CHƯƠNG I.

Chia sẻ: Nguyễn Thị Phương Anh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:7

Thêm vào BST

Báo xấu

103
lượt xem 18
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

CHƯƠNG I. MỞ ĐẦU Theo dự báo, dân số thế giới sẽ đạt khoảng 8-10 tỷ người vào năm 2020, trong đó khoảng 80% dân số sống ở các nước kém phát triển. Hiện nay, cả thế giới đang phải đối mặt với những thách thức lớn như: (1) tăng dân số, tăng nhu cầu lương thực và giảm diện tích đất canh tác bình quân đầu người; (2) quá trình đô thị hóa xảy ra nhanh và sức mua được cải thiện làm tăng nhu cầu lương thực bình quân trên đầu người do tăng nhu cầu tiêu thụ...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: CHƯƠNG I.

CHƯƠNG I. MỞ ĐẦU Theo dự báo, dân số thế giới sẽ đạt khoảng 8-10 tỷ người vào năm 2020, trong đó khoảng 80% dân số sống ở các nước kém phát triển. Hiện nay, cả thế giới đang phải đối mặt với những thách thức lớn như: (1) tăng dân số, tăng nhu cầu lương thực và giảm diện tích đất canh tác bình quân đầu người; (2) quá trình đô thị hóa xảy ra nhanh và sức mua được cải thiện làm tăng nhu cầu lương thực bình quân trên đầu người do tăng nhu cầu tiêu thụ các sản phẩm động vật; (3) sự khai thác tối đa tài nguyên thiên nhiên gây tác động xấu đến nền tảng sinh thái nông nghiệp (gồm đất, nước, rừng, đa dạng sinh học, khí quyển) có thể gây ra các thay đổi bất thường về khí hậu và mực nước biển; (4) các thành tựu đột phá trong công nghệ mới, đặc biệt là trong công nghệ sinh học, xuất hiện ngày càng nhiều, trong khi còn có nhiều quan điểm khác nhau về các thành tựu đó. Trong bối cảnh như vậy, nhân loại đang phải tìm ra giải pháp để đảm bảo an ninh lương thực, nâng cao sức khỏe của con người và sự phồn thịnh cho tất cả các nước, đặc biệt là ở các nước kém phát triển. Hơn 30 năm qua, cuộc “Cách mạng Xanh” đã mang lại nhiều thành tựu nổi bật trong nông nghiệp, góp phần tăng sản lượng lương thực, giải quyết vấn đề thiếu lương thực ở nhiều quốc gia, đặc biệt ở các nước kém phát triển. Tuy vậy, trong cuộc “Cách mạng Xanh”, chỉ có một số cây trồng chính như lúa và ngô được đặc biệt quan tâm, còn nhiều loài cây trồng cho các vùng khó khăn trên toàn thế giới lại ít được đầu tư nghiên cứu. Công nghệ sinh học được xem là một cuộc “Cách mạng Xanh” lần thứ hai hay cuộc “Cách mạng Xanh kép”, trong đó năng suất cây trồng được tăng cao cùng với việc giảm tác hại tới môi trường. Có thể hiểu khái niệm công nghệ sinh học bao hàm hai thành tố là công nghệ và sinh học. Sinh học có nghĩa là tri thức về khoa học sự sống, khi thông qua công nghệ trở thành quy trình sản xuất. Công nghệ sinh học là quá trình sử dụng các kiến thức truyền thống và công nghệ hiện đại nhằm làm thay đổi vật chất di truyền của cơ thể sinh vật và tạo ra sản phẩm mới. Công nghệ sinh học và đặc biệt là công nghệ sinh học thực vật ứng dụng trong nông nghiệp với sự phát triển hiện nay là mối quan tâm lớn của quốc tế. Khái niệm về công nghệ sinh học thực vật được hiểu theo hai nghĩa: theo nghĩa rộng là tất cả các công nghệ tạo ra một cây hoàn chỉnh từ một tế bào, một tập hợp tế bào (mô) hay một bộ phận trên cơ thể thực vật trong môi trường nhân tạo ở phòng thí nghiệm (in vitro); theo nghĩa hẹp là quá trình tái tổ hợp DNA, nghĩa là chỉ các công nghệ liên quan đến thao tác gene để làm thay đổi bản chất di truyền của cây trồng và do vậy, làm thay đổi sản phẩm của chúng. Trong phạm vi giáo trình này, khái niệm công nghệ sinh học thực vật được hiểu theo nghĩa rộng, nghĩa là bao gồm cả kỹ thuật nuôi cấy mô, tế bào và 1
kỹ thuật chuyển gene ở thực vật. Công nghệ sinh học thực vật nói chung và công nghệ gene nói riêng đã có những bước phát triển nhảy vọt và đạt được nhiều thành tựu đáng kể, đặc biệt trong vài thập niên vừa qua. Công nghệ chuyển gen e là một công cụ rất hữu hiệu, có thể giúp cho các nhà chọn giống tạo ra các giống cây trồng có những đặc tính mong muốn mà cho đến nay, chưa có một phương pháp chọn tạo giống nào có thể đạt được. Nhiệm vụ của công nghệ sinh học thực vật trong nông nghiệp là phải đáp ứng 2 mục tiêu: giảm nghèo và an toàn lương thực; thoả mãn yêu cầu của nông dân sản xuất nhỏ và tập trung vào các cây trồng có giá trị kinh tế. Mục tiêu quan trọng cuối cùng mà lĩnh vực công nghệ sinh học thực vật cần hướng tới là phát triển một nền công nghiệp sinh học. Năm 2005 là năm thứ 10 ứng dụng công nghệ sinh học trong trồng trọt kể từ vụ cây trồng biến đổi gene đầu tiên được trồng năm 1996. Điểm mốc quan trọng này sẽ là cơ hội để xem xét tổng thể tác động của công nghệ này đối v ới nông nghiệp toàn cầu. Kết quả này cũng là cơ sở để các quốc gia, các chương trình phát triển toàn cầu hoạch định các chiến lược phát triển công nghệ sinh học, đặc biệt là công nghệ sinh học thực vật. 1. Công nghệ nuôi cấy mô và tế bào thực vật K ỹ thuật nuôi cấy mô và tế bào đã được sử dụng rất có hiệu quả trong chọn tạo giống cây trồng. Cá c kỹ thuật đã được phát triển thành công và áp dụng rộng rãi trong nông nghiệp gồm :  Nuôi cấy chồi với số lượng lớn phục vụ công tác giống cây trồng : phương pháp này được áp dụng rộng rãi đối với rất nhiều cây t rồng có giá trị kinh tế cao như: khoai tây, dâu tây, hoa hồng, cẩm chướng, cúc đồng tiền,...  Nuôi cấy đỉnh sinh trưởng kết hợp với kỹ thuật vi ghép tạo nguồn cây giống sạch bệnh : phương pháp này đã được áp dụng với những cây trồng quan trọng như: các cây có múi, khoai tây, thuốc lá, lily,...  Nuôi cấy bao phấn và hạt phấn tạo ra cây đơn bội kép kết hợp với chọn lọc phục vụ cho công tác chọn tạo giống cây trồng , đặc biệt là đối với các cây trồng cho hạt nh ư cây lúa.  Nuôi cấy tế bào đơn để thu nhận các hợp chấ t thứ cấp trong các hệ thống nuôi cấy lỏng tĩnh, lỏng lắc, lỏng có sụ c khí, bioreactor, ngập chìm tạm thời,...  Nuôi cấy tế bào trần làm nguyên liệu cho quá trình lai tế bào sinh dưỡng (dung hợp tế bào trần) tạo ra các giống cây trồng mới . Dung hợp tế bào trần kết hợp với nhân dòng vô tính ở cây khoai tây sẽ tạo ra các giống mới cho năng suất cao hơn giống khoai tây thường 2
 Công nghệ phôi vô tính và hạt nhân tạo giúp bảo quản nguồn giống cây t rồng. Đây là phương pháp được áp dụng rất thành công để nhân giống lan hồ điệp.  Công nghệ thủy canh – trồng cây không cần đất, đây là phương pháp trồng trọt mới cho năng suất cao, sản phẩm thu được hoàn toàn sạch nhưng không gây ảnh hưởng cho môi trường vì không sử dụng thuốc trừ sâu và các hóa chất độc hại khác. 2. Công nghệ chuyển gene thực vật Kỹ thuật chuyển gene vào thực vật đã thành công ở nhiều loại cây trồng như ngô, lúa, đậu tương, bông,... Nhiều gene lạ đã được phân lập từ vi sinh vật, động vật, thực vật hoặc có thể được tổng hợp nhân tạo và được đưa thành công vào cây trồng để tạo ra các giống cây trồng mới có năng suất và chất lượng tốt, có tính chống chịu tốt với sâu, bệnh hại và điều kiện bất lợi của ngoại cảnh như mặn, hạn, rét, ngập úng. Lợi ích mang lại do các cây trồng được chuyển gene rất to lớn, có thể giúp giải quyết vấn đề lương thực toàn cầu, đặc biệt ở các nước đông dân số và các nước có điều kiện khó khăn cho sản xuất nông nghiệp. Công trình nghiên cứu ở Ấn Độ cho thấy rằng sự biến đổi di truyền có thể tiến hành có chất lượng tốt và có tác động lớn đến sản xuất nông nghiệp và giải quyết vấn đề an ninh lương thực. Thế kỉ 21 có thể chứng kiến sự thay đổi về nhiệt độ, lượng mưa, mực nước biển, và cả tia UV là kết quả của sự nóng lên toàn cầu. Tất cả các tai hoạ do con người gây ra có ảnh hưởng bất lợi đến các quốc gia nghèo trên thế giới. Việc chuyển các gene chịu mặn từ các loài cây đước (họ Rhizophoraceae) vào cây lúa hoặc thuốc lá là một công việc không thể làm được nếu không nhờ vào các thí nghiệm tái tổ hợp DNA. Đây là một trong những ví dụ chứng minh các ích lợi to lớn của công nghệ sinh học trong nghiên cứu khoa học sinh học và nông nghiệp. Kỹ thuật chuyển gene vào cây trồng cũng tạo ra được những giống cây mới có sức chống chịu với các điều kiện bất lợi cao hơn như sâu, bệnh, cỏ dại, khô hạn, mặn, rét,... Theo ước tính của FAO, khoảng 70% tiềm năng năng suất cây trồng bị thiệt hại do các điều kiện bất lợi của môi trường và do sâu bệnh hại. Chọn tạo ra các giống cây trồng có khả năng chống chịu cao với các điều kiện bất lợi đã được các nhà khoa học đặc biệt quan tâm từ lâu. Ngoài việc áp dụng các phương pháp chọn tạo giống truyền thống, các phương pháp gây đột biến và công nghệ sinh học đã và đang được sử dụng rộng rãi và đã đạt được nhiều thành tựu to lớn. Nhiều loại giống cây trồng mới đã được tạo ra bằng phương pháp công nghệ sinh học mang những đặc tính tốt mà các phương pháp khác không thể đạt được: 3
 Các gene kháng sâu hại như gene Bt đã được nghiên cứu và chuyển vào nhiều loại cây trồng như lúa, bông, ngô, đậu tương. Các gene kháng sâu đục thân, rầy nâu, bệnh bạc lá, bệnh do nấm gây ra đã được chuyển thành công vào cây lúa. Các cây trồng được chuyển gene đã được thử nghiệm và được áp dụng rộng rãi trong sản xuất, đặc biệt ở Mỹ, Canada và Trung Quốc, góp phần tăng thu nhập cho người nông dân.  Các nhà khoa học đã thử nghiệm và thành công trong việc chuyển gene tham gia vào quá trình quang hợp của cây C4 vào cây trồng C3 làm tăng hiệu suất quang hợp và năng suất cây trồng là một trong nhiều ví dụ về lợi ích của kỹ thuật này. Tuy nhiên, những cố gắng này mới chỉ là bước đầu, cần nghiên cứu và hoàn thiện thêm, vì ngoài các enzym xúc tác cho quá trình quang hợp, còn có sự khác nhau về về cấu trúc tế bào mô lá ở cây C4 và cây C3.  Các nghiên cứu phân lập và chuyển gene cố định đạm (nif gene) vào lúa để tạo ra cây lúa có khả năng cố định đạm để giảm bớt chi phí mua phân đạm.  Chuyển gene kháng sâu hại như sâu đục thân, sâu cắn lá, rầy nâu; gene kháng bệnh nấm, bệnh do vi khuẩn vào cây trồng để hạn chế tác hại do sâu, bệnh gây ra và giảm chi phí phòng trừ; chuyển gene chịu thuốc trừ cỏ vào cây trồng để có thể sử dụng thuốc trừ cỏ một cách hữu hiệu. Đa số thế hệ hiện tại của các cây trồng được biến đổi về di truyền mang gene chịu thuốc trừ cỏ và kháng sâu, bệnh hại thường gặp ở các giống cây trồng hiện có.  Sử dụng kỹ thuật di truyền để tạo ra các cây trồng mang nhiều đặc tính chữa bệnh và có các tác dụng làm dược phẩm là một thành tựu lớn của công nghệ di truyền. Các cây trồng được chuyển gene tổng hợp insulin, gene tổng hợp vitamin A là những ví dụ. Có nhiều sự biến nạp di truyền ở cây trồng như làm thay đổi hàm lượng tinh bột, dầu và chất béo, có thể có ít hoặc không có tác động đến đa dạng sinh học.  Chuyển gene làm chậm quá trình chín của quả (ripening delay gene) để tăng tuổi thọ trong bảo quản, vận chuyển, tăng giá trị trên thị trường của một loại hoa, quả. Kỹ thuật chuyển gene đã góp phần tăng năng suất cây trồng, tăng chất lượng sản phẩm và tăng thu nhập cho người lao động. Trong 10 năm qua, diện tích trồng cây công nghệ sinh học liên tục tăng trưởng hai con số mỗi năm (kể từ khi loại cây trồng này được đưa vào trồng đại trà năm 1996). Đáng chú ý là trong thập niên đầu tiên được đưa vào trồng đại trà, diện tích cây trồng công nghệ sinh học đã tăng hơn 50 lần. Từ 1,7 triệu ha năm 1996 lên 81 triệu ha năm 2004 và đạt 90 triệu ha, tương đương với 222 triệu mẫu năm 2005. Trong những năm 2004-2005, diện tích trồng cây công nghệ sinh học đã tăng 11%, tương đương với 9 triệu ha (22 triệu mẫu). 4
Hình 1.1. Bức tranh tổng thể của 10 năm phát triển cây trồng sinh học toàn cầu Tỷ lệ trồng loại cây trồng này là một trong những tỷ lệ áp dụng công nghệ về cây trồng cao nhất trong nông nghiệp, điều này cho thấy ngày càng có nhiều nông dân tại các nước phát triển và đang phát triển chấp nhận và trồng cây công nghệ sinh học. Số nước trồng cây trồng công nghệ sinh học đã tăng gấp gần 4 lần trong thời gian 10 năm qua. Năm 1996 chỉ có 6 nước chuẩn y trồng loại cây nà y đã tăng lên 9 nước năm 1998, năm 1999 tăng thêm 3 nước và có 17 nước phát triển công nghệ này vào năm 2004. Năm thứ 10, năm 2005 số nước chuẩn y và phát triển công nghệ này lên đến 21 nước, đây thực sự là điểm mốc đáng chú ý. Ba trong số 4 nước mới tham gia năm 2005 là các nước thuộc Liên minh châu Âu đó là Bồ Đào Nha, Pháp, Cộng hoà Séc và Iran. Bảng 1.1. Diện tích cây trồng Công nghệ sinh học trên thế giới từ 1996 - 2005 Diện tích Năm ha (Triệu) Mẫu (triệu) 1996 1,7 4,3 1997 11,0 27,5 1998 27,8 69,5 1999 39,9 98,6 2000 44,2 109,2 2001 52,6 130,0 2002 58,7 145,0 2003 67,7 167,2 5
2004 81,0 200,0 2005 90,0 222,0 Tổng 384,6 951,3 Hình 1.2. Diện tích cây trồng Công nghệ sinh học toàn cầu (1996-2005) Năm 2005, trong 21 nước trồng cây công nghệ sinh học, có 11 nước đang phát triển và 10 nước công nghiệp. Đồ thị trên cho thấy tương quan về diện tích cây trồng công nghệ sinh học tại các nước phát triển và đang phát triển từ năm 1996-2005. Trong năm 2004, hơn một phần ba diện tích cây trồng công nghệ sinh học, tương đương với 27,6 triệu hecta được trồng tại các nước đang phát triển. Trong khi một phần đáng kể cây trồng công nghệ sinh học (66%) được trồng tại các nước phát triển, thì thị phần cây trồng công nghệ sinh học tại các nước đang phát triển lại liên tục tăng nhanh hàng năm với mức tăng cao tại một số nước như: Trung Quốc, Ấn Độ, Philippin, Achentina, Braxin, Mexico, Uruguay, Paraguay và Nam Phi. Tại các nước đang phát triển, diện tích trồng cây công nghệ sinh học tăng cao gần gấp ba lần (35%) so với mức tăng diện tích tại các nước công nghiệp (13%). Đến năm 2005, diện tích trồng cây công nghệ sinh học ở các nước đang phát triển chiếm hơn 1/3 (38%, tăng so với 34% của năm 2004), tương đương với 333,9 triệu ha, mức tăng diện tích năm 2004 - 2005 (là 6,3 triệu ha hay tăng 23%) cao hơn nhiều so với mức tăng diện tích tại các nước công nghiệp (2,7 triệu ha, tăng 5%). Các tác động ngày càng tăng của 5 quốc gia đang p hát triển (Trung Quốc, Ấn Độ, Achentina, Braxin và Nam Phi) đại diện cho 3 châu lục Nam bán cầu là châu Á, Mỹ Latinh và châu Phi, là xu hướng quan trọng cho việc chấp nhận và ứng dụng cây trồng công nghệ sinh học trên toàn thế giới trong tương lai. 6
Năm 2005 đã có 8,5 triệu nông dân ở 21 nước trên thế giới trồng cây công nghệ sinh học, tăng so với con số 8,25 triệu nông dân ở 17 nước trong năm 2004. Đáng chú ý là 90% người trồng được hưởng lợi là các nông dân nghèo ở các nước đang phát triển, nhờ vào việc trồng cây công nghệ sinh học, thu nhập của họ đã tăng cao hơn và đóng góp cho quá trình xoá nghèo. Trong năm 2005 có khoảng 7,7 triệu nông dân nghèo kiếm sống nhờ vào trồng trọt đã thu được lợi từ cây trồng công nghệ sinh học (tăng so với 7,5 triệu người của năm 2004) - phần lớn là nông dân ở Trung quốc với 6,4 triệu người, Ấn Độ với 1 triệu người, hàng nghìn nông dân ở Nam Phi mà chủ yếu là phụ nữ trồng bông Bt, trên 50.000 nông dân ở Philippine, số còn lại là ở 7 nước đang phát triển đang trồng cây công nghệ sinh học trong năm 2005. Như vậy, trong thời gian 10 năm, các loại cây trồng công nghệ sinh học đã được hơn 25 triệu nông dân trồng thành công trên tổng diện tích khoảng 475 triệu ha, tương đương với gần một nửa diện tích đất của Mỹ hay Trung Quốc. 7