Nguyên lý cơ bản: Vai Trò Của Công Nghệ Sinh Học Với Sự Phát Triển Của Nền Nông Nghiệp Thế Giới

i khía cạnh: Thứ nhất là quá trình sinh học và thứ hai là sự giới hạn ở mức nhóm tế bào, tế bào và dưới tế bào. Vì vậy, công nghệ sinh học có thể được hiểu đơn giản là công nghệ sử dụng các quá trình sinh học của các tế bào sinh vật (vi sinh, động vật và thực vật) để tạo ra thương phẩm phục vụ cho đời sống con người * Vai trò của công nghệ sinh học trong nông nghiệp: công nghệ sinh học đã và đang từng bước thay đổi nền nông nghiệp của toàn thế giới từ nền nông nghiệp kém hiệu quả,lạc hậu sang nền nông nghiệp tiên tiến thông qua việc nâng cao năng suất và chất lượng cây trồng,vật nuôi,nâng cao hiệu quả nông nghiệp để tăng thu nhập cho lao động nông nghiệp và bảo đảm an ninh lương thực cho sự phát triển của thế giới. Trong nông nghiệp công nghệ sinh học tập trung vào những lĩnh vực chính như chuyển đổi gen mang những tính trạng tốt vào giống cây trồng mà phương pháp chọn giống truyền thống không tạo ra được; tạo giống đồng hợp tử thông qua nuôi cấy túi phấn; ứng dụng kỹ thuật tái tổ hợp DNA; ứng dụng chỉ thị phân tử trong chọn giống cây trồng; phân tích đa dạng di truyền, tạo ra những chế phẩm sinh học trong bảo vệ cây trồng, vật nuôi (thí dụ, vac-xin, thuốc bảo vệ thực vật, KIT chẩn đoán nhanh dịch bệnh, sinh khối lên men vi sinh giàu đạm, giàu vitamin,...), công nghệ chế biến nông sản nhờ vi sinh vật và enzyme, xử lý môi trường thông qua công nghệ phân hủy rác thải và chất ô nhiễm *Trong lĩnh vực trồng trọt: công nghệ sinh học tạo ra những giống cây trồng với: -Khả năng kháng sâu bệnh: Thay vì phun thuốc trừ sâu gây ô nhiễm môi trường ngày nay nhờ công nghệ sinh học các cây trồng được cấy các gien cần thiết để tự bảo vệ mình chống lại sâu bệnh như: Viện lúa ĐBSCL sử dụng STS và SSR marker đánh dấu gen Bph-10 định vị trên nhiễm sắc thể 12, điều khiển tính kháng rầy nâu (BPH 2+). di truyền gen Pi-15, Pi-36, và Pi-37 định vị trên nhiễm sắc thể số 9, 8 và 1, theo thứ tự, điều khiển tính kháng bệnh đạo ôn ở lúa.Giống cây trồng kháng sâu bằng chuyển nạp gen Bt.Các nhà KH từ ĐH Tokyo, Gifu và Viẹn khoa học CNSH nông nghiệp Nhật bản đã phát triển được một giống lúa chuyển gen có hàm lượng vắc xin antihelminthic đáng kể. Giống lúa chuyển gen biểu hiện As16 một antigen bảo vệ chống lại sâu Ascaris suum được hợp nhất với CTB (cholera toxin B subunit). Sâu Ascaris suum là một loại giun tròn đường ruột gây ảnh hưởng cho cả người và động vật và việc lây nhiễm lan rộng ở nhiều vùng trên thế giới. Viện Nghiên cứu và phát triển nông nghiệp Malaysia đã nghiên cứu thành công lúa kháng vi rút tungro, đu đủ kháng vi rút gây bệnh đốm lá. Nhiều cây trồng khác như dứa cũng đang được lai tạo để kháng bệnh nhân đen, chuối và đu đủ để kéo dài thời gian chín, và ớt kháng vi rút… Giống đu đủ kháng bệnh vi-rút đã được khuyến cáo trở thành giống thương mại hóa ở Trung Quốc, từ quý 4 năm 2006. -Năng suất và chất lượng cao: Tiến sĩ Norman Borlaug, khi nhận Giải thưởng Nobel năm 1970, đã nhận xét “loài người phí mất 10 nghìn năm chọn tạo giống mới có được một nền sản xuất nông nghiệp ổn định cho 5 tỷ tấn lương thực mỗi năm. Ngày nay, với công nghệ thao tác gen, người ta chỉ cần 20 năm để tăng gấp đôi sản lượng lương thực với chất lượng cao hơn rất nhiều”. Việc ứng dụng công nghệ sinh học vào trồng trọt làm tăng sản lượng từ 5%-50%. +Ở Việt Nam từ năm 2001 đến năm 2005: LÚA: DT gieo trồng lúa giảm 340.000 ha trong 5 năm, nhưng sản lượng thóc tăng trung bình 700 nghìn tấn / năm, năng suất trung bình 4,89 t/ha. NGÔ: DT gieo trồng 2,16 MT (2001), tăng lên 3,75 MT (2005), với tốc độ tăng trưởng 14,7% mỗi năm. Sản lượng đạt 318.000 t/năm. Năng suất 2,96 t/ha (2001) tăng lên 3,60 t /ha (2005) RAU: Diện tích gieo trồng 514.600 ha (2001) - 605.900 ha (2005). Năng suất đạt 12,29 tấn /ha (2001) và 14,16 tấn/ha (2005) Giống cây trồng biotech(cây trồng chuyển gen)đã góp phần làm gia tăng khả năng sản xuất lương thực: 141 triệu tấn trong 12 năm (1996 – 2007). +Ở Trung Quốc việc lai tạo lúa đã làm cho giống cây trồng được đổi mới tới 4 - 5 lần, mỗi lần đổi mới, sản lượng tăng lên 10-30%. Chỉ riêng việc trồng giống lúa lai đã làm tăng được 350 triệu tấn lúa gạo. Năm 2008 một trang trại ở Trung Quốc đã giới thiệu ra thị trường những sản phẩm công nghệ sinh học có năng suất siêu lớn: những quả bí ngô nặng hơn một tạ, bí đao dài hơn một mét… Do áp dụng công nghệ sinh học nên ngành trồng trọt và chăn nuôi ở châu Phi có mức tăng 3-4%/năm, bình quân thu nhập đầu người tăng gần 3 lần, số trẻ em suy dinh dưỡng giảm 40%. Công nghệ sinh học còn giúp nâng cao chất lượng của nông sản thông qua việc cấy các gen vào cây trồng để có được tính trạng mong muốn như:tăng hàm lượng protein,các vitamin,và các nguyên tố vi lượng:sắt,can xi,… “Lúa vàng - Một thế hệ mới” do Rhian Howells và ctv. thuộc tổ chức Syngenta phát triển sau kết quả nghiên cứu nổi tiếng của Ingor Potrykus. Chiến lược“biofortification” phải được xem xét một cách đầy đủ về trách nhiệm của chính phủ ở các nước đang phát triển. Có 100-200 triệu trẻ em hiện đang bị thiếu vitamin A. Giống lúa giàu beta-caroten đã được tạo ra thành công ở Việt Nam, Thái Lan, Philippines, Ấn Độ, Trung Quốc,... thông qua phương pháp chuyển nạp gen mục tiêu của một loài vi sinh vật. Đó là một tiềm năng rất lớn vẫn còn đang chờ các quyết định của chính phủ. Dự kiến đến cuối 2006 sẽ phát triển ở Trung Quốc và các nước còn lại trong dự án. Nhóm nghiên cứu “HarvesPlus Rice Crop” và “Humanitarian Board” đã hoạch định chương trình cho 2006-2010, tập trung nội dung lúa vàng và lúa giàu sắt, giàu dinh dưỡng vi lượng. Jianmin Wan và ctv., CAAS, Trung Quốc, công bố kết qủa nghiên cứu phẩm chất hạt thông qua việc thiết lập bản đồ QTL. Có tất cả 143 QTL ảnh hưởng đến 19 tính trạng phẩm chất hạt. Trong đó có những tính trạng quan trọng như amylose, độ bạc bụng, hàm lượng protein, độ mềm cơm khi nấu chín Lúa lai cũng được nghiên cứu rất chi tiết về cải tiến phẩm chất hạt. Sam Sun, ĐH Hồng Kông,nghiên cứu LRP, protein giàu leucine của đậu rồng, dòng hóa gen này và chuyển vào lúa lai, bên cạnh việc cải tiến hàm lượng amylose. Tác giả đã dòng hóa phân tử mRNA và thiết lập bộ sưu tập EST cho hạt lúa lai và thực hiện “profiling” biểu thị sự thể hiện của 44 gen điều khiển tính trạng tinh bột, protein, tổng hợp và biến dưỡng lysine trong qúa trình hình thành hạt thóc của cây lúa.Các nhà khoa học Ấn Độ đang nghiên cứu và phát triển một giống khoai tây có hàm lượng protein cao hơn. Cây trồng cũng có thể nên những vaccin ăn được, đem lại những loại thuốc với chi phí sản xuất thấp… Như vậy từng bước nâng cao đời sống của con người đặc biệt là những người có thu nhập thấp không có điều kiện tiếp cận với các loai khoáng chất này thường xuyên. -Khả năng chống chịu với các điều kiện tự nhiên khắc nghiệt: hạn hán,ngập mặn,ngập úng…như: Giống bắp chống chịu hạn được hi vọng sẽ ra đời vào năm 2012 tại Hoa Kỳ, và năm 2017 tại Sub Sahara Africa.giống lúa của Viện giống cây trồng vật nuôi TƯ là DR1và DR2 được chọn tạo bằng công nghệ tế bào thực vật, có khả năng chịu lạnh, chịu hạn được trồng ở 18 tỉnh, thành miền Bắc với diện tích trên 20 000 ha…Nhờ đó mở rộng được diện tích gieo trồng ở những vùng đất ma trước đây bỏ hoang như:đầm lầy,sa mạc, các vùng đất ngập mặn… -Khả năng rút ngắn thời gian sinh trưởng:thời gian sinh trưởng của cây trồng đã được rút ngắn đáng kể trong những năm gân đây nhờ công nghệ sinh học như:thời gian sinh trưởng của cây lúa trước đây là hơn 100 ngày thì ngày nay đã giảm xuống chưa đầy 90 ngày… -Nhờ có công nghệ sinh học mà chỉ trong một thời gian ngắn có thể tạo ra hàng triệu cây giống với những phẩm chất tốt nhất và sạch bệnh phục vụ cho trồng trọt điều ma trươc đây con người không thể lam được. -Công nghệ sinh học còn giúp tăng giá trị của sản phẩm trồng trọt: +Công nghệ kéo dài thơi gian ở giai đoạn sắp chín của củ,quả như: cà chua,…nhờ loại bỏ gen gây chín nhanh giúp tăng thời hạn bảo quản, sử dụng sản phẩm làm tăng giá trị sản phẩm xuất khẩu. Ngược lại ta có thể cấy gen gây chín nhanh vào cây trồng để có được sản phẩm trái vụ sớm hơn. Nghiên cứu của Ấn Độ, Trung Quốc, Nam Phi và Philippines cho thấy cây trồng biotech đã làm gia tăng thu nhập trên một ha là 115-250 USD. Xét trên toàn thế giới, trên 12 triệu nông dân nghèo đã hưởng lợi từ cây biotech trong năm 2008. Tác động toàn cầu của cây trồng biến đổi gen trong những năm 1996 - 2005 xét trên góc độ lợi ích kinh tế thuần túy là 27 tỉ USD (13 tỉ USD ở các nước đang phát triển và 14 tỉ USD ở các nước công nghiệp). Thuốc trừ sâu giảm 224.300 tấn a.i. (chất hữu hiệu), tương đương với tỷ lệ giảm 15% tổng lượng thuốc sâu sử dụng cho cây trồng. +Công nghệ xử lí các sản phẩm phụ trong trồng trọt:giúp tăng thêm giá trị của trồng trọt: Một nghiên cứu mới về công nghệ xử lý rơm, rạ hoặc trấu thành Ethanol - nguồn nhiên liệu thay thế xăng dầu vừa được công bố ngày 25/12 tại TP.HCM. Công nghệ này nằm trong đề tài “Nghiên cứu công nghệ xử lý một số loại phụ phẩm nông nghiệp bằng nước áp suất cao để thu dung dịch đường có khả năng lên men tạo thành Ethanol” của TS. Nguyễn Hoàng Dũng (ĐHBK, TP.HCM). Công nghệ chế biến chất thải công nghiệp mía đường , vỏ cà phê bằng vi sinh vật phân giải cellulose và lignin thành phân bón cho cây trồng được triển khai ở cả 3 miền Bắc, Trung , Nam với trên 14 điểm và quy mô 20 000 tấn năm, góp phần tạo nên một nền sản xuất nông nghiệp bền vững… * Trong chăn nuôi: Công nghệ sinh học là chìa khoá cho đổi mới trong chăn nuôi. Thụ tinh nhân tạo và truyền cấy phôi Tiến bộ trong thụ tinh nhân tạo và kỹ thuật rụng trứng kép để phục vụ cho truyền cấy phôi đã có tác động đáng kể đến các chương trình cải tạo giống vật nuôi ở các nước phát triển và nhiều nước đang phát triển vì các nước này đẩy nhanh được quá trình cải tạo giống, giảm nguy cơ lây truyền bệnh, nhân nhanh số lượng giống vật nuôi từ cá thể giống tốt hơn ví dự như con đực trong thụ tinh nhân tạo và con cái trong trường hợp truyền cấy phôi. Các nước này cũng khuyến khích lĩnh vực tư nhân tham gia hoạt động nghiên cứu và chọn giống vật nuôi và đã mở rộng được thị trường cho giống bố mẹ tốt.Năm 1998 trên toàn thế giới có khoảng trên 100 triệu vật nuôi nhai lại được thụ tính nhân tạo (chủ yếu là bò sữa và trâu), 40 triệu lợn, 3,3 triệu cừu và 0,5 triệu dê. Số liệu này đã minh hoạ cho cả lợi ích kinh tế cao hơn của chăn nuôi bò sữa và cho thấy một thực tế là tinh trùng bò có thể dễ dàng đông lạnh ở nhiệt độ sâu hơn là tinh trùng của các vật nuôi khác. Nam và Đông Nam châu Á có trên 60 triệu bò được thụ tinh nhân tạo trong khi châu Phi chỉ có hơn một triệu. Về mặt tích cực, nông dân sử dụng thụ tính nhân tạo sẽ không phải đối mặt với chi phí sản xuất cao hoặc hiểm hoạ trong nuôi dưỡng đực giống mà vẫn có thể tiếp cận được nguồn tinh trùng ở mọi nơi trên thế giới. Dinh dưỡng vật nuôi Công nghệ sinh học đã hỗ trợ tích cực cho lĩnh vực dinh dưỡng vật nuôi như các loại enzim, các loại probiotics, các loại prôtein đơn bào và các chất phụ gia thức ăn chăn nuôi có nguồn gốc kháng sinh mà được phép sử dụng rộng rãi trong hệ thống chăn nuôi thâm canh trên toàn cầu nhằm nâng cao tính chủ động về dinh dưỡng trong thức ăn chăn nuôi và tăng năng suất vật nuôi và thủy sản. Các công nghệ biến đổi gen ngày càng được áp dụng rộng rãi nhằm cải thiện dinh dưỡng vật nuôi như thông qua việc biến đổi thức ăn để vật nuôi dễ tiêu hoá hơn, hoặc là kích thích hệ thống tiêu hoá và hô hấp của vật nuôi để chúng có thể sử dụng thức ăn hiệu quả hơn. Ví dụ, trong hệ thống sản xuất có mức độ đầu tư cao như hệ thống quản lý chăn nuôi thâm canh có sử dụng tái tổ hợp tropin của tế bào sô ma, một loại hóc môn có thể giúp tăng sản lượng sữa ở bò, khích thích tăng trưởng và tăng tỉ lệ thịt nạc trong thịt xẻ ở vật nuôi hướng thịt. Công nghệ sinh học trong chuẩn đoán bệnh và dịch tễ Bệnh ở thực vật và động vật khó chuẩn đoán vì các triệu chứng thường không điển hình hoặc thậm chí hoàn toàn không thể hiện cho đến khi dịch bệnh đã lan rộng. Các loại kít thử dựa trên nền tảng công nghệ sinh học cao cho phép xác định các nhân tố gây bệnh và giám sát tác động của các chương trình kiểm soát bệnh ở mức độ chính xác cao mà trước đây chưa hề có. Dịch tễ phân tử đặc trưng bởi các mầm bệnh (vi rút, vi khuẩn, ký sinh và nấm) có thể xác định được nguồn lây nhiễm của chúng thông quan phương pháp nhân gen. Chuẩn đoán sớm có vai trò quan trọng trong kiểm soát dịch tễ vì nó giúp con người xác định được tâm điểm của vùng dịch để có phương thức phòng chống phù hợp. Ví dụ, phân tích phân tử đối với vi rút gây bệnh dịch tả ở trâu, bò (rinderpest) có ý nghĩa sống còn để xác định các chủng vi rút đang tồn tại trên thế giới và là công cụ hỗ trợ đắc lực trong Chương trình trừ diệt bệnh rinderpest trên toàn cầu. Kít thử ELISA (Thuốc thử enzim hấp phụ miễn dịch liên kết) đã trở thành một phương pháp chuẩn và giám sát nhiều loại bệnh dịch ở vật nuôi và cá trên toàn thế giới; kỹ thuật PCR (Chuỗi phản ứng đa phân tử) được sử dụng nhiều trong chuẩn đoán của ngành bảo vệ thực vật và đang được ứng dụng ngày càng nhiều trong chuẩn đoán bệnh ở vật nuôi và thủy sản. Hiệu quả của các chương trình bảo vệ thực vật và thú y ngày cang được nâng cao là nhờ vào những tiến bộ trong công nghệ di truyền tiên phong cho phép xác định các mầm bệnh ở dạng mô, dạng vật sống hoặc thậm chí là mẫu nước hoặc mẫu đất. Sản lượng cây trồng của thế giới (lương thực, thực phẩm, sợi): 6,5 tỉ tấn/năm, đạt giá trị 1.700 tỉ USD (Clives James 2007). Tuy nhiên, diện tích đất nông nghiệp ngày càng giảm với diện tích cây trồng trên đầu người là 0,45 ha năm 1966, 0,25 ha năm 1998, dự báo còn 0,15 ha năm 2050. Cứ sau 14 năm dân số thế giới tăng thêm 1 tỉ người do đó Công nghệ sinh học đóng vai trò đặc biệt quan trọng với sự phát triển của ngành nông nghiệp nói riêng và của sự phát triển của toàn nhân loại nói chung.Với sự phát triển của công nghệ sinh học như ngày nay chúng ta hoàn toàn có thể tin tưởng vào tương lai tươi sáng của nhân loại và sự thu hẹp khoảng cách giàu nghèo trên thế giới. Tài liệu tham khảo: Các trang web: + + ._.