GIÁO TRÌNH CÔNG NGHỆ SINH HỌC - phần 2

Chia sẻ: Huy Vu Vu | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:0

Thêm vào BST

Báo xấu

194
lượt xem 50
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Trong vài thập niên gần đây, CNSH đã đạt được nhiều thành tựu đáng kể trong nông nghiệp. Những tiến bộ của CNSH trong nông nghiệp là các kỹ thuật nuôi cấy mô, lai tạo giống mới, phân sinh học và kiểm soát sinh học và những tiến bộ của CNSH trong chăn nuôi.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: GIÁO TRÌNH CÔNG NGHỆ SINH HỌC - phần 2

CHÖÔNG IV: COÂNG NGHEÄ SINH HOÏC TRONG NOÂNG NGHIEÄP Trong vaøi thaäp nieân gaàn ñaây, CNSH ñaõ ñaït ñöôïc nhieàu thaønh töïu ñaùng keå trong noâng nghieäp. Nhöõng tieán boä cuûa CNSH trong noâng nghieäp laø caùc kyõ thuaät nuoâi caáy moâ, lai taïo gioáng môùi, phaân sinh hoïc vaø kieåm soaùt sinh hoïc vaø nhöõng tieán boä cuûa CNSH trong chaên nuoâi. 4.1. Coâng ngheä nuoâi caáy moâ teá baøo Baûn chaát cuûa coâng ngheä nuoâi caáy moâ teá baøo laø caùc teá baøo thöïc vaät (caùc teá baøo töø moâ phaân sinh, teá baøo traàn protoplast) ñöôïc nuoâi caáy trong moâi tröôøng dinh döôõng voâ truøng. Töø nhöõng vaät lieäu treân seõ thu ñöôïc khoái moâ sinh tröôûng nhanh, voâ toå chöùc goïi laø moâ non (callus ). Töø moâ non seõ taùi sinh thaønh moät caây non hoaøn chænh vaø taïo ra raát nhieàu baûn sao ñoàng nhaát veà di truyeàn goïi laø doøng voâ tính (cloned plant) trong moät thôøi gian ngaén. Qui trình nuoâi caáy moâ teá baøo coù theå toùm taét nhö sau: Laéc trong Auxin vaø THAÂN MT dung cytokinin auxin thaáp auxin cao Dòch thaáp cytokinin cao PROTOPLAST CELLS CALLUS CAÂY CON MT raén MT raén cytokinin thaáp cytokinin cao auxin cao Giöõ trong REÃ Moâi tröôøng raén Vôùi auxin vaø Laéc trong Cytokinin thaáp MT dung Ñöa vaøo mt Laéc dòch enzyme thuyû phaân THAÂN CALLUS CELLS PROTOPLAST REÃ enzyme thuyû phaân Hình 4.1: Toùm taét qui trình nuoâi caáy moâ teá baøo (Theo Primrose 1991) Coâng ngheä nuoâi caáy moâ teá baøo coù nhöõng öu ñieåm sau: - Coù khaû naêng nhaân nhanh moät löôïng lôùn caây con trong moät thôøi gian ngaén vôùi chaát löôïng ñoàng nhaát veà maët di truyeàn, do ñoù cho naêng suaát cao vaø ñoàng ñeàu. Ví duï: trong 1 cm3 moâi tröôøng nuoâi caáy coù theå chöùa tôùi 1 trieäu teá baøo vaø veà nguyeân taéc 1 teá baøo coù khaû naêng taùi sinh thaønh moät caây con hoaøn 22
chænh. Hoaëc töø moät cuû khoai taây sau 8 thaùng coù theå nhaân ñuû gioáng cho 40 ha. - Baèng coâng ngheä nuoâi caáy moâ coù theå taïo ra nhöõng con gioáng hoaøn toaøn saïch beänh virus, vi khuaån, naám, nhaát laø caùc beänh do virus gaây ra khoù phaùt hieän vaø coù toác ñoä lan raát nhanh. - Vôùi kyõ thuaät nuoâi caáy moâ ngöôøi ta coù theå ruùt ngaén thôøi gian ñöa moät gioáng môùi ra saûn xuaát ñaïi traø xuoáng coøn 1 vaøi naêm. Trong khi ñoù neáu söû duïng theo coâng ngheä cuõ phaûi maát 10 naêm. - Baèng caùch choïn loïc nhöõng teá baøo coù moät soá ñaëc tính öu vieät, ta coù theå ñaåy nhanh toác ñoä lai gioáng nhaèm taïo ra gioáng caây môùi vôùi tính traïng mong muoán. - Vôùi caây gioáng nuoâi caáy moâ deã daøng vaän chuyeån moät löôïng lôùn caây con trong moät khoâng gian nhoû, laøm giaûm chi phí vaän chuyeån, hieäu quaû vaø nhanh choùng. Ví duï: 1m3 coù theå chöùa ñöôïc töø 3000 – 10.000 caây gioáng hoaëc moät hoäp nuoâi caáy coù theå nhaân ñöôïc töø 30.000 – 50.000. Tuy nhieân coâng ngheä nuoâi caáy moâ cuõng coù moät soá nhöôïc ñieåm nhaát ñònh: - Coù theå bò thieät haïi lôùn bôûi möùc ñoä nhieãm, coù theå nhieãm do moâi tröôøng hoaëc nhieãm do moâ ban ñaàu. - Caây con coù tyû leä cheát cao do chuyeån töø ñieàu kieän toái öu trong in vitro ra moâi tröôøng töï nhieân. Ôû ñieàu kieän in vitro coù nhieät, aåm, voâ truøng, aùnh saùng vaø dinh döôõng thích hôïp neân caây con sinh tröôûng toát, khi ñöa ra moâi tröôøng töï nhieân thì gaëp phaûi nhöõng ñieàu kieän khaéc nghieät hôn neân caây con deã bò soác vaø cheát. Ñeå giaûm tyû leä cheát ngöôøi ta phaûi ñöa caây in vitro ra ñieàu kieän trung gian laø nhaø kính tröôùc khi ñöa ra moâi tröôøng töï nhieân. - Giaù thaønh caây con cao, do aùp duïng coâng ngheä nuoâi caáy moâ ñoøi hoûi nhöõng trang thieát bò, hoaù chaát ñaét tieàn, tieâu toán ñieän , nöôùc cao vaø coâng ngheä nuoâi caáy moâ ñoøi hoûi caùc chuyeân gia coù tay ngheà cao, chi phí veà ñaøo taïo lôùn. Coâng ngheä nuoâi caáy moâ teá baøo bao goàm caùc böôùc chuû yeáu sau: - Chuaån bò moâi tröôøng nuoâi caáy - Choïn moâ caáy vaø xöû lyù moâ - Giai ñoaïn taïo choài, taïo caây vaø nuoâi caây 23
- Giai ñoaïn vöôøn öôm 4.1.1. Chuaån bò moâi tröôøng nuoâi caáy Thaønh phaàn moâi tröôøng nuoâi caáy thay ñoåi theo töøng loaøi, töøng boä phaän nuoâi caáy nhö laù, choùp reã, ñænh sinh tröôûng, … Vì vaäy tuøy ñoái töôïng maø thaønh phaàn moâi tröôøng coù theå thay ñoåi ít nhieàu. Tuy nhieân haàu heát caùc moâi tröôøng nuoâi caáy moâ bao giôø cuõng coù ñuû 5 thaønh phaàn laø nguoàn carbon, khoaùng ña löôïng, khoaùng vi löôïng, vitamin vaø kích thích sinh tröôûng. • Nguoàn carbon: Nguoàn carbon söû duïng thöôøng laø ñöôøng, coù theå laø glucose hoaëc saccharose. Thöôøng duøng laø ñöôøng saccharose vôùi noàng ñoä töø 1-6%, phoå bieán laø 2%. * Khoaùng ña löôïng: Chuû yeáu laø caùc nguyeân toá khoaùng nhö N, P, K, Ca, Mg, Fe. - Nguoàn N thöôøng duøng laø KNO3, Ca(NO3)2, NH4NO3 hoaëc (NH4)2SO4. Moãi moät loaïi caây khaùc nhau thích hôïp vôùi hai daïng ñaïm nitrat hoaëc amon khaùc nhau. - Nguoàn P thöôøng duøng nhaát laø NaH2PO4 hoaëc KH2PO4. Noàng ñoä thích hôïp nhaát laø töø 0,15 – 4,0 mM. Thöôøng söû duïng nhaát laø 1mM. - Nguoàn K thöôøng duøng ôû daïng KNO3 vöøa cung caáp cho K vöøa cung caáp N cho caây. Ngoaøi ra caùc loaïi moâi tröôøng nuoâi caáy thöôøng duøng KH2PO4 vöøa cung caáp K vaø P. - Ca thöôøng duøng laø CaCl2, Ca(NO3)2 . Noàng ñoä Ca+2 thöôøng töø 1 – 3,5 mM. - Nguoàn Fe cung caáp döôùi daïng FeCl2 , FeSO4 hoaëc daïng chelat laø EDTA. * Khoaùng vi löôïng: Coù nhu caàu raát ít nhöng khoâng theå thieáu ñöôïc cho nhu caàu cuûa caây. Tuy nhieân trong agar cheá bieán töø rong bieån cuõng chöùa moät löôïng khoaùng vi löôïng khaù lôùn cho caây. Ngoaøi ra khoaùng vi löôïng coù theå ñöôïc cung caáp qua vieäc söû duïng nöôùc maùy pha moâi tröôøng nuoâi caáy. Caùc loaïi khoaùng vi löôïng laø Mn, B, Zn, Mo, Cu, Co, I, … * Vitamine: Caùc loaïi vitamin thöôøng duøng trong nuoâi caáy moâ thöïc vaät chuû yeáu laø caùc vitamin nhoùm B nhö B1, B6, B2, B3, B5, ngoaøi ra coøn coù biotin, axit folic, inositol. 24
* Chaát kích thích sinh tröôûng: Caùc loaïi kích thích sinh tröôûng thöôøng duøng laø: - 2,4 D (Dichlorophenolxyacetic acid) noàng ñoä duøng : 0,20 – 0,25 mg/l - α -NAA (Naphtylacetic acid): 0,1 – 5 mg/l - IBA (indolbutylic acid): 1-5 mg/l - β -IAA (Indolacetic acid): 5 – 20 mg/l - Kinetin (6-Fucfuryl aminopurine): 0,1 – 2 mg/l - GA (Gibberellic acid): 0,1 – 2 mg/l - BA (6 –benzyl amino purin): 0,1 –2 mg/l * Caùc chaát höõu cô khaùc: - Nöôùc döøa chöùa nhieàu myo-inositol vaø moät soá axit amin, ñöôøng coù taùc duïng kích thích sinh tröôûng thöïc vaät. Löôïng nöôùc döøa thích hôïp laø 15 – 20% theå tích moâi tröôøng. Thöôøng söû duïng nöôùc döøa giaø vaø nöôùc döøa töôi. - Nöôùc chieát naám men giaøu caùc vitamine nhoùm B, caùc axit amin . Do noàng ñoä caùc chaát trong moâi tröôøng nuoâi caáy raát nhoû, nhaát laø caùc loaïi khoaùng, vitamin, kích thích sinh tröôûng, vì vaäy ñeå tieát kieäm, tieän lôïi vaø chính xaùc ngöôøi ta thöôøng pha caùc dung dòch meï coù noàng ñoä ñaäm ñaëc, sau ñoù pha loaõng nhieàu laàn. Moät soá moâi tröôøng nuoâi caáy moâ cô baûn hieän nay: • Moâi tröôøng MS: Laø moâi tröôøng giaøu, dinh döôõng caân baèng, thích hôïp vôùi nhieàu loaïi caây. Dung Hoùa chaát Noàng ñoä (g/l) Soá ml/lit moâi dòch Meï tröôøng 25
A EDTA 0,80 28 Fe2(SO4)3 0,38 B NH4NO3 82,5 20 KNO3 95,0 H3BO3 1,24 KH2PO4 34,0 C KI 0,166 5 Na2MoO4.2H2O 0,050 CoCl2.2H2O 0,005 MgSO4 74,00 D MnSO4.7 H2O 4,46 5 ZnSO4.7 H2O 1,72 CuSO4. 5H2O 0,005 E CaCl2. 2H2O 88,00 5 Thiamin. HCl 0,02 F Nicotinic acid 0,10 5 Piridoxin. HCl 0,10 Glycine 0,40 G NAA 0,10 1 H Kinetin 0,40 0,5 Ñeå pha 1 lit moâi tröôøng MS caàn tieán haønh nhö sau: - Cho 800 ml nöôùc caát vaøo bình dung tích 2000 ml. - Duøng pipet huùt 28 ml dung dòch A, 20 ml dung dòch B, 5 ml C, 5ml D, 5 ml E, 5 ml F, 1ml G vaø 0,5 ml H vaøo khaáy ñeàu. - Theâm 100mg myo-inositol. - Duøng HCl hoaëc NaOH 0,1 N chæng pH ñeán 6,0. - Theâm 20g Saccharose khaáy cho tan - Theâm 6 –8 g agar ñun cho tan heát, chia ñeàu ra caùc bình tam giaùc, ñaäy nuùt boâng, giaáy vaø khöû truøng. • Moâi tröôøng White: Laø moâi tröôøng ngheøo, caùch pha cheá töông töï nhö nhö moâi tröôøng MS, thaønh phaàn moâi tröôøng nhö trong baûng. Dung Hoùa chaát Noàng ñoä (g/l) Soá ml/lit moâi dòch Meï tröôøng 26
Ca(NO)3. 4H2O 3,0 Na2SO4 2,0 A KNO3 0,80 100 KCl 0,65 NaH2PO4 0,19 B MgSO4.7H2O 75,0 10 MnSO4 0,50 ZnSO4.7H2O 0,30 C H3BO3 0,15 10 KI 0,075 CuSO4. 5H2O 0,001 Na2MoO4 0,025 D Fe2(SO4)3 0,25 10 E Thiamine 0,01 10 Pyridoxin 0,01 4.1.2. Choïn moâ vaø xöû lyù moâ: Veà nguyeân taéc, tröø nhöõng moâ ñaõ hoùa goã coøn laïi taát caû caùc moâ cuûa thöïc vaät ñeàu coù theå duøng laøm moâ caáy. Tuy nhieân nhöõng moâ ñang sinh tröôûng maïnh nhö moâ phaân sinh ngoïn, choùp reã, phoâi ñang phaùt trieån, moâ thòt quaû non, laù non, cuoáng hoa, .. khi ñaët trong moâi tröôøng nuoâi caáy thích hôïp ñeàu coù khaû naêng hình thaønh moâ seïo vaø taùi sinh thaønh caây con hoaøn chænh. Do moâ caây tieáp xuùc vôùi moâi tröôøng ngoaøi neân mang nhieàu vi khuaån, naám beänh, vì vaäy tröôùc khi ñöa vaøo moâi tröôøng dinh döôõng moâ phaûi ñöôïc voâ truøng. Moâ ñöôïc röûa nhieàu laàn döôùi voøi nöôùc, sau röûa nhieàu laàn vôùi nöôùc caát voâ truøng vaø cuoái cuøng laø xöû lyù hoùa chaát dòet khuaån vaø naám. Coù theå xöû lyù moâ vôùi coàn 70% trong 30 giaây tröôùc khi xöû lyù hoùa chaát. Caùc hoùa chaát dieät khuaån vaø naám thöôøng duøng: 27
Taùc nhaân voâ Noàng ñoä Thôøi gian xöû Hieäu quaû truøng lyù % (phuùt) Canxihypochlorit 9 – 10 5 – 30 Raát toát Natri hypochlorit 2 5 – 30 Raát toát Hydroperoxit 10 – 12 5 – 15 Toát HgCl2 0,1 – 1,0 2 – 60 TB 4.1.3. Giai ñoaïn taïo choài, taïo caây, nuoâi caây Ñeå taïo choài, taïo caây vaø nuoâi caây, moâi tröôøng nuoâi caáy caàn coù tyû leä kích thích sinh tröôûng thích hôïp. Moãi loaïi caây cuï theå coù tyû leä kích thích sinh tröôûng rieâng. VD: ñeå taïo choài döùa coù haøm löôïng kích thích sinh tröôûng IBA laø 1ppm, BA(cytokinin): 0,1ppm. Nhìn chung ñeå taïo choài caây caàn ñieàu chænh tyû leä auxin/cytokinin thích hôïp. - Caây hình thaønh nhieàu khi tyû leä (auxin/cytokinin) thaáp. Trong giai ñoaïn naøy caàn ñieàu chænh aùnh saùng cho thích hôïp (4000 lux), thôøi gian chieáu saùng khoaûng 10 h/ ngaøy, nhieät ñoä thích hôïp töø 26 – 280C. Sau giai ñoaïn taïo caây con, caây con ñöôïc taùch ra vaø caáy vaøo bình tam giaùc 250 ml chöùa moâi tröôøng dinh döôõng. Trong gia ñoaïn naøy, chaát kích thích sinh tröôûng coù aûnh höôûng raát lôùn ñeán söï hình thaønh vaø phaùt trieån reã. Trong giai ñoaïn naøy auxin thöôøng cao ñeå kích thích taïo reã. Soá löôïng caây trong moät bình tuøy theo moãi loaïi caây, khi caây con ñaït kích thöôùc nhaát ñònh thì chuyeån caây con sang vöôøn öôm. 4.1.4. Giai ñoaïn vöôøn öôm Caây con ñang soáng trong ñieàu kieän lyù töôûng veà dinh döôõng, aåm ñoä, aùnh saùng vaø hoaøn toaøn voâ truøng neân khi chuyeån ra vöôøn öôm ôû ñieàu kieän töï nhieân neân deã bò “soác” vaø cheát nhieàu. Ñeå haïn cheá tyû leä cheát caây con caàn ñöôïc chaêm soùc chu ñaùo. Chaát neàn cho caây con thöôøng duøng laø ñaát boät, caùt, traáu, muøn cöa muïc, tro hoaëc xô döøa. Chaát neàn caàn ñöôïc xöû lyù thuoác tröø naám beänh tröôùc nhö zinep, furazan. Vöôøn öôm ñöôïc thieát keá phuû baèng nhöïa PVC, aùnh saùng phaûi ñieàu chænh cho thích hôïp tuyø loaïi caây, tuoåi caây. Giai ñoaïn ñaàu aùnh saùng 5000 – 10000 lux, sau ñoù taêng daàn.Töôøi baèng caùch phun söông vaø theo doõi, phun thuoác ñònh kyø. 28
4.2. Coâng ngheä sinh hoïc trong caûi taïo gioáng caây troàng Nhôø nhöõng hieåu bieát môùi veà di truyeàn, sinh lyù thöïc vaät maø phöông phaùp lai taïo gioáng truyeàn thoáng cuõng thu ñöôïc nhöõng thaønh töïu röïc rôõ, laøm taêng ñaùng keå naêng suaát caây troàng, cöùu ñoùi haøng tyû ngöôøi treân haønh tinh. Ví duï: trong voøng 30 naêm qua nhôø taïo ra caùc gioáng ngoâ lai maø naêng suaát ngoâ trong 30 naêm qua ñaõ taêng töø 12 taï/ha leân 100 taï /ha. Hieän nay moät soá gioáng ngoâ lai troàng ôû Vieät nam nhö Cargill (Myõ), LVN 10 (Vieät nam) coù theå cho naêng suaát 100 taï/ha. Naêng suaát luùa mì moãi naêm taêng 1taï/ha. Moät ñaëc ñieåm quan troïng cuûa gioáng lai laø khoâng theå söû duïng caùc haït lai laøm gioáng trôû laïi do ñoù phaûi mua gioáng moãi vuï(vì bò phaân ly tính traïng hoaëc caùc coâng ty gioáng nöôùc ngoaøi ñaõ chuyeån gen gaây cheát vaøo gioáng lai, do ñoù haït lai khoâng coù khaû naêng naåy maàm). Hieän nay thò tröôøng haït gioáng lai haøng naêm thu treân 20 tæ USD. Qui trình lai taïo gioáng ngoâ lai ôû Myõ hieän nay laø taïo ra caùc gioáng ngoâ lai cuûa 4 doøng töï phoái (inbreeding). Khi caùc doøng töï phoái nhieàu ñôøi seõ laøm giaûm söùc soáng vaø naêng suaát nhöng laïi taïo ñöôïc caùc doøng thuaàn (ñoàng hôïp töû). Caùc doøng töï phoái khi lai vôùi nhau seõ taïo ra con lai coù öu theá lai. Qui trình nhö sau (Theo Primrose 1991) Doøng A Doøng B Doøng C Doøng C Caû 4 doøng cho töï thuï nhieàu ñôøi ñeå taïo doøng ñoàng hôïp töû. Töï thuï Töï thuï Töï thuï Töï thuï Ñoàng Ñoàng Ñoàng Ñoàng hôïp töû hôïp töû hôïp töû hôïp töû Doøng A Doøng B Doøng C Doøng D Caû 4 doøng Ñeàu cho naêng suaát thaáp Thuï phaán cheùo Thuï phaán cheùo Taïo theå lai maïnh hôn Theå lai Theå lai I II Moät coâng ngheä lai taïo gioáng môùi laø taïo caùc caây ñôn Lai hai theå lai ñeå taïo “ngoâ lai” boäi (n) baøng phöông phaùp nuoâi caáy haït phaán, hoaëc nhuî GIOÁNG NGOÂ LAI 29
caùi. Caây ñôn boäi thì baát thuï, nhöng sau khi xöû lyù colchicine ñeå nhaân ñoâi nhieãm saéc theå ta thu ñöôïc caây höõu thuï chöùa hai boä nhieãm saéc theå töông ñoàng coù tính traïng oån ñònh. Ôû Trung quoác, hieän caùc gioáng luùa lai cuõng ñöôïc taïo ra baèng phöông phaùp naøy. Hieän nay vieät nam cuõng troàng haøng traêm ngaøn ha luùa lai cuûa Trung quoác, goùp phaàn taêng naêng suaát vaø saûn löôïng luùa trong moät vaøi naêm gaàn ñaây. Moät coâng ngheä lai taïo gioáng coù nhieàu trieån voïng laø dung hôïp teá baøo traàn (protoplast fusion). Öu ñieåm cuûa phöông phaùp naøy laø khoâng chæ di truyeàn nhöõng ñaëc tính di truyeàn cuûa nhieãm saéc theå cuûa nhaân maø coøn di truyeàn teá baøo chaát, bao goàm caùc ñaëc tính chuyeân hoaù cuûa ty theå, laïp theå. Nhöõng baøo quan naøy mang höõng ñaëc tính noâng hoïc quan troïng nhö quang hôïp, hoâ haáp, tính voâ sinh ñöïc, tính chòu haïn, chòu beänh taät, thuoác dieät coû, … 4.3. Thöïc vaät chuyeån gen (Transgenic plant) Kyõ thuaät di truyeàn trong nhöõng naêm gaàn ñaây ñaõ ñaït ñöôïc nhöõng thaønh töïu to lôùn vaø ñaõ mang laïi nhieàu trieån voïng cho söï phaùt trieån cuûa ngaønh noâng nghieäp hieän ñaïi nhö caùc gioáng caây chuyeån gen, vaät nuoâi chuyeån gen. So vôùi caùc phöông phaùp lai truyeàn thoáng keå treân, kyõ thuaät chuyeån gen vaøo thöïc vaät coù nhieàu öu theá: - Cho pheùp ñöa vaøo thöïc vaät nhöõng gen laï, thaäm chí nhöõng gen naøy coù nguoàn goác töø ñoäng vaät hay vi sinh vaät. - Taïo ra nhöõng gioáng caây troàng maø hoaøn toaøn khoâng theå coù trong töï nhieân, ñaëc bieät laø caùc tính traïng chaát löôïng nhö haøm löôïng cao protein, raát khoù ñaït ñöôïc baèng con ñöôøng lai taïo truyeàn thoáng, taïo ra caùc caây troàng khaùng beänh, saâu, chòu haïn, … Trong chuyeån gen ôû thöïc vaät coù hai loaïi vector thöôøng duøng ñeå chuyeån gen laø caùc vector virus thöïc vaät vaø plasmid Ti cuûa vi khuaån Agrobacterium tumefaciens. Ngoaøi ra ñeå chuyeån gen ôû thöïc vaät ngöôøi ta coøn söû duïng phöông phaùp dung hôïp teá baøo traàn, phöông phaùp baén gen. 30
Sô ñoà chuyeån gen vaøo thöïc vaät nhôø plasmid Ti. Caùc gen ñöôïc chuyeån thöôøng mang caùc tính traïng sau: + Tính khaùng thuoác dieät coû, vi rus vaø coâng truøng: Caùc loaïi thuoác dieät coû thöôøng taán coâng vaøo heä thoáng quang hôïp vaø sinh toång hôïp protein, amino acid do ñoù khoâng phaân bieät ñöôïc caây troàng hay coû daïi. Ngöôøi ta ñaõ chuyeån gen aroA maõ hoaù cho enzyme 5-enolpyruvylshikimate-3-phosphate synthetase (EPSP) coù khaû naêng phaân giaûi, voâ hieäu hoaù thuoác dieät coû glyphosate cho caây thuoác laù. Chuyeån gen maõ hoaù cho enzyme phosphinothricin acetyltransferase coù khaû naêng khöû ñoäc phosphinothricin (PPT) taïo ra caây khaùng PPT vaø Bialaphos. Ngöôøi ta ñaõ chuyeån gen BT ( maõ hoaù cho tinh theå protein ñoäc vôùi saâu tô cuûa vi khuaån Bacillus thuringiensis), hoaëc chuyeån gen saûn sinh chaát öùc cheá trypsin coù khaû naêng khaùng laïi nhieàu loaïi coân truøng. Caùc thöïc vaät chuyeån gen khaùng saâu, beänh seõ haïn cheá vieäc söû duïng caùc loaïi thuoác tröø saâu, beänh, giaûm chi phí vaø baûo veä moâi tröôøng. + Taêng haøm löôïng vaø chaát löôïng protein: Caùc loaïi thöïc phaåm hieän nay nhö boät baép, boät ñaäu naønh coù haøm löôïng protein chöùa löu huyønh thaáp (laøm haïn cheá saûn löôïng loâng cuûa cöøu), ngaøy nay ngöôøi ta ñaõ chuyeån gen maõ hoaù cho moät loaïi protein giaøu löu huyønh cho coû (protein coù methionine cao, 8%). Thaumatin laø moät protein coù ñoä ngoït gaáp 10.000 laàn so vôùi ñöôøng töø caây Thaumatococcus danielli, ngöôøi ta ñaõ phaân laäp ñöôïc gen naøy vaø chuyeån cho khoai taây, taïo ra caây khoai taây töø thaân, laù, cuû ñeàu ngoït. + Taïo caây chuyeån gen coù khaû naêng saûn xuaát protein môùi: Ngöôøi ta ñaõ taïo ra hai loaïi thuoác laù coù khaû naêng toång hôïp khaùng theå (immunoglobulin), caây thuoác laù chuyeån gen naøy coù khaû naêng toång hôïp khaùng theå raát cao vaø coù hoaït tính sinh hoïc (1,3 % protein cuûa laù laø khaùng theå). + Taïo caây chuyeån gen coù nöõng ñaëc tính quí: ngöôøi ta chuyeån gen maõ hoaù cho nhöõng tính traïng quí nhö gen baát thuï ñöïc cho ngoâ ñeå giaûm coâng beû côø trong coâng taùc lai taïo gioáng ngoâ. Ngöôøi ta cuõng chuyeån gen chòu haïn cho caây, chuyeån gen nif (Nitrogen fixation) laø gen coá ñònh ñaïm cho caây ñeå caây coù khaû naêng töï toång hôïp ñaïm töø N khoâng khí, goùp phaàn giaûm chi phí boùn ñaïm, baûo veä ñaát. 4.4. Phaân sinh hoïc vaø kieåm soaùt sinh hoïc (Biofertilization and Biocontrol). 4.4.1. Phaân sinh hoïc 31
4.4.1.1. Vi sinh vaät coá ñònh ñaïm Dinh döôõng quan troïng nhaát cho caây troàng noâng nghieäp laø nguoàn ñaïm. Phaân ñaïm hoaù hoïc hieän nay ñöôïc saûn xuaát theo qui trình cuûa Haber-Bosch (1995, saûn xuaát > 80 trieäu taán treân toaøn theá giôùi). Ñaây laø moät qui trình coâng ngheä ñoøi hoûi ñaàu tö lôùn, tieâu toán raát nhieàu naêng löôïng neân haøng naêm theá giôùi phaûi chi tôùi 20 tyû USD ñeå saûn suaát phaân ñaïm. Trong khi ñoù N trong khoâng khí chieám tôùi 4.1015 taán, nhöng ñaây laø daïng N caây troàng khoâng söû duïng ñöôïc. Tuy nhieân raát nhieàu vi sinh vaät coù khaû naêng coá ñònh N, coù khaû naêng chuyeån N2 cuûa khoâng khí thaønh daïng NH4+ caây troàng söû duïng ñöôïc. Caùc vi sinh vaät coá ñònh N (BNF, Biological Nitrogen Fixation) coù theå cung caáp tôùi 65% nhu caàu ñaïm cho noâng nghieäp. Vi khuaån coá ñònh N coäng sinh vôùi caây hoï ñaäu Rhizobium, Bradyrhizobium, Azospirillum, vi khuaån coá ñònh N töï do nhö Azotobacter. Gaàn ñaây caùc nhaø khoa hoïc coøn phaùt hieän nhieàu vi khuaån coá ñònh ñaïm coäng sinh reã luùa nhö Azoarcus, ñaây laø vi khuaån coá ñònh ñaïm coù hieäu suaát raát cao laïi khoâng söû duïng hydratcarbon, chæ caàn raát ít amino acid cuûa caây chuû. Hoaëc ôû mía coù vi khuaån Herbaspirillum, cuøng vôùi Acetobacter ñaõ cung caáp tôùi 70% nhu caàu ñaïm cho caây. Lôïi duïng caùc vi khuaån treân ngöôøi ta saûn xuaát caùc loaïi phaân vi sinh coù soá löôïng teá baøo vi khuaån cao ñeå söû lyù haït, reã hoaëc boùn vaøo ñaát ñeå laøm taêng naêng suaát caây troàng, giaûm ñaùng keå chi phí boùn ñaïm. Moät höôùng quan troïng khaùc laø ngöôøi ta ñaõ xaùc ñònh ñöôïc caùc gen coá ñònh ñaïm laø nif vaø coù höôùng chuyeån cho luùa vaø caùc caây troàng khaùc khoâng phaûi caây hoï ñaäu. 4.4.1.2. Vi sinh vaät phaân giaûi vaø vaän chuyeån dinh döôõng cho caây Mycorrhizae laø caùc loaøi naám coù söï lieân keát chaët cheõ vôùi reã caây, thuoäc nhoùm naám Zygomycetes vaø Glomales. Caùc Mycorrhizae soáng trong reã caây, nhöng heä sôïi naám laïi phaùt trieån maïnh naèm ngoaøi reã, chuùng coù vai troø haáp thuï vaø vaän chuyeån nhöõng dinh döôõng khoaùng ôû daïng coá ñònh (khoù tan). Mycorrhizae coù khaû naêng cung caáp cho caây P, S, K, Ca, N. Ngoaøi ra moät soá vi khuaån Mycobacterium, Pseudomonas, Bacillus, coù khaû naêng chuyeån daïng phospho khoù tieâu [Ca3(PO4)2] thaønh daïng phospho deã tieâu. Khi troàng caây vôùi caùc vi khuaån naøy seõ laøm taêng söï haáp thu phospho töø 30-50%. 4.4.2. Kieåm soaùt sinh hoïc saâu beänh 32
Kieåm soaùt sinh hoïc laø söû duïng caùc vi sinh vaät voâ haïi vôùi caây troàng nhöng coù khaû naêng öùc cheá caïnh tranh, hoaëc taïo ra caùc loaïi ñoäc toá nhö khaùng sinh, tinh theå protein ñoäc toá ñeå tieâu dieät naám, vi khuaån gaây beänh vaø coân truøng gaây haïi. Ngoaøi ra coøn coù vieäc söû duïng caùc cheá phaåm sinh hoïc, caûm öùng vaø taêng cöôøng cô cheá töï baûo veä cuûa thöïc vaät. Caùc tieán boä trong lónh vöïc naøy ñaõ haïn cheá vieäc söû duïng caùc loaïi thuoác hoaù baûo veä thöïc vaät, vöøa giaûm chi phí, taïo caân baèng sinh thaùi vaø laøm saïch moâi tröôøng vì haàu heát caùc loaïi thuoác hoaù baûo veä thöïc vaät ñeàu laø caùc chaát ñoäc vôùi ngöôøi vaø laø nguyeân nhaân gaây ung thö. + Söû duïng caùc loaøi Trichoderma spp coù theå laøm tan vi khuaån gaây beänh thöïc vaät, kyù sinh, cuoán quanh sôïi naám beänh vaø laøm tan vaùch teá baøo naám. Trichoderma coù theå khaùng caùc loaïi beänh reã, thaân caây troàng do naám Fusarium, Rhizotocnia, Sclerotium vaø Pythium gaây ra. + Söû duïng moät soá cheá phaåm sinh hoïc nhö chitosan, chitin, caùc oligoglucosamin phun cho caây. Caùc cheá phaåm naøy coù khaû naêng caûm öùng taêng cöôøng khaû naêng toång hôïp enzyme chitinase, β-glucanase, phytoalexins cuûa caây. Caùc enzyme naøy coù khaû naêng laøm tan vaùch teá baøo naám vaø vi khuaån vaø naám khi xaâm nhieãm vaøo thöïc vaät. Gaàn ñaây baèng kyõ thuaät di truyeàn ngöôøi ta chuyeån gen ChiA maõ hoaù cho toång hôïp enzyme chitinase cho E.coli ñeå öùc cheá beänh Sclerotium rolfsii vaø Rhizotocnia meliloti. + Söû duïng vi khuaån Bacillus thuringensis saûn xuaát thuoác tröø saâu sinh hoïc, ñaëc hieäu vôùi caùc loaïi saâu aên laù nhö saâu tô. Söû duïng moät soá naám kyù sinh, virus gaây beänh treân coân truøng cuõng raát hieäu qua,û coù khoaûng treân 100 loaøi vi khuaån, naám, virus coù khaû naêng gaây nhieãm vôùi coân truøng saâu haïi. Tuy nhieân chæ coù khoaûng 10 loaøi laø ñaõ ñöôïc söû duïng thöông maïi hoaù ñeå saûn xuaát thuoác tröø saâu sinh hoïc nhö baûng 4. Vi sinh vaät Coân truøng bò Caây troàng, moâi tröôøng haïi söû duïng 33
Vi khuaån Bacillus Röøng, ñoàng ruoäng thuringen sis Bacillus sphaericu s Ngoaøi ra ngöôøi ta coøn söû duïng coân truøng bò xöû lyù baát duïc ñöïc (baèng phoùng xaï, ñoät bieán) ñeå kieåm soaùt saâu haïi. 4.5. Coâng ngheä sinh hoïc trong chaên nuoâi 4.5.1. Kyõ thuaät caáy chuyeån phoâi Moät thaønh coâng laø kyõ thuaät chuyeån phoâi ôû boø, tröùng ñöôïc thuï tinh trong oáng nghieäm vaø ñöôïc nuoâi caáy taïo thaønh phoâi. Phoâi ñöôïc ñoâng laïnh vaø baûo quaûn laâu daøi trong nitrogen loûng (-1960C). Phoâi sau ñoù seõ ñöôïc chuyeån vaøo töû cung cuûa boø caùi ñeå mang thai hoä vaø sinh ñeû bình thöôøng khi caàn thieát. - Kyõ thuaät caáy phoâi coù öu ñieåm trong nhaäp noäi gioáng, vaän chuyeån ñôn giaûn, kinh teá vaø khi phoâi ñöôïc caáy vaøo töû cung cuûa boø caùi ñòa phöông thì con gioáng deã daøng thích nghi vôùi ñieàu kieän cuûa nöôùc baûn ñòa. - Kyõ thuaät caáy chuyeån phoâi ñöôïc öùng duïng ñeå caûi thieän vaø phaùt trieån gioáng boø toát coù khaû naêng khaùng beänh. - Kyõ thuaät caáy chuyeån phoâi cho pheùp taïo ra gia suùc sinh hai, sinh ba hoaëc nhieàu hôn theo yù muoán baèng caùch caáy nhieàu phoâi hoaëc chia phoâi thaønh nhieàu phaàn, moãi phaàn seõ sinh tröôûng thaønh moät con coù ñaëc ñieåm di truyeàn gioáng heät nhau. - Kyõ thuaät caáy chuyeån phoâi khi keát hôïp vôùi kyõ thuaät choïn loïc tinh truøng, thuï tinh nhaân taïo hoaëc xaùc ñònh nhanh giôùi tính cuûa phoâi coù theå chuû ñoäng löïa choïn giôùi tính cuûa con gioáng tuyø theo muïc ñích chaên nuoâi. Ví duï: neáu nuoâi boø laáy thòt thì caàn boø gioáng ñöïc, ngöôïc laïi nuoâi boø laáy söõa thì choïn gioáng caùi. - Ngoaøi boø, kyõ thuaät caáy chuyeån phoâi cho traâu, deâ cuõng khaù thònh haønh ôû aán ñoä. Trung quoác, Ai caäp ñang söû duïng kyõ thuaät naøy ñeå caûi taïo ñaøn boø. Vieät nam kyõ thuaät naøy cuõng ñaõ ñöôïc nghieân cöùu vaø aùp duïng hôn 10 naêm qua. 4.5.2. Saûn xuaát nhöõng cheá phaåm taêng tröôûng vaø phoøng chöõa beänh gia suùc 34
Trong chaên nuoâi beänh dòch luoân laø moái lo ngaïi cuûa caùc nhaø chaên nuoâi. Ñeå haïn cheá beänh dòch bieän phaùp hieäu quaû laø söû duïng vaccin. Theo phöông phaùp truyeàn thoáng, vaccin laø vi sinh vaät gaây beänh bò baát hoaït baèng hoaù chaát, nhieät, … nhöng chaát löôïng khoâng oån ñònh vaø do virus ña chuûng loaïi neân nhieàu khi moãi ñòa phöông laïi phaûi coù moät vaccin rieâng nhö beänh lôû moàm long moùng ôû ñoäng vaät moùng guoác. Hieän nay nhôø söï phaùt trieån cuûa kyõ thuaät di truyeàn ñaõ taïo ra caùc vaccin theá heä môùi raát an toaøn, hieäu quaû cao. Ví duï : virus gaây beänh lôû moàm long moùng laø RNA virus, voû protein coù 4 phaân ñoaïn laø VP1, VP2, VP3 vaø VP4. Ngöôøi ta phaùt hieän ñöôïc VP1 laø protein kích thích taïo khaùng theå, do ñoù gen maõ hoaù cho protein naøy ñöa vaøo E.coli baèng plasmid pBR322 vaø saûn xuaát haøng loaït vaccin. Vaccin taùi toå hôïp raát oån ñònh, thaäm chí ôû 1000C vaãn coøn hieäu löïc. Ngoaøi vaccin phoøng beänh lôû moàm long moùng, moät soá vaccin theá heä môùi ñöôïc saûn xuaát baèng kyõ thuaät taùi toå hôïp ñaõ ñöôïc tung ra thò tröôøng nhö: vaccin beänh Newcatle gia caàm (beänh cuùm gaø), vaccin beänh soát ôû lôïn, vaccin beänh caàu truøng, … Ngoaøi ra kyõ thuaät di truyeàn ñaõ saûn xuaát hormon taêng tröôûng ôû boø vaø söû duïng roäng raõi ñeå taêng saûn löôïng boø thòt, giaûm chi phí thöùc aên, kích thích taêng tröôûng gaø, lôïn cuõng ñöôïc saûn xuaát haøng loaït bôûi caùc coâng ty coâng ngheä sinh hoïc Genetech, Biogene (Myõ) baèng kyõ thuaät chuyeån gen vaøo E. coli. Kích thích taêng tröôûng ôû lôn laøm giaûm tyû leä môû ñi 70%, giaûm chi phí thöùc aên 30%. 4.5.3. Ñoäng vaät chuyeån gen (transgenic animal) Ñoäng vaät chuyeån gen ñaàu tieân ñöôïc taïo ra bôûi Gordon vaø Ruddle treân ñoái töôïng laø chuoät (1980). Ngaøy nay kyõ thuaät chuyeån gen cho ñoäng vaät ñöôïc thöïc hieän chuû yeáu baèng phöông phaùp vi tieâm DNA vaøo phoâi ñoäng vaät (microinjection), hieäu quaû cuûa kyõ thuaät naøy laø töø 1-4% . Phöông phaùp naøy ñöôïc thöïc hieän cho ngöïa, cöøu, lôïn, vaø deâ (1991, 1992, 1993, 1994). Caùc ñoäng vaät chuyeån gen chuû yeáu ñeå saûn xuaát nhöõng protein ñaëc bieät quí hieám cuûa ngöôøi trong saûn phaåm söõa vaät nuoâi. Baûng 4.1: Moät soá saûn phaåm protein trong söõa cuûa ñoäng vaät chuyeån gen ( First, 1998). 35
Teân coâng ty Chöông trình nghieân cöùu saûn xuaát American Red Cross Protein C cuûa ngöôøi trong söõa cuûa lôïn Cell Genesys Saûn xuaát khaùng theå ñôn doøng trong chuoät DNX Hemoglobin ngöôøi trong maùu lôïn GenPharm International Protein ñaëc bieät cuûa söõa ngöôøi lactoferrin Genzyme Albumin huyeát thanh ngöôøi Khaùng theå ñôn doøng 36