ thuật nhất định nhận biết được sản phẩm đánh dấu.
Phân lập dòng tế bào chứa gen đánh dấu.

Hình 14: Phân lập dòng tế bào chứa ADN tái tổ hợp
5.

Ưu điểm và nhược điểm của kỹ thuật chuyển gen

Có một cuộc tranh luận lớn đã xảy ra về vấn đề thực phẩm biến đổi gen
(GMO). Đối với một số người, ý tưởng về thực phẩm biến đổi gen là một trong
những ý tưởng tốt vì công nghệ này cho phép cây có khả năng chịu hạn và
chống lại sức phá hoại của sâu bệnh, cho phép nhiều người có bữa ăn đầy đủ và
đều đặn hơn. Một số nghiên cứu thậm chí còn cho thấy thế giới sản xuất hơn
17% nhu cầu cần thiết để cung cấp cho 3 bữa của mỗi người.
Những người khác nhìn vào các loại thực phẩm biến đổi gen là một tiền
đề nguy hiểm. Theo các cuộc thử nghiệm, GMO tiềm tàng các nguy cơ gây hại
đường ruột, nhiều người muốn tránh các loại thực phẩm biến đổi gen vì nghiên
cứu động vật đã chỉ ra những thay đổi trong cấu trúc tế bào nội bộ, phát triển

20


khối u bất thường, và cái chết bất ngờ đã xảy ra. Vậy những gì chính xác là
những ưu và nhược điểm của các loại thực phẩm biến đổi gen? (2)
Nhược điểm của thực phẩm biến đổi gen
Đối với kinh tế:
a.



Các loại thực phẩm biến đổi gen mất nhiều thời gian và công sức chăm
sóc để phát triển, có nghĩa là không có giá trị kinh tế thực sự khi phát triển các
loại thực phẩm biến đổi gen khi so sánh với các loại thực phẩm không biến đổi
gen.


Đối với sức khỏe con người:

Theo các nhà khoa học, cây trồng biến đổi gen có thể tăng nguy cơ gây
gây dị ứng thực phẩm ở người (VD: Nếu ai đó mắc dị ứng với đậu nành biến
đổi gen, sau đó nếu gia súc ăn đậu nành này thì người đó sẽ có một xác suất cao
bị dị ứng với thịt động vật.), làm nhờn kháng sinh, có thể tạo ra độc tố và gây
độc lâu dài cho cơ thể. Đây là một
trong những tranh luận chủ yếu và
vấn đề chỉ được tháo gỡ khi chứng
tỏ được rằng sản phẩm protein có
được từ sự chuyển đổi gen không
phải là chất gây dị ứng.

Hình 15: Bắp biến đổi gen
Gen kháng sinh có thể được chuyển vào các cơ thể vi sinh vật trong ruột

của người và động vật ăn thành phẩm biến đổi gen. Điều này có thể dẫn tới việc
tạo ra các vi sinh vật gây bệnh có khả năng kháng thuốc.


Đối với môi trường:

Cây trồng biến đổi gen mang các yếu tố chọn lọc (chịu lạnh, hạn, mặn
hay kháng sâu bệnh…) phát triển tràn lan trong quần thể thực vật. Điều này làm
mất cân bằng hệ sinh thái và làm giảm tính đa dạng sinh học của loài cây được
chuyển gen.
21


Cây trồng biến đổi gen mang các gen kháng thuốc diệt cỏ có thể thụ phấn
với các cây dại cùng loài hay có họ hàng gần gũi, làm lây lan gen kháng thuốc
diệt cỏ trong quần thể thực vật. Việc gieo trồng cây trồng biến đổi gen kháng
sâu bệnh trên diện rộng, ví dụ, kháng sâu đục thân, có thể làm phát sinh các loại
sâu đục thân mới kháng các loại cây trồng biến đổi gen này. Việc sử dụng thuốc
trừ sâu sinh học Bt đã cho phép phòng trừ hiệu quả sâu bệnh, nhưng sau 30 năm
sử dụng, một số loại sâu bệnh đã trở nên nhờn thuốc ở một vài nơi
Ngoài ra, một bộ phận các nhà khoa học lo ngại đến khả năng chuyển gen
từ cây trồng vào các vi khuẩn trong đất. Tuy nhiên, khả năng xảy ra điều này là
vô cùng nhỏ. Hiện nay, các chuyên gia CNSH đang cố gắng giảm thiểu các rủi
ro nêu trên và theo dõi cẩn thận các thử nghiệm cây trồng biến đổi gen trong
phòng thí nghiệm, cũng như ngoài đồng ruộng trước khi đưa ra thị trường
thương mại. Nếu được thiết kế và sử dụng đúng phương pháp thì có thể quản lý
được các nguy cơ của cây trồng biến đổi gen đối với môi trường một cách hiệu

quả.
Ngoài ra, cũng theo nhiều chuyên gia, nếu trồng đại trà thực phẩm biến
đổi gene thì một số lợi ích kinh tế có thể bị nguy hại, như người nông dân bị ép
giá do lệ thuộc vào các công ty cung ứng giống, môi trường nông nghiệp bị biến
đổi, những công ty xuyên quốc gia trong lĩnh vực này đang sử dụng giống biến
đổi gen, khiến cho nông dân ngày càng phụ thuộc vào họ để đạt mục tiêu lợi
nhuận.
b.

Ưu điểm của thực phẩm biến đổi gen

Dưới đây là những lợi ích chính của thực phẩm biến đổi gen:

22

Hinh
Hình 17:
16: Hình ảnh một số rau quả biến đổi gen




Chất lượng tổng thể và hương vị tốt hơn

Thông qua việc biến đổi các loại thực phẩm, hương vị có thể được tăng
cường. Ớt cay hơn hoặc có thể trở nên ngọt hơn. Ngô cũng có thể trở nên ngọt
ngào hơn. Hương vị trở nên ngon miệng hơn.


Lợi ích dinh dưỡng khác

Các loại thực phẩm biến đổi gen có thể có các vitamin và khoáng chất bổ
sung thông qua sửa đổi di truyền để cung cấp những lợi ích dinh dưỡng lớn hơn
cho những người ăn chúng. Điều này đặc biệt phổ biến ở các nước không có
điều kiện thuận lợi về nguồn thực phẩm.


Việc giảm sử dụng hóa chất

Là một trong những lợi ích ban đầu và rõ ràng cho người nông dân khi sử
dụng cả cây trồng kháng thuốc trừ cỏ và cây trồng kháng sâu bệnh. Cây trồng
CNSH đã giảm 474 triệu kg thuốc trừ sâu (tương đương 9%) trong giai đoạn
1996 - 2011, tương ứng với tổng lượng hoạt chất trừ sâu tại Liên minh châu Âu
trong một năm với 3 vụ trồng trọt. Điều này tương ứng với việc giảm tác động
lên môi trường 18,1% nhờ giảm lượng thuốc trừ sâu sử dụng trên diện tích trồng
cây trồng công nghệ sinh học.



Lợi ích thu nhập canh tác

Trong tổng lợi ích thu nhập canh tác, 49% (tương đương với 48 tỷ USD)
có được nhờ năng suất thu hoạch cao hơn do giảm sâu hại, áp lực về cỏ dại và
hệ gen được cải thiện, còn lại nhờ việc giảm thiểu chi phí canh tác.
Phần lớn (51%) thu nhập từ canh tác năm 2011 đã đến trực tiếp với người
nông dân của các quốc gia đang phát triển, 90% của nhóm này là những nông
23


hộ nhỏ và nghèo. Tổng cộng từ năm 1996 - 2011, khoảng 50% tổng lợi ích thu

về đã đến được với nông dân ở các quốc gia đã và đang phát triển.


Cây trồng công nghệ sinh học

Cây trồng công nghệ sinh học có khả năng chống chịu với thuốc trừ cỏ
không chỉ làm giảm việc dùng thuốc diệt cỏ mà còn làm cho đất và nước sạch
hơn, thúc đẩy việc áp dụng phương pháp canh tác không làm đất để giảm thiểu
sự xói mòn đất và hiện tượng thải ra carbon làm biến đổi khí hậu vào khí quyển.
Thực vật đã được biến đổi gen có khả năng chống chịu những loại bệnh rất tốt.
Sự biến đổi gen như một loại vắc xin cho thực vật hay động vật, việc chủng
ngừa được mã hóa vào gen di truyền thay vì tiêm vắc xin. . Theo tính toán
của Hội đồng Khoa Học Nông nghiệp và Công nghệ (CAST) cho rằng công
nghệ mới như bắp và đậu nành có hàm lượng acid phytic thấp có thể giúp giảm
nitơ và bài tiết phospho ở heo và gia cầm tương ứng 40% và 60%. Hệ thống
tiêu hóa của bò được cải thiện có thể làm giảm bài tiết nitơ lên đến 34%, và
giảm bài tiết phosphor đến 50%.
Cây trồng công nghệ sinh học góp phần giảm hiệu ứng nhà kính từ quá
trình canh tác nhờ việc giảm lượng năng lượng sử dụng, tăng lượng cacbon lưu
trữ trong đất nhờ giảm việc làm đất. Điều này tương ứng với việc trong năm
2011, hơn 23 tỷ kg cacbon dioxit đã được ngăn ngừa không bị thải vào môi
trường (lượng khí thải giảm thiểu tương đương với việc "chặn" thành công 10,2
triệu xe ô tô lưu thông trên đường trong 1 năm).
Tất cả các nước đang phát triển đã được hưởng lợi từ công nghệ sinh học
thông qua việc nhập khẩu hàng hóa rẻ hơn, mức độ độc tố mycotoxin thấp hơn
và năng suất cây trồng cao hơn và sạch hơn để trồng trong nước. Các nước đã
phát triển cây trồng công nghệ sinh học cũng được hưởng lợi từ việc giảm sử
dụng hóa chất, năng suất cao hơn và nông nghiệp mang tính cạnh tranh hơn,
xuất khẩu sản phẩm nông nghiệp biến đổi gen mang một nguồn thu ổn định và
giải quyết vấn đề việc làm cho một bộ phận lớn người dân các nước này. Người

24


nông dân tại các quốc gia đang phát triển chính là đối tượng thụ hưởng lợi của
những ích lợi đang ngày càng gia tăng này. Môi trường cũng được bảo vệ tốt
hơn nhờ việc nông dân ngày càng áp dụng phương pháp canh tác ít ảnh hưởng
đến lớp đất phủ, quản lý cỏ dại bằng cách sử dụng các thuốc diệt cỏ lành tính và
giảm thiểu lượng thuốc trừ sâu sử dụng nhờ ứng dụng cây trồng biến đổi gen
kháng sâu hại. Việc giảm phun thuốc trừ sâu và chuyển đổi sang phương thức
canh tác "không làm đất" ngày càng đóng vai trò tích cực trong giảm hiệu ứng
nhà kính gây ra do canh tác nông nghiệp.
III.

Các kỹ thuật chuyển gen ở Việt Nam và trên thế giới
1. Phương pháp vi tiêm

Nguyên tắc của phương pháp vi tiêm là một lượng nhỏ DNA được tiêm
trực tiếp vào nhân tế bào phôi trần hoặc tế bào nguyên vẹn một cách cơ học
dưới kính hiển vi. Phương pháp này cho phép đưa gen vào đúng vị trí mong
muốn ở từng tế bào với hiệu quả tương đối cao.Tuy nhiên do đòi hỏi phải tinh
vi, tỉ mỉ và cực kỳ chính xác nên hạn chế số lượng tế bào vi tiêm và ngoài ra
còn có thể làm tổn thương đến tế bào phôi do tác nhân cơ học gây ra khi tiến
hành vi tiêm. (3)
Ðể biến nạp gen vào tế bào bằng phương pháp vi tiêm trước hết phải chế
tạo kim tiêm và kim giữ. Kim được tạo ra từ những ống thuỷ tinh dẻo capillar
đường kính 0,1-1,5 mm có sợi bằng wolfram mảnh ở trong nhờ hệ thống thiết bị
làm kim. Hệ thống này gồm
có máy kéo kim tự động
(pipette puller), máy mài
kim và máy gia cố kim.

25