Ứng dụng cnsh trong lĩnh vực nông nghiệp

MỞ ĐẦUCông nghệ sinh học là một chuyên ngành nghiên cứu, vận dụng và kếp hợp thiết bị, quy trình kỹ thuật cùng các sinh vật sống để tạo ra một sản phẩm nhất định, sau đó sản xuất thành p

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VĂN LANG

KHOA CÔNG NGHỆ ỨNG DỤNG NGÀNH CÔNG NGHỆ SINH HỌC

ỨNG DỤNG CNSH TRONG LĨNH VỰC NÔNG NGHIỆP

Nhóm sinh viên thực hiện : Nhóm 1 Giảng viên hướng dẫn : Võ Thị Xuyến Lớp : 71K28CNSH01

TP Hồ Chí Minh, ngày 30 tháng 11 năm 2022

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 : ỨNG DỤNG CNSH TRONG TRỒNG TRỌT 2

1.1 Kỹ thuật nuôi cấy mô tế bào thực vật 2

1.2 Kỹ thuật gen trên thực vật 5

CHƯƠNG 2 : ỨNG DỤNG CNSH TRONG CHĂN NUÔI 8

2.1 Kỹ thuật gen trên động vật 8

2.2 Công tác bảo tồn và phát triển các giống vật nuôi bản địa Việt Nam 11 KẾT LUẬN 14

TÀI LIỆU THAM KHẢO 15

NHÓM 1

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên, nhóm em xin gửi lời cảm ơn đến cô Võ Thị Xuyến phụ trách bộ môn Nhập môn Công nghệ sinh học đã tận tình truyền đạt kiến thức cũng như hướng dẫn, giúp đỡ chúng em hoàn thành bài tiểu luận này

Nhóm em cũng xin gửi lời cảm ơn đến tất cả thầy cô trường Đại học Văn Lang và những người đọc bài tiểu luận này đã giành thời gian đọc qua

TP Hồ Chí Minh, ngày 23 tháng 11 năm 2022

Người thực hiện

Nhóm 1

MỞ ĐẦU

Công nghệ sinh học là một chuyên ngành nghiên cứu, vận dụng và kếp hợp thiết bị, quy trình kỹ thuật cùng các sinh vật sống để tạo ra một sản phẩm nhất định, sau đó sản xuất thành phần trên quy mô công nghệ

Ngành CNSH tạo ra những sản phẩm sinh học mang lại lợi ích cao, không chỉ phục

vụ tốt cho lợi ích của con người mà còn có nhiệm vụ phát triển nền kinh tế xã hội và góp phần bảo vệ môi trường sống trên Trái đất

Công nghệ sinh học đang được nhiều quốc gia trên thế giới xem như một ngành mũi nhọn để phát triển Đặc biệt là trong bối cảnh cuộc sống con người trở nên thiếu an toàn do dịch bệnh, thực phẩm hóa chất, kém vệ sinh an toàn thực phẩm

Để thúc đẩy phát triển nông nghiệp theo hướng chất lượng cao và bền vững, ứng dụng công nghệ sinh học được coi là công cụ quan trọng giúp nâng cao năng suất và những đặc tính tốt của các sản phẩm lương thực có nguồn gốc từ động vật và thực vật

Sau đây, nhóm em xin trình bày một số ứng dụng công nghệ sinh học trong lĩnh vực nông nghiệp

CHƯƠNG 1 : ỨNG DỤNG CNSH TRONG TRỒNG TRỌT 1.1 Kỹ thuật nuôi cấy mô tế bào thực vật

- Nuôi cấy mô tế bảo thực vật là tổng hợp những kỹ thuật được dùng để

duy trì và nuôi cây những tế bào , mô hay những cơ quan thực vật trong điều kiện vô trùng trên môi trường nuôi cấy giàu chất dinh dưỡng với các thành phần đã được xác định.

- Kỹ thuật nuôi cấy mô tế bào thực vật có thể cung cấp những lợi thế

nhất định so với việc nhân giống theo cách truyện thống, bao gồm :

1 Tạo ra chính xác số cây nhân bản giúp tạo ra nhiều loại hoa, quả đạt chất lượng cao hay có những tình trạng mong muốn khác.

2 Tạo ra những cây trưởng thành trong một thời gian ngắn Tạo ra hàng loạt những loại cây mà không cần tới hạt hay quá trình thu phần để tạo ra hạt.

3 Tái sinh cây hoàn chỉnh từ những tế bào thực vật đã được biến đổi

gen Tạo ra những cây trong điều kiện vô trùng, để có thể dễ dàng

vận chuyển mà hạn chế tối đa khả năng sinh sôi sâu bệnh hay những nhân tố tạo nên bệnh.

4 Có thể tạo ra những cây từ hạt mà nếu không có nuôi cấy mô thì

thông thường sẽ có tỷ lệ này mầm thấp hay phát triển yếu

5 Làm sạch những cây bị nhiễm virus nhất định hay những nhân tố lây nhiễm khác và nhân giống nhanh, các loại cây này như là nguồn nguyên liệu sạch phục vụ cho nông nghiệp Nuôi cây mô tế bào trong nhân giống cây trồng dựa trên thực tế là rất nhiều những tế bảo thực vật có khả năng tái sinh thành cây hoàn chỉnh (gọi là

totipotency Đây là khả năng biệt hòa của tế bào đơn lẻ thành

những tế bào chuyên biệt với số lượng không giới hạn ) Những tế bào đơn lẻ , tế bảo thực vật không có thành tế bào ( protoplast ) , những mảnh lá, rễ hoặc thân, thường có thể được dùng để tạo ra

những tế bảo mới trong môi trường nuôi cây bổ sung những chất dinh dưỡng và hormone thực vật

Thực hiện kỹ thuật nuôi cấy mô thực vật

- Nuôi cấy mô tế bảo hiện đại được tiến hành trong điều kiện vô trùng, không khí lọc qua màng lọc HEPA( High Efficiency Particulate Air) , được thực hiện trong tủ cây Những nguồn nguyên liệu: Thực vật sống được lấy từ môi trường thường bị lây nhiễm bởi nhiều vi sinh vật Vì vậy, giai đoạn khử trùng bề mặt của nguyên liệu ban đầu (mẫu cây) trong dung dịch hóa chất (thường dùng cồn 70 và Natri hay canxi hypochlorite Ca(ClO)2 ) là vô cùng cần thiết Những mẫu cây sau đó

thường được để trên bề mặt của môi trường nuôi cấy đặc, nhưng đôi khi cũng được đặt chúng trực tiếp vào trong môi trường lỏng, đặc biệt

là khi sử dụng dịch nuôi cấy tế bào ở quá trình nghỉ.

- Môi trường nuôi cấy lỏng và đặc thường chứa những muối vô cơ và một chút chất dinh dưỡng hữu cơ, vitamin và những hormone thực vật Môi trường đặc được pha từ môi trường lỏng bằng cách thực hiện thêm những chất tạo gel Các thành phần của môi trường, đặc biệt là những hormone thực vật và nguồn Nitơ (những loại muối nitrat ,ammonium NH4 hay amino acid) có ảnh hưởng rất lớn tới hình thái của những môn sinh trưởng từ nguồn mẫu ban đầu.

Ví dụ: sự tăng cường auxin sẽ kích thích cho sự phát triển của rễ, trong khi sự

tăng cường của cytokinin kích thích sự sinh trưởng của chồi Sự cân bằng của

2 loại auxin và cytokinin sẽ tạo nên mỏ sẹo(callus), tuy nhiên hình thai của sản phẩm sẽ phụ thuộc vào từng loài thực vật cũng như thành phần của môi trường Khi những mẫu nuôi cấy mô phát triển , những mảnh tế bào thường được cắt và chuyển sang một môi trường mới (subcultured ) để có thể phát triển hoặc thay đổi về hình thái của mẫu Thao tác cũng như kinh nghiệm của người làm kỹ thuật nuôi cây mô là rất quan trọng trong việc quyết định mẫu nào được lựa chọn để nuôi cấy và mẫu nào cần loại bỏ Những chồi này sinh

từ một mẫu nuôi cấy, sau đó có thể được cắt ra, tạo rễ bằng auxin sau đó tạo cây con, khi lớn thành cây trưởng thành , có thể chuyển chúng vào trong chậu đất hoặc xa hơn, có thể phát triển trong điều kiện nhà kinh giống như cây tụ nhiên

Ứng dụng của quy trình nuôi cấy mô

Phương pháp nuôi cấy mô được sử dụng rộng rãi trong việc nghiên cứu thực vật , lâm nghiệp , và trong lĩnh vụ đồng ruộng Các ứng dụng đó bao gồm :

• Thương mại hóa sản xuất những giống thực vật sử dụng giống như cây cảnh , trang trí phong cảnh và nhiều lĩnh vực liên quan tới hoa , là thứ

mà sử dụng để nuôi cấy mô phân sinh và chồi giúp tạo ra số lượng lớn những cá thể giống hệt nhau

• Bảo tồn những giống cây hiểm hay những loại cây đang bị đe dọa

• Các nhà nhân giống có thể ưu tiên sử dụng quy trình nuôi cấy mô tế bảo thực vật để tiến hành sàng lọc những tế bào hơn là sàng lọc cây trồng đề tìm ra các tính trạng tốt, ví dụ: chống chịu thuốc trừ cỏ

• Phát triển trên quy mô lớn các tế bào thực vật trong môi trường lỏng trong các bioreactors để tạo ra những hợp chất có giá trị

• Lai xa những loài thực vật bằng dung hợp protoplast và tái sinh những phép lại mới

• Những mô tế bào nuôi cấy sau khi biến nạp có thể dùng chúng để thử nghiệm ngắn hạn những cầu trúc di truyền (genetic constructs) hay tái sinh tạo các cây chuyển đổi gen

• Những kỹ thuật nhất định như nuôi cây đỉnh phản sinh có thể được áp dụng để tạo nguồn nguyên liệu thực vật sạch từ nguồn bị lây nhiễm virus như đối với khoai tây và rất nhiều nhưng loài có quá mềm

• Có thể tạo ra nhiều loài lại vô trùng giống hệt nhau

1.2. Kỹ thuật gen trên thực vật

- Kỹ thuật gen là thao tác thay đổi gen bằng công nghệ sinh học Nó bao gồm các phương pháp kỹ thuật dùng để thay đổi nhân tố di truyền của các tế bào, bao gồm sự dịch chuyển gen cùng loài và khác loài để tạo ra những sinh vật mới hoặc hoàn hảo hơn Những DNA mới được tạo ra bằng cách cách ly và sao chép lại nhân tố di truyền mong muốn qua phương pháp DNA tái tổ hợp hoặc bằng phương pháp chế tạo gen nhân tạo

Phát triển và hậu quả

- Sự phát triển thương mại hóa của cây trồng biến đổi gen đã mang lại nhiều lợi ích kinh tế cho nông dân ở nhiều quốc gia khác nhau, nhưng nó còn gây

ra nhiều cuộc tranh cãi về cây trồng biến đổi gen Những tranh cãi này đã xuất hiện ngay từ thời kỳ đầu; những cuộc thử nghiệm biến đổi gen đầu tiên

đã bị phá hủy bởi những người chống lại kỹ thuật biến đổi gen

- Tuy giới khoa học đa số đã đồng thuận rằng những thức ăn được chế biến từ cây trồng biến đổi gen không có hại với sức khỏe hơn thức ăn tự nhiên, một

số người vẫn lo ngại đến sự an toàn thực phẩm của thức ăn biến đổi gen Trao đổi gene, mức độ ảnh hưởng tới những sinh vật khác, cách vận hành cung cấp thực phẩm, và sở hữu trí tuệ là những vấn đề đang trong vòng tranh cãi

Sơ đồ tư duy công nghệ gen

Chuyển gen là gì ?

- Chuyển gen là quá trình đưa vật chất di truyền (DNA hoặc RNA) ngoại lai từ

tế bào này vào tế bào khác Vật chất di truyền này thường là DNA, nhưng có thể là RNA, dưới đây gọi chung là gen

- Dùng để chỉ quá trình chuyển gen do con người tiến hành (nhân tạo) để nghiên cứu trong di truyền học, áp dụng ở kỹ thuật di truyền, liệu pháp gen

Tế bào cung cấp gen ngoại lai được gọi là tế bào cho (donor), còn tế bào cần

có gen ngoại lai gọi là tế bào nhận (recipient) cũng gọi là tế bào chủ (host) hay tế bào đích

Quá trình chuyển 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 gen hay công nghệ DNA tái tổ hợp, để chuyển một hoặc một số gen chọn lọc để tạo ra cây trồng mang tính trạng mong muốn

Một số thành tựu trong lĩnh lực thực vật chuyển gen

Thông thưởng, hiệu quả biến nạp gen khác nhau tùy thuộc vào từng loại cây trồng,

và dĩ nhiệt quá trình biến nạp gen vẫn còn bị hạn chế ở nhiều loài

a Cà chua

Cây cà chua rất mềm và thích hợp

với thời tiết ấm áp thế nên nó

thường được dùng vào vụ hè Cà

chua được biến đổi gen mang các

tính trạng như khả năng chịu thuốc

diệt cỏ, kháng vật ký sinh và làm

chậm quá trình chín của quả

Cà chua kháng vật ký sinh ( bên phải ) và cà chua chưa đổi chứng ( bên trái )

b Cây ngô

- Hiện nay, cây ngô đã được biến đổi gen để mang các tính trạng như kháng côn trùng và chống chịu thuốc diệt cỏ

- Dùng phôi ngô trong nuôi cấy dịch huyền phù phát sinh phôi để tái sinh các cây hữu thụ mang gen bar biến nạp Sử dụng phương pháp bắn gen và chọn lọc bằng thuốc diệt cỏ bialaphos đã cho kết quả là mô callus phát sinh các phôi được biến nạp gen Các cây biến nạp gen hữu thụ đã được tái sinh, ổn định di truyền và biểu hiện gen bar cùng với hoạt tính chức năng của enzyme

phosphinothricin acetyltransferase quan sát được trong những thế hệ sau

c Đu đủ

Đu đủ là một loại cây trồng quan trọng ở khu vực Đông Nam Á, được dùng làm thức ăn phổ biến trong các hộ nông dân sản xuất nhỏ và gia đình của họ Hiện nay, giống đu đủ chuyển gen kháng virus đã được phát triển ở các nước thuộc khu vực Đông Nam Á

Đu đủ chuyển gen kháng virus đu đủ đối chứng

CHƯƠNG 2 : ỨNG DỤNG CNSH TRONG CHĂN NUÔI 2.1 Kỹ thuật gen trên động vật

Kỹ thuật bảo quản lạnh tinh trùng

- Là một kỹ thuật giúp bảo quản tinh trùng ở nhiệt độ cực thấp bằng ni tơ lỏng,

có thể xuống tới âm 196oC Quá trình này được thực hiện bởi nhiều công đoạn phức tạp và đòi hỏi sự tỉ mỉ, cẩn thận, quy trình nghiêm ngặt để nhằm đảm bảo cho chất lượng tinh trùng khi đưa vào sử dụng Bằng cách trữ lạnh tinh trùng, tinh trùng có thể được lưu giữ rất nhiều năm mà không hề bị ảnh hưởng đến chất lượng

- Để góp phần tăng đàn và tăng năng suất, chất lượng sản phẩm vật nuôi, biện pháp kỹ thuật được áp dụng rộng rãi hiện nay là cải thiện khả năng sinh sản thông qua kỹ thuật thụ tinh nhân tạo Việc sử dụng những con đực giống ưu

tú, sản xuất tinh đông lạnh để áp dụng phối giống thụ tinh nhân tạo cho đàn cái sẽ giúp tăng tốc độ cải tiến di truyền, góp phần thúc đẩy quá trình chọn giống vật nuôi một cách bền vững

- Quá trình bảo quản lạnh tinh trùng ở tất cả các loài vật nuôi là ưu tiên hàng đầu do chúng có lợi thế về an toàn sinh học; kiểm soát dịch bệnh; bảo tồn tính di truyền của loài và có tính thương mại đối với những gen ưu thế Sự thành công của quá trình bảo quản lạnh tinh trùng không chỉ thể hiện ở khả năng sống và tồn tại sau đông lạnh – giải đông mà tinh trùng sau đông lạnh – giải đông còn phải có khả năng thụ tinh sau thụ tinh nhân tạo

- Cho đến nay có rất nhiều báo cáo nói về việc bảo quản lạnh thành công tinh trùng của một số giống vật nuôi như: Bò, trâu, lợn, ngựa, gà… Trung tâm Giống gia súc lớn TW – Viện Chăn nuôi là đơn vị duy nhất ở nước ta hiện nay có nhiệm vụ nuôi giữ giống gốc, tuyển chọn, nhập khẩu những trâu, bò đực giống ngoại thuần chủng cao sản từ những nước có nền chăn nuôi tiên tiến trên thế giới về nuôi dưỡng, sản xuất tinh đông lạnh phục vụ cải tạo, nâng cao năng suất, chất lượng đàn trâu bò của cả nước

Đóng băng tế bào

Kỹ thuật bảo quản lạnh phôi gồm các bước tiến hành như sau:

a Chọn phôi

b Môi trường đệm

c Chất bảo quản

d Dụng cụt chứa phôi trong đông lạnh

e Thiết bị làm lạnh và đông

f Tốc độ làm lạnh

- Đông lạnh phôi là một trong những biện pháp hữu hiệu được sử dụng nhằm bảo tồn và phát triển các giống vật nuôi Đông lạnh phôi đã được nghiên cứu với mục đích chính là bảo quản phôi trong điều kiện khả thi, từ đó phôi có thể được phục hồi để tiếp tục phát triển bình thường và tránh sự hình thành tinh thể đá có thể gây hại cho phôi trong quá trình giải đông

- Đông lạnh phôi là một phần thiết yếu trong các chương trình cấy chuyển phôi thương mại

- Bảo quản lạnh phôi còn làm giảm rủi ro và chi phí liên quan đến vận chuyển động vật sống, các nguy cơ truyền bệnh và tái tạo lại các đàn gia súc, vật nuôi bị chết trong các thảm họa, thiên tai, dịch bệnh

- Bảo quản lạnh phôi được coi là một chiến lược bảo tồn hữu ích cho các giống có nguy cơ tuyệt chủng Đối với những loài này, quá trình tạo phôi giúp cho việc tái tạo đàn gia súc ban đầu trở nên đơn giản và dễ thực hiện hơn

Kỹ thuật DNA marker

- DNA marker là các trình tự đánh dấu các gene trong cơ thể sinh vật

- Sau quá trình nghiên cứu lâu dài, các nhà khoa học đã tìm ra nhiều DNA marker đánh dấu những tính trạng mong muốn ở vật nuôi Khi cần nghiên cứu một giống vật nuôi bất kì, chỉ cần tìm hiểu bộ gene có hay không có DNA marker đánh dấu cho gene mong muốn là nhà khoa học có thể quyết định có nên hay không tiếp tục nghiên cứu của mình Rút ngắn thời gian, tiền bạc và công sức thí nghiệm

Các tác dụng chính của DNA marker:

- Dùng đánh giá mức độ biến động di truyền trong một quần thể vật nuôi Nếu mức biển động di truyền này còn cao thì cần tiếp tục quá trình chọn lọc nhằm

ổn định dòng

- Cho phép đánh giá sự khác biệt di truyền giữa hai cá thể bố mẹ Sự khác biệt này càng lớn thì tính dị hợp tử ở thế hệ con càng cao Theo dõi hiệu quả của một chương trình chọn giống định hướng với một

- Đánh dấu các gene quý dùng trong lai tạo giống ở gia súc gia cầm, thường các gene này liên quan đến tính trạng năng suất: chất lượng thịt, sức sống, sức kháng bệnh

Động vật chuyển gen

- Động vật chuyển gen là động vật có gen ngoại lai (gen chuyển) xen vào trong DNA genome của nó Gen ngoại lai này phải được truyền lại cho tất cả mọi tế bào, kể cả các tế bào mầm Việc chuyển gen ngoại lai vào động vật chỉ thành công khi các gen này di truyền lại cho thế hệ sau

Quy trình tạo giống vật nuôi chuyển gene

Công nghệ tạo động vật chuyển gene là một quá trình phức tạp và ở những loài khác nhau có thể khác nhau ít nhiều nhưng nội dung cơ bản gồm các bước chính sau:

a Tách chiết, phân lập gene mong muốn

b Tạo tổ hợp gene biểu hiện trong tế bào động vật

c Tạo cơ sở vật liệu biến nạp gene

d Biến nạp gene vào phôi động vật

e Nuôi cấy phôi và cấy truyền hợp từ (đối với động vật bậc cao)

f Phân tích đánh giá tính ổn định và sự biểu hiện của gene là và tạo ra dòng động vật chuyển gene gốc một cách liên tục

g Sản xuất động vật chuyển gene

Ứng dụng

Nó cho các nhà chăn nuôi một phương pháp dễ dàng để tăng sản lượng, tăng năng suất Các nhà khoa học đã tạo ra các vật nuôi chuyển gen có tốc độ lớn nhanh, hiệu suất sử dụng thức ăn cao, cho năng suất cao (nhiều thịt, nhiều sữa, nhiều

trứng ) và chất lượng sản phẩm tốt (nhiều nạc, ít mỡ, sữa chứa ít lactose hoặc cholesterol ) Mặt khác, công nghệ chuyển gen đã cố gắng tạo ra các động vật có khả năng kháng bệnh như lợn có khả năng kháng bệnh cúm Tuy nhiên, hiện nay số lượng gen kháng bệnh ở vật nuôi đã được biết là hạn chế