ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG NÔNG NGHIỆP doc

Sản xuất nhanh và qui mô lớnTrong kĩ thuật trồng trọt có nhiều loài cây cần phải nhân giống vô tính ở qui mô lớn Trong những năm 1930, việc tái sinh lại chồi và toàn bộ cây trồng đã được

ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG NÔNG NGHIỆP

Giáo viên giảng dạy: Nguyễn Vũ Phong

ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG CÂY TRỒNG

I CNSH cổ truyền trong việc tạo

I.2 Lai hữu tính

Muốn có 1 giống cây trồng lí tưởng chứa đựng tất cả các gene tốt của nhiều giống phải tốn thời gian mới làm được Việc tổng hợp gene mang đặc tính tốt của cây trồng thường

được làm bằng phương pháp lai và phải lai trên nhiều cặp phối hợp với nhau từng đôi một mới mong đạt được kết quả tốt

Con người có thể sử dụng nó để tạo ra các đột biến mong muốn dùng cho chọn giống.

II CNSH trong việc cải tạo

giống và phát triển cây trồng

cho năng suất cao

Cuộc cách mạng xanh từ những năm 1960- 1970

lúa lúa mì lúa miến ngô

Những hướng phát triển của CNSH

trong cây trồng

1 Sản xuất nhanh và qui mô lớn

2 Tạo giống mới có năng suất cao

3 Tạo ra những cây lai mới

4 Tạo ra những đặc tính mới mong muốn

5 Bảo vệ cây trồng

6 Phân bón

1 Sản xuất nhanh và qui mô lớn

Trong kĩ thuật trồng trọt có nhiều loài cây cần phải nhân giống vô tính ở qui mô lớn

Trong những năm 1930, việc tái sinh lại chồi và

toàn bộ cây trồng đã được tiến hành một cách thuận lợi nhờ xây dựng được kĩ thuật nuôi cấy

mô và tế bào thành công

Kỹ thuật nuôi cấy mô và tế bào thực vật :

• Chuẩn bị môi trường nuôi cấy

• Điều kiện vô trùng

• Chọn lựa mô

• Điều kiện xử lí mô

Nhân giống và nhân dòng vô tính có ý nghĩa đặc biệt đối với cây nhiệt đới

Rất cây trồng có thể đưa vào nhân giống vô

tính in vitro với mục tiêu thương mại hóa trên

qui mô lớn vd như:

Atiso Măng tây Củ cải đường Khoai tây

Raspberry Kiwi NhoDâu tây

Cà phê (Costa Rica và

Mexico)

Chuối ( công ty

Honduras)

Ở Việt Nam

Cây lô hội Lúa basmati

Cánh đồng xương

Việc nhân giống và khai thác cây chịu hạn

Từ trái qua :Atriplex nummularia ,Atriplex barclayama và Atriplex lentiformis

Jojoba Guayule

Ocnothera spp

Crambe

Nhân giống vô tính in vitro các cây

rừng lấy gỗ hay làm bột giấy

Chi bạch đàn (Eucalyptus)

E camaldulensis Faidherbia

Nghiên cứu tạo phôi soma

Một hướng khác được tổ chức trồng trọt là việc tạo phôi soma

Sự nuôi cấy phôi của tế bào soma có 1 số tiến bộ

Tế bào soma sử dung trong nuôi cấy mô

Ở cây cà phê từ 1 mảnh lá duy nhất các nhà nghiên cứu

đã tạo hơn 1000 cây con

Nghiên cứu nhân giống cây sạch

Nhân giống bằng sản xuất hạt nhân

tạo

Tế bào thực vật có đặc trưng là không chỉ trở thành

tế bào sinh dưỡng mà còn trở thành tế bào phôi mầm

Cần thiết trong nông lâm nghiệp

Tính ưu việt

+ Dễ làm sạch hết virus

+ Cung cấp phân đạm cho cây

+ Bảo vệ cây khỏi bị sâu và cỏ dại phá hoại

+ Tạo ra các giống mới

2 Tạo giống mới có năng suất cao

Đặc điểm toàn năng của tế bào thực vật: từ các tế bào soma có thể tạo nên bất kì bộ phận nào của cây

Phương pháp tạo dòng soma

Cơ sở khoa học của việc chọn giống đó là hiện tượng biến dị soma

Giống lúa vừa chín sớm vừa có hạt dạng dài

Bệnh tàn lụi ở

cà chua

Chống bệnh tàn lụi cây cà

chua

Tạo ra được giống mía chống được một số bệnh virus như

bệnh fip, nấm lông, bệnh than, và bệnh đột mắt

3 Tạo ra những cây lai mới có tính ưu việt

Giới thiệu Protoplast

Dung hợp là quá trình hợp nhất 2 protoplast lại làm một

2 giai đoạn chính của Kĩ thuật protoplast

1 Giai đoạn tách và nuôi cấy protoplast

2 Giai đoạn dung hợp protoplast

Cây lai giữa cà rốt và rau mùi, cam và chanh ,khoai tây với cà chua

Cây cà rốt-ngò

Cây khoai - cà

Dung hợp protoplast có thể chọn giúp các dòng cà phê kháng bệnh và các độc tố

Lai giữa tế bào thực vật và vi khuẩn

Dung hợp được các tế bào soma với tế

bào sinh dục (hạt phấn)

4 Tạo ra những đặc tính mới mong muốn

2 con đường tái tổ hợp DNA + Chuyển gene trực tiếp

+ Chuyển gene gián tiếp

Chuyển gen vào cây trồng

• Ở cây lúa

Lúa tiết kiệm nước ởBangladesh

Lúa giàu chất dinh dưỡng

ở Đồng bằng sông CửuLong

lúa thơm đột biến Basmati

ở Sóc Trăng

Giống lúa chất

lượng

cao :Việt lai 24

Lúa có mùi thơm

của gạo hương

lài ở Thái Lan

Cánh đồng lúa ở Thái

Lan

lúa với một phần

bộ gene là gene của con người ở

Mỹ

Lúa chịu mặn ở Trung Quốc

Lúa mì ngọt ở Nhật Bản

Lúa mì giàu chất dinh dưỡng ở Mỹ và

Israel

Lúa mì chịu sương giá

ở Australia

Lúa chịu mặn ở Trung Quốc

Cà chua ghép

kháng bệnh ở Việt Nam

• Ở cây cà chua

Cà chua màu tím giàu chất dinh dưỡng ở Mỹ

Ngô chịu hạn năng suất cao ở Việt

Nam

• Ở cây ngô

Ngô biến đổi gen có thể giúp chống lại thiếu hụt sắt ở

Đức

5 CNSH trong việc bảo vệ cây trồng.

Phương pháp cổ điển

• Xới đất, bắt sâu, thâm canh

• Phun thuốc trừ sâu

herbicide

Phương pháp hiện đại

• Nuôi cấy đỉnh sinh trưởng (khoai tây, sắn…)

• Cấy tác nhân gây bệnh vào cây con

– Tạo dòng kháng độc tố của nấm

(Helminthosporium sacchari )

– Mía chuyển gene kháng thuốc trừ sâu

Helminthosporium sacchari

Mía kháng thuốc trừ sâu

Mía kháng thuốc trừ sâu

• Dung hợp protoplast

– cà phê kháng bệnh

Bacillus thuringiensis (Bt)

Ba hướng công nghệ để tạo ra thuốc trừ cỏ

dại:

• Dùng thuốc trừ cỏ dại Roundup

• Công nghệ gene hóa cây trồng không dùng thuốc diệt cỏ sulffonylurea

• Các hướng khác

– Tách gene từ vi khuẩn Streptomyces hygroscopicus

– Tách gene tổng sinh tổng ethylen để bảo vệ nông

sản

Streptomyces hygroscopicus

• Các biện pháp sinh học khác

– Nuôi ong mắt đỏ để diệt sâu đay – Bọ rùa để diệt rệp

Sâu đay

6 CNSH trong việc sản xuất phân bón

• Các phương pháp kĩ thuật khác nhau trong việc

cố định Nitơ

• qui trình Haber-Bosch

• vi khuẩn

Rhizobium

Tảo lam Anabaena

• Công nghệ gene trong sản xuất phân đạm

• Chuyển gene sản xuất nitrogenase (gene nif)

từ vi khuẩn cố định N2 sang E coli bằng con

đường kĩ thuật gene

• Kĩ thuật gene trong chuyển operon nitrogen vào chất nguyên sinh của cây trồng mong muốn.

Ứng dụng trong chăn nuôi

1.Công nghệ cổ truyền trong việc tạo

giống vật nuôi

2.Công nghệ mới trong việc chuyển

phôi và thao tác phôi

3.Công nghệ sinh học trong việc chuyển gene tạo giống vật nuôi

1.Công nghệ cổ truyền trong việc tạo

Củng cố các tính trạng

và làm “trong sạch”

dòng thuần

1.Công nghệ cổ truyền trong việc tạo giống vật nuôi

Các phương pháp lai giống nhằm mục đích tạo giống mới:

• Lai cải tiến

Sơ đồ lai cải tiến đơn giản

Sơ đồ lai cải tiến phức tạp

1.Công nghệ cổ truyền trong việc tạo giống vật nuôi

Các phương pháp lai giống nhằm mục đích tạo giống mới:

• Lai cải tạo

Sơ

đồ lai cải tạo

2.Công nghệ mới trong việc chuyển

phôi và thao tác phôi

Chuyển phôi (embryo transfer):

- Được sử dụng để tăng khả năng sinh sản của động vật cái

Gia đình bò

chuyển phôi

(ET family)

Gia đình

bò

chuyển phôi

(ET

family)

2.Công nghệ mới trong việc chuyển

phôi và thao tác phôi

Chuyển phôi (embryo transfer):

- Có hai phương pháp chuyển phôi:

• Phương pháp không phẫu thuật

• Phương pháp không phẫu thuật: sử dụng súng chuyển phôi thu nhỏ xuyên qua cổ vào sừng tử cung.

Sơ đồ chuyển phôi

2.Công nghệ mới trong việc chuyển

phôi và thao tác phôi

Chuyển phôi (embryo transfer):

- Thao tác phôi: chia tách phôi (embryo splitting)

- 2 ph ương pháp chia tách phôi: dùng kim và dùng dao cắt

Embryos under the microscope day 2 / day

3

embryo splitting- chia tách phôi

bằng dao

2.Công nghệ mới trong việc chuyển

phôi và thao tác phôi

Chuyển ghép nhân (nuclear transplantation):

- Tạo nên các dòng vô tính

- Nguyên lí:

Siêu bài noãn Thụ tinh Thu nhận phôi Tách khối tế bào phôi dâu

Cấy vào tế bào trứng

chưa thụ tinh

Dung hợp

tế bào Chuyển phôi

3.Công nghệ sinh học trong việc chuyển gene tạo giống vật nuôi

Các phương pháp:

Chuyển gen

bằng xung điện

3.Công nghệ sinh học trong việc chuyển gene tạo giống vật nuôi

Các phương pháp:

Thiết bị vi tiêm

3.Công nghệ sinh học trong việc chuyển gene tạo giống vật nuôi

Các phương pháp:

Vi tiêm DNA vào

tế bào

3.Công nghệ sinh học trong việc chuyển gene tạo giống vật nuôi

Các bước chính:

- Tách chiết, phân lập gene mong muốn và tạo tổ

hợp gene biểu hiện trong tế bào động vật

- Tạo cơ sở vật liệu biến nạp gene

- Chuyển gene vào động vật

- Nuôi cấy phôi trong ống nghiệm

- Kiểm tra động vật được sinh ra từ phôi chuyển

gene

Sơ đồ tạo động vật chuyển gen

ES (b) Tiếp theo việc chuyển DNA, các tế bào ES mang thể tái tổ hợp tương đồng

có thể được chọn lọc trước khi đưa vào trong túi phôi

3.Công nghệ sinh học trong việc chuyển gene tạo giống vật nuôi

Gia súc chuyển gene:

- Gia súc chuyển gene hormone sinh trưởng

- Gia súc chuyển gene cung cấp các dược phẩm chữa bệnh

- Gia súc chuyển gene kháng bệnh

- Gia súc chuyển gene cho năng suất cao và chất lượng sản phẩm tốt

- Gia súc chuyển gene hormone sinh trưởng

- Gia súc chuyển gene cung cấp các dược phẩm chữa bệnh

• a1- antitripsin và yếu tố làm đông máu IX (Blood Clotting Factor IX)

• Chất hoạt hóa plasminogene

• Gene urokinase

• Protein C

- Gia súc chuyển gene kháng bệnh

- Gia súc chuyển gene cho năng suất cao và chất lượng sản phẩm tốt

cá, động vật) tạo nên các vật sống chuyển gen

 Hàng trăm loại lương thực, thực phẩm mới được tạo ra

do biến đổi di truyền

 Ngày càng nhiều các nhà khoa học cảnh báo rằng hiện tượng kỹ thuật ghép nối gen chưa hoàn chỉnh, chưa

chính xác và không biết được điều gì sẽ xẩy ra, đứng đầu

là Mỹ vẫn tiếp tục biến đổi di truyền ở lương thực và thực phẩm

IV Hạn chế:

 Theo các hãng công nghệ sinh học, 100% thực phẩm

và sợi của Mỹ sẽ được biến đổi di truyền trong vòng

IV Hạn chế:

Một số nguy hại của các sản phẩm biến đổi di truyền:

 Độc tố và chất độc

 Làm hư hại tới chất lượng và dinh dưỡng thực phẩm

 Tăng nguy cơ ung thư

 Ô nhiễm gen

 Thiệt hại đối với côn trùng có ích và độ phì của đất

 Tạo các siêu cỏ dại và các siêu sâu bọ công nghệ gen

 Nguồn gốc xâm nhập sinh học của các động vật

chuyển gen

cá, động vật) tạo nên các vật sống chuyển gen

 Hàng trăm loại lương thực, thực phẩm mới được tạo ra

do biến đổi di truyền

 Ngày càng nhiều các nhà khoa học cảnh báo rằng hiện tượng kỹ thuật ghép nối gen chưa hoàn chỉnh, chưa

chính xác và không biết được điều gì sẽ xẩy ra, đứng đầu

là Mỹ vẫn tiếp tục biến đổi di truyền ở lương thực và thực phẩm

IV Hạn chế:

 Theo các hãng công nghệ sinh học, 100% thực phẩm

và sợi của Mỹ sẽ được biến đổi di truyền trong vòng

IV Hạn chế:

Một số nguy hại của các sản phẩm biến đổi di truyền:

 Độc tố và chất độc

 Làm hư hại tới chất lượng và dinh dưỡng thực phẩm

 Tăng nguy cơ ung thư

 Ô nhiễm gen

 Thiệt hại đối với côn trùng có ích và độ phì của đất

 Tạo các siêu cỏ dại và các siêu sâu bọ công nghệ gen

 Nguồn gốc xâm nhập sinh học của các động vật

chuyển gen

• TÀI LIỆU THAM KHẢO

• Lê Trần Bình, Lê Thị Muội, 1998.Công nghệ gene cây Lúa.

• Trần Quốc Dung 2001 Nghiên cứu chuyển gene hormone

sinh trưởng người vào cá Chạch (Misgurnus anguillicaudatus)

bằng vi tiêm Luận án Tiến sĩ sinh học, Hà Nội.

• Đái Duy Ban, Lữ Thị Cẩm Vân, 1994 Công nghệ gene và

công nghệ sinh học ứng dụng trong nông nghiệp hiện đại Nxb Nông nghiệp Hà Nội.

• Nguyễn Mộng Hùng 2004 Công nghệ tế bào phôi động vật Nxb Đại học Quốc gia Hà Nội, Hà Nội.

• Đặng Hữu Lanh Trần Đình Miên Trần Đình Trọng 1999

Công nghệ sinh học với công tác giống vật nuôi, Bò Trong:

“Cơ sở di truyền chọn giống động vật” (Đặng Hữu Lanh, chủ biên), Nxb Giáo dục Hà Nội, tr 433-469

• Lê Đình Lương, Quyền Đình Thi 2003 Kỹ thuật di truyền và ứng dụng Nxb Đại học Quốc gia Hà Nội, Hà Nội.

www.biotechvn.com,vn/

THE END