Tiểu luận An toàn sinh học - Ứng dụng công nghệ AND tái tổ hợp trong nông nghiệp

Click to edit Master title style Click to edit Master text styles Second level Third level Fourth level Fifth level 11/29/2012 ‹#› Tiểu luận an toàn sinh họcChuyên đề: Ứng dụng công nghệ AND tái tổ hợp trong nông nghiệp GVHD: Đinh Thị Thu Lê Nhóm 7, Lớp 10-01 Khoa công nghệ sinh học Viện đại học Mở Hà Nội Tóm Tắt Chuyên Đề 1. Giới thiệu chuyên đề. 2. Các ứng dụng của công nghệ AND tái tổ hợp trong nông nghiệp. 2.1. Ứng dụng công nghệ AND tái tổ hợp đối với động vật. 2.2. Ứng dụng công nghệ AND tái tổ hợp đối với thực vật. 2.3. Ứng dụng công nghệ AND tái tổ hợp đối với vi sinh vật. 3. Ưu, nhược điểm của công nghệ AND tái tổ hợp trong nông nghiệp và vấn đề an toàn sinh học. 4. Một số ý kiến của các chuyên gia và xu hướng phát. 5. Kết luận Giới thiệu chuyên đề Theo thông cáo của hội nghị lương thực toàn cầu 2012 :”An ninh lương thực đã, đang và sẽ là vấn đề quan trọng đối với cộng đồng quốc tế, khi mà sản lượng lương thực toàn cầu phải tăng ít nhất 70% vào năm 2050 để đủ nuôi sống 9 tỉ người trên thế giới. Các quốc gia cần phải chung tay hợp tác hành động hơn nữa để đảm bảo an ninh lương thực và ứng phó biến đổi khí hậu.”Vì vậy sẽ đặt ra câu hỏi cho các nhà khoa học là làm thế nào để có thể giải quyết vấn đề đó… Công nghệ gen là một trong những giải pháp tuyệt vời góp phần giải quyết vấn đề an ninh lương thực mà trong đó có công nghệ AND tái tổ hợp. Công nghệ AND tái tổ hợp là tập hợp các kĩ thuật tạo nên các phân tử AND tái tổ hợp, nhằm tạo ra các gen mới mang thông tin di truyền mã hóa các đặc điểm tốt mong muốn ở các tế bào hoặc cơ thể sống. AND tái tổ hợp có thể được tạo ra từ hai hay nhiều đoạn AND(hoặc ARN) có nguồn gốc khác nhau, hoặc từ AND của các cá thể thuộc các loài khác nhau. Thực tế đã cho thấy rằng hơn hai thập kỷ qua, sự bùng nổ của công nghệ gen và đặc biệt là các ứng dụng trong nông nghiệp, đã tạo bước đột phá trong phát triển khoa học và nhiều ngành kinh tế - kỹ thuật khác của loài người, có ảnh hưởng lớn lao đến sản xuất – môi trường – xã hội và cuộc sống. Thành tựu thật kỳ diệu, thách thức rất đa chiều nhưng cơ hội, triển vọng cũng cực kỳ to lớn ! Ứng dụng công nghệ AND tái tổ hợp trong nông nghiệp Gạo vàng giàu vitamin A Gạo vàng (Golden rice) là thực phẩm cây trồng chuyển gen (GM) được xếp đầu bảng, sản phẩm chống đói, tăng cường sức khỏe tốt nhất cho con người, đặc biệt là cung cấp vitamin A (beta-carotene) rất cần cho cơ thể trẻ nhỏ, hạn chế nguy cơ gây mù lòa bởi theo số liệu thống kê hiện nay trên thế giới mỗi năm có khoảng nửa triệu trẻ em mắc phải căn bệnh này, lý do chính là bị thiếu vitamin A. Giống đu đủ kháng bệnh đốm vòng do virus Xếp thứ 2 trong danh sách là giống đu đủ GM kháng được bệnh đốm vòng do virus có tên là PRSVV (Papaya ringspot virus) gây ra làm hại nhiều bộ phận khác nhau của đủ đủ, từ lá, quả, thân cho đến cuống lá. Giống đu đủ GM này đã được trồng nhiều ở Tha Pra, Thái Lan, từ năm 2004 cho sản lượng cao, khỏe và được xem là sản phẩm rất có lợi cho sức khỏe con người và cho nông dân. Lúa chịu hạn và lụt Một trong những sản phẩm GM có khả năng giúp con người khắc phục nạn đói thiếu lương thực là loại lúa GM chịu được hạn hán, lũ lụt có tên là SNORKEL1 và SNORKEL2. Đây là những giống lúa mới do các nhà khoa học Nhật Bản tạo ra có năng suất cao thân cao rất phù hợp ở những chân ruộng thường xuyên bị úng lụt như Thái Lan và Campuchia. Cà chua giàu chất chống oxy hóa Các chuyên gia Trung tâm Nghiên cứu John Inne Centre ở Anh đã tạo ra một loại cà chua chuyển gen rất đặc biệt có hàm lượng anthocyanins rất cao, đây là chất chống ôxi hóa có tác dụng giảm được rất nhiều bệnh cho con người, trong đó có bệnh ung thư. Người ta coi đây là thực phẩm chữa bệnh và cũng là tiêu chí làm tăng giá trị kinh tế cho sản phẩm nông nghiệp bởi giàu chất chống ôxi giống có trong các loại quả mọng như dâu tây, mâm xôi, nho... Ngô chuyển gen giàu dưỡng chất Ngô được xem là sản phẩm chủ đạo của công nghệ chuyển gen, nó không chỉ cho năng suất cao, chịu được sâu bệnh mà còn có hàm lượng dưỡng chất hữu ích cho người tiêu dùng. Để tạo được giống ngô GM giàu dưỡng chất, các nhà khoa học đã cài xen vào ngô 7 gen, tạo ra tới 4 loại vitamin khác nhau. Chuối chuyển gen chống suy dinh dưỡng Xếp thứ 6 trong danh sách là chuối chuyển gen, sản phẩm rất phổ biến ở các quốc gia châu Phi, đặc biệt là Uganda nơi được coi là thực phẩm chủ đạo, trung bình mỗi người dân Uganda ăn tới 1 kg chuối/ ngày. Mặt trái của loại chuối khi dùng làm thực phẩm là thiếu hụt sắt và vitamin A nên nhiều người dân ở đây bị suy dinh dưỡng. Để hạn chế tình trạng này các chuyên gia ở ĐH Bách khoa Queenland (Australia) đã lai tạo cho ra đời giống chuối chuyển gen có tên là Cavendish Banana, có hàm lượng sắt và beta carotene cao. Giống chuối mới này hiện đang được trồng thử nghiệm tại Australia và sẽ đưa sang trồng tại Uganda vào cuối năm 2011. Biểu đồ về diện tích cây trồng công nghệ sinh học Sản xuất diesel sinh học từ cây cải dầu Với điều kiện ở châu Âu thì cây cải dầu (Brassica napus) với lượng dầu từ 40% đến 50% là cây thích hợp để dùng làm nguyên liệu sản xuất diesel sinh họcDầu được ép ra từ cây cải dầu, phần còn lại được dùng trong công nghiệp sản xuất thức ăn cho gia súc Sản xuất diesel sinh học từ cây cải dầu   sử dụng giống đậu tương biến đổi gen sẽ giúp tăng năng suất và giảm chi phí sản xuất. Hiện, đậu tương là cây biến đổi gen chiếm diện tích lớn nhất trong tổng diện tích cây biến đổi gen trên toàn thế giới (60%); sau đó đến ngô (22%) và bông vải (11%).Tại Việt Nam, đậu tương là cây thực phẩm quan trọng, tuy nhiên năng suất cây trồng này còn thấp, bình quân chỉ khoảng 1,9 tấn/ha. Vì vậy, việc sử dụng giống đậu tương biến đổi gen có các đặc tính như kháng sâu hoặc chống chịu hạn tốt là giải pháp giúp nâng cao năng suất đậu tương. Tạo dòng đậu tương biến đổi gen có năng suất cao Cây bông được chuyển gen chống sâu đục quả bông Qua phân tích thế hệ cây bông thể hiện RNA mạch kép. Ấu trùng sâu đục quả biểu hiện chậm phát triển và các cây bông chuyển gen đã thiệt hại ít hơn khi kiểm soát sâu đục quả. Sau khi sử dụng các kỹ thuật khuếch đại, mức độ biểu hiện CYP6AE14 được quan sát thấy làm giảm ấu trùng, sớm nhất là bốn giờ sau khi ăn trên cây bông chuyển gen, cùng với việc giảm hàm lượng protein CYP6AE14. Như vậy, cây bông biến đổi gen có tính kháng tốt hơn đối với sâu bollworms và can thiệp RNA là một cách hiệu quả để phát triển trồng bông vải chống côn trùng.  khoai tây chứa Amylopectin Các giống khoai tây bình thường có chứa hai loại tinh bột: amylose và amylopectin, trong đó amylopectin được dùng rộng rãi trong ngành công nghiệp chế tạo giấy, dệt… Theo phương pháp truyền thống, nếu muốn sử dụng amylopectin trong khoai tây sẽ phải qua khâu tách lọc khá tốn năng lượng và chi phí. Hàng năm đều cần đến 500.000 tấn amylopectin nguyên chất nên các nhà khoa học Đức đã áp dụng “kỹ thuật đột biến gene định hướng” để tạo ra loại khoai tây mới nói trên. Bên ngoài vẫn giống khoai tây bình thường nhưng ở giống mới này chỉ có gene chịu trách nhiệm sản xuất amylopectin hoạt động để tạo ra thuần chất amylopectin. Ứng dụng đối với vật nuôi Mục tiêu của động vật biến đổi gen trong nông nghiệp Mục tiêu chính là : -Tăng khả năng sinh sản, hiệu quả chăn nuôi - Tăng năng suất , chất lượng sản phẩm - Tăng khả năng chống bệnh. Ứng dụng của động vật biến đổi gen trong Nông nghiệp Cho phép khắc phục những trở ngại của phương pháp cải tạo giống cổ truyền để tạo ra các động vật biểu hiện các tính trạng mong muốn trong một thời gian ngắn hơn và chính xác hơn. Cho các nhà chăn nuôi một phương pháp dễ dàng để tăng sản lượng, tăng năng suất. Côngkhả năng nghệ chuyển gen đã cố gắng tạo ra các động vật có kháng bệnh như lợn có khả năng kháng bệnh cúm...Tuy nhiên, hiện nay sô lượng gen kháng bệnh ở vật nuôi đã được biết là hạn chế. Chuột biến đổi gen “ Chuột đại lực sĩ ” (Mighty Mouse) như tên gọi của nhân vật chuột trong bộ phim hoạt hình nhiều tập, nhìn bề ngoài thì chẳng khác những con chuột thường gặp chút nao nhưng khoe hơn, nhanh hơn và có tiiề chạy một quãng dường dài gấp đôi đồng loại mà không hề có dầu hiệu mệt mỏi. Lợn biến đổi gen Năm 1985 , Hammer và cộng sự đã công bố tạo được lợn chuyển gen GH bằng phương pháp giống như đã được sử dụng để tạo ra chuột khổng lồ từ năm 1982. Tháng 1/2011 , nhóm nghiên cứu Đại học Guelph đã nghiên cứu thành công “ Lợn siêu cấp” biến đổi gen , giá thành thấp và phù hợp với yêu cầu vệ sinh môi trường. Lợn Siêu Cấp Bò biến đổi gen Bò được chuyển đổi gene để sữa có mức protein cao, phục vụ cho ngành làm phó mát, đã được tạo ra ờ New Zealand. Đây là lần đầu tiên bò được chuyển đổi gene để cải thiện chất lượng sữa của chúng chở không phải tạo ra các loại dược phẩm phục vụ mục đích chữa bệnh. Bò biến đổi gen(GM) cho sữa có Protein cao Gà chuyển gen * Vào đầu thập niên 1990, việc chuyển gen hormone sinh trưởng vào gà đã được nghiên cứu và phát triển. Nhưng với nhiều vấn đề gây nên do sự sinh trưởng với tốc độ mạnh mẽ của gà chuyển gen hormone sinh trưởng như vậy, ngành kỹ nghệ gia cầm đang xem xét các phương pháp sửa đổi di truyền khác để nhân giống gà cho thị trường thế giới. *Trong thế kỉ 21, chắc chắn các công ty giống sẽ trở nên ngày càng quan tâm đến các tính trạng khác hơn là tốc độ sinh trưởng. Các công ty Công nghệ Sinh học cho rằng các kế hoạch của họ không chỉ tăng số lượng gà nuôi để giết thịt mà còn rút ngắn thời gian sinh trưởng của gà hoặc ngay cả việc gà có trọng lượng cơ thể lớn hơn. Cá Chuyển Gen Hiện nay nghiên cứu tạo cá chuyển gen ngày càng được nhiều phòng thí nghiệm trên thế giới quan tâm. Khoảng 10 năm trở lại đây hàng loạt cá chuyển gen đa được tạo ra: cá hồi cầu vồng, cá hồi, cá rô phi, cá vàng, cá mú vằn, cá medaka, cá chép, cá nheo Mỹ, cá trê châu Phi, cá vền biển (seabream) … Những gen ngoại lai được sử dụng để biến nạp vào cá là gen 156 hormone sinh trưởng (GH) người, gen GH bò, gen GH cá, gen δ crystalline gà, gen kháng hygromycin, gen α-globin, gen protein chống lạnh ở cá… Những kết quả này cho thấy tiềm năng to lớn của việc sử dụng kỹ thuật chuyển gen để đưa các gen quy định các tính trạng mong muốn vào một số loài cá quan trọng. Phương pháp có hiệu quả nhất là vi tiêm trực tiếp DNA vào phôi. 1. Chuyển gen hormone sinh trưởng  (GH = growth hormone) vào cá Mặc dù Trung Quốc không phải là nước đi đầu của cuộc cách mạng Sinh học phân tử nhưng vào năm 1985, giáo sư Zuoyan Zhu đa làm ngạc nhiên các nhà nghiên cứu Mỹ và Châu Âu khi công bố rằng nhóm nghiên cứu của ông đa chuyển được gen hormone sinh trưởng người vào cá. * Những nghiên cứu tiếp theo đa sử dụng một số gen GH động vật có vú, gen GH cá và các cDNA của GH. Chẳng hạn Zhang và cộng sự (1988, 1990) đa sử dụng plasmid tái tổ hợp chứa đoạn lặp lại đầu tận cùng (LTR = Long Terminal Repeat) của virus Roussarcoma (RSV) ở chim và cDNA của GH cá hồi để vi tiêm vào phôi cá chép đang phát triển. Chúng không những lớn nhanh hơn cá không chuyển gen trong cùng một lứa mà còn lớn nhanh hơn rất nhiều lần so với bố mẹ. Gần đây, Du và cộng sự (1992) đa công bố kết quả chuyển gen GH cá vào cá hồi Ðại tây dương. Du đa sử dụng promoter của gen protein chống lạnh của cá lon chạch lớn (ocean pout, Macrozoarces americanus) nối cới cDNA của GH cá hồi trắng (chinook salmon, Oncorhynchus 163 tschawytscha) và kết quả là kích thước cá hồi Ðại tây dương chuyển gen một năm tuổi tăng lên từ 2 - 6 lần so với cá đối chứng. 2. Chuyển gen chống lạnh vào cá De Vries (1969, 1971), đã phát hiện ra protein chống lạnh (AFPs = antifreeze proteins). Các protein này cho phép cá sống được ở điều kiện nhiệt độ lạnh. Hew và cộng sự (1988) đa vi tiêm gen AFP cá bơn mùa đông vào cá hồi không có AFP họ đa chứng minh được sự hợp nhất của gen AFP vào genome của cá hồi sau đó họ đa có các chứng cớ sơ bộ về sự biểu hiện của gen AFP cá bơn mùa đông (Pseudopleuronectes americanus) ở cá hồi chuyển gen mặc dù mứcđộ biểu hiện của gen AFP còn quá thấp để bảo vệ cơ thể chống lại sự lạnh giá. Ðây là một thuận lợi lớn cho việc nuôi trồng nguồn thủy sản quan trọng này. 3. Chuyển gen kháng bệnh vào cá Cho đến nay, hai phương pháp khác nhau đa được thử nghiệm. Một phương pháp với mục đích là tăng sức đề kháng đối với các bệnh do vi khuẩn và một phương pháp nhằm vào các mầm bệnh virus đặc trưng. Một ứng dụng của phương pháp đầu tiên liên quan đến việc tăng cường enzyme kháng khuẩn lysozyme ở cá bằng cách đưa trình tự mã hóa lysozyme cá hồi cầu vồng gắn với promoter AFP của các lon chạch Mỹ (Macrozoarces americanus) vào cá hồi Ðại tây dương (Hew, 1995). nhưng cho đến nay chưa có kết quả nào về năng suất của cá và hiệu quả của gen chuyển được công bố. Một ứng dụng thứ hai của việc sử dụng kỹ thuật chuyển gen để tăng khả năng kháng bệnh là bảo vệ cá hồi cầu vồng chống lại sự nhiễm virus hematopoietic necrosis (IHNV). Sự tiêm chủng vaccine DNA sử dụng các trình tự mã hóa protein G và N của IHNV đa được Anderson thực hiện ở cá hồi cầu vồng vào năm 1996. Vi sinh vËt biÕn ®æi gen Vai trß cña vsv biÕn ®æi gen trong n«ng nghiÖp T¹i Tam D­¬ng,Tam §¶o,B×nh Xuyªn ®· dïng chÕ phÈm Biomix1 x­ lý phÕ th¶I n«ng nghiÖp mïi h«I thèi sau 20-25n ®­îc ph©n hñy hoµn toµn.ngoµi ra con ®­îc sö dông ®Ó ñ r¬m, r¹ t¹i ruéng Ngoµi ra cßn nhiÒu chÕ phÈm nh­ Ative Cleaner chøa vsv photosythetic bacteria group,lactic acid bacteria group…… øng dông trong nu«i trång thñy s¶n Ưu Nhược Điểm Sinh Vật Biến Đổi Gen -Công nghệ AND tái tổ hợp cho phép tạo ra các giống vật nuôi, cây trồng...mang những đặc tính di truyền hoàn toàn mới, có lợi cho con người mà trong chọn giống thông thường phải trông chờ vào đột biến tự nhiên, không thể luôn luôn có được. Tăng sản lượng và chất lượng nông sản - Loại trừ thực phẩm có mang các chất độc hoặc các chất gây dị ứng như các chất caffein, nicotine Tạo ra các chất hóa học đặc biệt công nghệ AND tái tổ hợp nghiên cứu ra các loại vacxin, thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ…an toàn với môi trường và người sử dụng. Nhược điểm Đối với con người: có thể làm xuất hiện hoặc đưa những chất gây dị ứng, độc tố vào cơ thể hoặc có thể làm tăngtính kháng kháng sinh của vi khuẩn (vì hầu hết các sinh vật biến đổi gen có chứa các gen kháng sinh có thể chuyển sang vi khuẩn gây hại cho người) Đối với việc bảo vệ đa dạng sinh học: sinh vật biến đổi gen có thể phát tán những gen biến nạp sang họ hàng hoang dại của chúng, sang sâu bệnh có nguy cơ làm tăng tính kháng của chúng đối với đặc tính chống chịu sâu bệnh của cây trồng chuyển gen hoặc làm tăng khả năng gây độc của cây trồng chuyển gen đối với các loài sinh vật có ích - Đối với môi trường: sinh vật biến đổi gen có thể làm ảnh hưởng tới chu trình Nitơ và hệ sinh thái của vi sinh vật đất.Gây ô nhiễm môi trường… Vì thế Sinh vật biến đổi gen với vấn đề an toàn sinh học Một loại sinh vật biến đổi gen phải được kiểm tra an toàn sinh học chặt chẽ theo đúng các tiêu chuẩn và quy định quốc gia quốc tế mới có thể đưa vào thương mại hóa và sản xuất đại trà IV Ý kiến của các chuyên gia trong ngành về cây trồng biến đổi gen . “ ‘’Thực ra cây trồng chuyển gen là một xu thế của thế giới. Như vậy kể cả bây giờ lẫn về lâu dài , tôi ủng hộ việc áp dụng nó trong nông nghiệp Việt Nam. Đây là một dạng tiến bộ kĩ thuật, áp dụng công nghệ cao nên chắc chắn trước hay sau nước ta cũng cần ứng dụng. Tuy nhiên chúng ta phải lựa chọn đối tượng và có bước đi phù hợp, hiệu quả kinh tế, hiệu quả cho xã hôi nhất. Nó liên quan đến công việc làm ăn, lao động ở nông thôn và cả lĩnh vực môi trường nữa. “ Xung quanh những luồng ý kiến giữa ủng hộ và phản đối cây trồng biến đổi gen tại Vệt Nam, GS-TS Nguyễn Đăng Vang, chuyên gia cao cấp Ủy ban KHCN-MT của Quốc Hội , cho rằng, nên đưa vào ứng dụng nhưng phải có chọn lựa cân nhắc . V. KẾT LUẬN. Công nghệ AND tái tổ hợp đã tạo nên trên 40 giống cây trồng có năng suất cao, mang gen chống chịu sâu bệnh góp phần giải quyết các vấn đề xã hội: xóa đói giảm nghèo, đảm bảo an ninh lương thực thế giới. Hướng nghiên cứu hiện nay Nâng cao giá trị dinh dưỡng của các protein dự trữ trong hạt Tăng khả năng chịu lạnh và sương gió Tăng khả năng kháng các chất hóa học về bệnh của nông sản Thay thế thuốc trừ sâu hóa học bằng các nhân tố VSV Tiết kiệm phân bón nhờ quá trình cố định nitơ VK Chẩn đoán bệnh ở thực vật Ở các nước phát triển việc ứng dụng cây chuyển gen đã có những lợi ích rõ rệt. Bao gồm: Lợi ích Tăng Sản lượng Giảm Chi Phí Sản Xuất Tăng Lợi Nhuận Cải Thiện Môi Trường Những hướng nghiên cứu từ động vật chuyển gen 1.Tạo ra những Động vật có tốc độ lớn nhanh, hiệu quả sử dụng thức ăn cao. 2.Tạo ra những động vật chuyên sản xuất protein quý dùng cho y dược. 3.Tạo ra động vật chống chịu được bệnh tật và sự thay đổi của điều kiện môi trường. 4.Nâng cao năng suất chất lượng động vật bằng cách thay đổi các con đường chuyển hóa trong cơ thể động vật. 5.Tạo ra vật nuôi chuyển gen cung cấp nội quan cấy ghép cho con người. 6.Tạo ra động vật chuyển gen làm mô hình bệnh nghiên cứu ở người. 7. Tạo ra động vật chuyển gen làm mô hình nghiên cứu trong chất độc học. Tuy nhiên cho đến nay vẫn chưa có nghiên cứu chính xác nào về tác hại của cây trồng biến đổi gen hơn nữa những lợi ích mà nó đem lại là không thể phủ nhận . Đó là lí do mà ta có thể tin tưởng vào một tương lai tươi sáng cho những thành quả to lớn trong nhiều lĩnh vực mà các loại cây trồng này sẽ đem lại. Cảm ơn cô và các bạn đã chú ý lắng nghe!!! Nhóm sinh viên lớp 10-011. Nguyễn Thị Thúy2.Hà Trọng Tài3. Lê Văn Quyết4. Nguyễn Minh Thành5. Trịnh Công Sơn6. Nguyễn Thị Quyên7. Dương Xuân Quỳnh8. Vũ Thanh Thảo