Đang tải... (xem toàn văn)
Bài tiểu luận môn Công nghệ sinh học thực phẩm với đề tài Chống lại côn trùng hại nông sản phẩm, được thực hiện bởi nhóm sinh viên khoa CNTP tại Học viện Nông nghiệp Việt Nam. Bài tiểu luận với mục đích tham khảo, mong các bạn bỏ qua những thiếu sót của chúng tớ.
HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM = = = = = = = = TIỂU LUẬN Môn học: Công nghệ sinh học thực phẩm Chủ đề: Chống lại côn trùng hại nông sản phẩm GVHD: Nguyễn Thị Lâm Đồn Nhóm: 2_ Thứ 2_Tiết 6-8 Hà Nội, 2/2019 CÁC THÀNH VIÊN TRONG NHÓM STT Mã sinh viên Họ tên 636675 Phạm Quang Vinh ( nhóm trưởng) K63CNTPF 636609 Nguyễn Thị Duyên K63CNTPF 636611 Đặng Thu Giang K63CNTPF 636613 Đoàn Thị Ngọc Hà K63CNTPF 636612 Vũ Thu Hà K63CNTPF 636617 Ngô Quang Hải K63CNTPF 636122 Nguyễn Thị Hồng Hạnh K63CNTPA 636621 Phạm Thị Hạnh K63CNTPF 636620 Phùng Thị Hạnh K63CNTPF 10 636618 Trương Thị Hạnh K63CNTPF Lớp MỤC LỤC PHẦN 1: MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Đối tượng phạm vi nghiên cứu .6 1.3 Mục đích nghiên cứu PHẦN 2: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 2.1 Tổng quan vấn đề nghiên cứu 2.1.1 Khái niệm 2.2 Các phương pháp chuyển gene thực vật 2.2.1 Phương pháp chuyển gene trực tiếp 2.2.2 Phương pháp chuyển gene gián tiếp 15 2.3 Quy trình chuyển gene 16 2.4 Thành tựu 19 2.5 Đánh giá 21 2.5.1 Lợi ích .21 2.5.2 Nguy hạn chế 25 2.6 Thực trạng .28 2.6.1 Trên giới 28 2.6.2 Việt Nam 29 PHẦN 3: PHẦN KẾT LUẬN 34 PHẦN 1: MỞ ĐẦU Cây trồng biến đổi gene (Genetically Modified Crop - GMC) loại trồng lai tạo cách sử dụng kỹ thuật cơng nghệ sinh học đại, hay cịn gọi kỹ thuật di truyền, công nghệ gene hay công nghệ DNA tái tổ hợp, để chuyển gene chọn lọc để tạo trồng mang tính trạng mong muốn Về mặt chất, giống lai từ trước đến (hay gọi giống truyền thống) kết trình cải biến di truyền Điểm khác biệt giống lai truyền thống giống chuyển gene gene (DNA) chọn lọc cách xác dựa khoa học công nghệ đại chuyển vào giống trồng để đem lại tính trạng mong muốn cách có kiểm sốt 1.1 Đặt vấn đề Các trồng nơng nghiệp đóng vai trị quan trọng phát triển thúc đẩy văn minh Các trồng cung cấp thức ăn bền vững cho người, cho động vật, sợi cho xây dựng quần áo, thuốc men, dược phẩm, nước hoa, hóa chất cho q trình sản xuất cơng nghiệp, lượng để nấu nướng sưởi ấm gần nhất, sinh khối để đáp ứng nhu cầu ngày tăng nhiên liệu phục vụ vận tải Bên cạnh đó, trồng cịn đóng vai trị chủ yếu mặt mơi trường việc ngăn ngừa xói mịn đất, tăng cường mức oxy khí quyển, giảm phát tán CO2 từ việc đốt than đá, làm giàu đất nito, mà chúng quay vòng theo chu kỳ đất khí Nếu dân số tiếp tục tăng dự đốn, 50 năm tới cần phải sản xuất thêm thức ăn cho người, thức ăn cho động vật sợi so với thời gian toàn lịch sử loài người sản xuất trồng giảm dần Nhưng bên cạnh việc phát triển trồng phát triển sâu bệnh hại trồng ngày phức tạp khó kiểm sốt Điều đặt số thách thức chủ yếu cho nông nghiệp kỷ XXI: - Cần tạo giống trông kháng lại sâu bệnh - Cần nghiên cứu tạo loại gene kháng sâu bệnh loại trồng chủ đạo - Những trồng cần phát triển để sinh sơi nảy nở điều kiện khắc nghiệt cho đất màu mỡ sử dụng để trồng quan trọng, mùa vụ trồng cần phải kéo dài sản lượng không bị giảm hạn hán, thời tiết nóng, lạnh tác động khác - Những ảnh hưởng đến môi trường nông nghiệp việc sử dụng thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ phân bón cần phải giảm bớt Ví dụ trồng cần biến đổi để chịu bệnh dịch, để hấp thu có hiệu chất dinh dưỡng đất, cạnh tranh với cỏ dại việc hút nước hấp thụ ánh sáng mặt trời Những lương thực cần tối ưu hóa để phục vụ sức khỏe dinh dưỡng người, cung cấp vitamin thiết yếu, acid amin protein nhằm giúp xóa bỏ tình trạng suy dinh dưõng bệnh tật Những thách thức đòi hỏi phải áp dụng kỹ thuật nhân giống phân tử tinh vi mà có, việc phát triển kỹ thuật Tuy nhiên chưa có thời kỳ sơi động cho ngành sinh học trồng nông nghiệp, cách mạng công nghệ tạo kỷ nguyên gen cho hội để thực mục tiêu thời gian hai thập kỷ tới sớm Chính vậy, việc ứng dụng thành tựu công nghệ sinh học vào sản xuất nông nghiệp đã, lựa chọn tất yếu nhằm đáp ứng nhu cầu lương thực, thực phẩm người tồn cầu Trên sở thực tiễn đó, chọn đề tài: “Chống lại côn trùng hại nông sản phẩm” làm đề tài tiểu luận môn Công nghệ Sinh học thực phẩm 1.2 Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng: loại trồng biến đổi gene Phạm vi: đề cập đến số vai trò thực vật biến đổi gene lĩnh vực sản xuất nông nghiệp để chống lại côn trùng sâu bệnh gây hại 1.3 - Mục đích nghiên cứu Duy trì mở rộng đa dạng sinh học (biodiversity) - Tăng suất, tăng khả phòng chống loại sâu bệnh - Cải thiện khả cung cấp dinh dưỡng đáp ứng đòi hỏi cao chất lượng sản phẩm trồng - Tạo sản phẩm không gây hại cho môi trường - Tăng cường tổng hợp hợp chất có hoạt tính sinh học Công nghệ biến đổi gene áp dụng nhiều loại trồng chủ đạo có giá trị kinh tế cao thu nhiều thành tựu mang tính đột phá Cây trồng chuyển gene (CTCG) mang lại nhiều lợi ích cho nhà sản xuất người tiêu dùng PHẦN 2: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 2.1 Tổng quan vấn đề nghiên cứu 2.1.1 Khái niệm Chuyển gene (transgenesis) đưa đoạn DNA ngoại lai vào genome thể đa bào, sau đoạn DNA ngoại lai có mặt hầu hết tế bào truyền lại cho hệ sau Vì khái niệm chuyển gen sử dụng cho thực vật động vật Nấm men, vi khuẩn tế bào nuôi cấy mang đoạn DNA ngoại lai gọi tế bào tái tổ hợp (recombinant cell) tế bào biến nạp (transformed cell) Thực vật chuyển gene thực vật có gene ngoại lai (gene chuyển) xen vào DNA genome Gene ngoại lai phải truyền lại cho tất tế bào, kể tế bào sinh sản mầm Nếu dòng tế bào mầm bị biến đổi, tính trạng bị biến đổi truyền cho hệ thơng qua q trình sinh sản bình thường Nếu có dịng tế bào sinh dưỡng bị biến đổi, có thể mang tế bào sinh dưỡng bị ảnh hưởng khơng di truyền lại cho hệ sau Việc chuyển gene ngoại lai vào động vật (thực vật) thành công gene di truyền lại cho hệ sau Cây trồng chuyển gene biến đổi vật chất di truyền, tiếp nhận thêm gene mới, kết xuất tính trạng tác động môi trường 2.1.2 Một số vấn đề sinh học ảnh hưởng đến q trình chuyển gene Khơng phải tồn tế bào thể tính tồn (totipotency) Các khác có phản ứng khơng giống với xâm nhập gene ngoại lai Cây biến nạp tái sinh từ tế bào có khả tái sinh khả thu nhận gene biến nạp vào genome Mô thực vật hỗn hợp quần thể tế bào có khả khác Cần xem xét số vấn đề như: có số tế bào có khả biến nạp tái sinh Ở tế bào khác, có hai trường hợp xảy ra: số tế bào tạo điều kiện phù hợp trở nên có khả năng, số khác hồn tồn khơng có khả biến nạp tái sinh Thành phần quần thể tế bào xác định loài, kiểu gene, quan, giai đoạn phát triển mô quan Thành tế bào ngăn cản xâm nhập DNA ngoại lai Vì thế, chuyển gene vào tế bào có thành cellulose thơng qua Agrobacterium, virus bắn gene phải phá bỏ thành tế bào để chuyển gene phương pháp xung điện, siêu âm vi tiêm Khả xâm nhập ổn định gene vào genome không tỷ lệ với biểu tạm thời gene Các DNA (trừ virus) xâm nhập vào genome tế bào vật chủ chưa đảm bảo liên kết ổn định với genome Các DNA (trừ virus) không chuyển từ tế bào sang tế bào kia, nơi mà đưa vào Trong đó, DNA virus xâm nhập vào genome chủ lại không liên kết với genome mà chuyển từ tế bào sang tế bào khác ngoại trừ mô phân sinh (meristem) 2.1.3 Hướng nghiên cứu trồng kháng côn trùng gây bệnh Có nhiều hướng nghiên cứu loại trồng chuyển gene sâu vào hướng nghiên cứu kháng côn trùng, sâu bệnh hại trồng Cây trồng chuyển gene kháng côn trùng phá hoại Sử dụng hóa chất để phịng trừ sâu bọ côn trùng vừa đắt tiền vừa tác động xấu đến môi trường Các trồng bông, ngô khoai tây chuyển gene sản xuất thương mại biểu độc tố Bacillus thuringensis (Bt) để tạo tính kháng trùng loại nhai-nghiền (chewing insects) Vi khuẩn B thuringensis tổng hợp protein δ- endotoxin tinh thể mã hóa gene Cry Khi côn trùng ăn vào bụng, prototoxins bị đứt gãy dày kiềm côn trùng để tạo thành độc tố hoạt động Các liên kết tạo receptor đặc trưng tế bào biểu mô ruột làm thành lỗ chân lông cuối gây chết côn trùng 2.2 Các phương pháp chuyển gene thực vật 2.2.1 Phương pháp chuyển gene trực tiếp Các phương pháp chuyển gene trực tiếp bao gồm: - Chuyển gene trực tiếp súng bắn gene - Chuyển gene trực tiệp xung điện - Chuyển gene trực tiếp nhờ hóa chất - Chuyển gene trực tiếp qua ống phấn - Chuyển gen trực tiếp vi tiêm 2.2.1.1 Chuyển gene trực tiếp súng bắn gen Khái niệm: Súng bắn gene (Gene gun) thiết bị sử dụng để đưa thông tin di truyền vào tế bào, thiết kế cho biến nạp DNA ngoại lai vào tế bào thực vật Ngun tắc chung: Sử dụng viên đạn có kích thước nhỏ tỷ trọng cao để đạt gia tốc cao, tác dụng lực nén xuyên qua vỏ màng tế bào đưa lớp AND bọc vào tế bào tiếp cận với gene tế bào Ưu điểm: - Dễ dàng tiến hành - Có thể chuyển gene vào nhiều loại tế bào mô - Bắn vào lần nhiều thiết bị - Qúa trình chuyển gene nhanh, thao tác đơn giản - Các vector mang gene tái tổ hợp đơn giản cần lượng vector nhỏ Nhược điểm: - Địi hỏi thiết bị đắt tiền (khơng phải phịng thí nghiệm đầu tư) - Có thể gây xáo trộn trật tự đối tượng chuyển gene - Tần số biến nạp ổn định thấp 2.2.1.2 Chuyển gene xung điện Khái niệm: Chuyển gene súng điện phương pháp sử dụng xung điện thời gian ngắn để tạo lỗ màng tế bào trần làm cho DNA bên mơi trường xâm nhập vào bên tế bào Quy trình chuyển gene súng điện: 10 sâu chết tất trường hợp chuyển gene, trường hợp đối chứng tỷ lệ sâu chết từ – 14.5% Ngồi ra, nhóm tác giả Niranjan Baisakh, Norman Oliva với Nguyễn Hữu Hồ Nguyễn Văn Uyển thành công việc tạo lúa thơm chuyển gene Jasmine Nàng Hương Chợ Đào kháng sâu Bt sử dụng phương pháp bắn gene Khi thử tính kháng sâu sau tạo chuyển gene thấy tỉ lệ dâu chết lên tới 90 - 100% đối chứng tỉ lệ sâu chết không đáng kể Kết phù hợp với kết số tác giả nghiên cứu trước sử dụng gene Bt để chuyển vào số giống lúa khác IR64, IR72 Bằng phương pháp bắn gene, tác giả Nguyễn Hữu Hổ tạo giống lúa Một Bụi chuyển gene kháng sâu Bt mang gene chyển gene phối hợp cryIA(b) + cryIB(c) Kết thu giống có khả kháng sâu cao giống lúa thí nghiệm - Sử dụng RNAi để diệt côn trùng gây hại cho trồng: Các nhà khoa học Monsanto ve Devgen N.V thực phương pháp có hiệu Báo cáo khoa học cơng bố tạp chí Nature Biotechnology RNAi làm im lặng gene cần thiết của trùng gây hại trồng khiến chúng dừng hấp thu dinh dưỡng làm chết ấu trùng Các nhà khoa học sử dụng RNAi để kiểm soát trùng gây hại rễ bắp (WCR) làm mơ hình cho nghiên cứu Cây chuyển gene có tác dụng với côn trùng gây hại, côn trùng ăn thấy chúng bị chết Việc sử dụng RNAi để kiểm sốt trùng gây hại côn trung bổ sung đáng kể cho chiến lược giống chuyển gene Bt (protein diệt côn trùng) cải bắp, vải đậu nành 20