Giáo trình Công nghệ sinh học trong sản xuất và đời sống - Trương Văn Lung

Nội dung text: Giáo trình Công nghệ sinh học trong sản xuất và đời sống - Trương Văn Lung

1. 8 CNSH-Mở đầu Trương Văn Lung sức sống riêng và tồn tại như một lĩnh vực khoa học công nghệ hiện đại như công nghệ thông tin, công nghệ điện tử đang góp phần thúc đẩy sự phát triển kinh tế xã hội. Để đáp ứng được yêu cầu đó, CNSH một mặt phải được xây dựng như các ngành khoa học hiện đại, bên cạnh đặc tính liên ngành phải dựa trên nền tảng khoa học riêng vững chắc và đặc thù không trùng lặp với các lĩnh vực khoa học công nghệ khác như công nghệ gene, công nghệ tế bào động thực vật và vi sinh vật, công nghệ enzyme và protein. Mặt khác, CNSH phải có mục tiêu và nội dung nghiên cứu đặc trưng riêng, đó là xây dựng và phát triển ngành Công nghiệp sinh học với chủng loại công nghệ và hàng hóa mang dấu ấn đặc thù của CNSH mà những định hướng hoàn thiện và chuyển giao công nghệ phục vụ sản xuất. Rõ ràng, CNSH là cái chìa khóa mở đường cho sự phát triển nền kinh tế của đất nước. Cuộc cách mạng khoa học kĩ thuật nói chung và cuộc cách mạng CNSH nói riêng đã thu hút nhiều người trên trái đất này tham gia vào sự nghiệp cao cả đó. Viện sĩ N.N. Semionov đã viết rằng: “Đặc điểm cơ bản của khoa học ở thế kỉ thứ XX là ở chỗ, nó không còn là người nữ tì của sản xuất mà trở thành người mẹ của sản xuất. Sinh học đã chiếm một vị trí như thế. Tiếp sau đó là vật lí học và hóa học”.
2. 9 CNSH phục vụ nông lâm ngư nhiệp Truong Văn Lung 1 CÔNG NGHỆ SINH HỌC PHỤC VỤ NÔNG LÂM NGƯ NGHIỆP Chương I: Công nghệ sinh học với năng lượng 1. Từ năng lượng mặt trời đến năng lượng sinh học. Chúng ta phải mang ơn mặt trời vì tất cả sự giàu có của thế giới hữu cơ quanh ta. Tia sáng mặt trời tương tác với chất diệp lục của cây xanh tạo ra sự kì diệu của quang hợp. Từ các chất vô cơ đơn giản của tự nhiên như nước, CO2 của không khí, muối N2, phosphor, thực vật tạo ra các chất hữu cơ rất phức tạp về cấu trúc (tức là đặc trưng cho cơ thể sống và tham gia vào thành phần của các cơ quan và các mô của chúng) đó là đường, acid amin, nucleotide, vitamin, Như vậy, thực vật hấp thụ năng lượng ánh sáng mặt trời, tạo ra các chất dinh dưỡng, đó là hiện tượng quang hợp. Nói một cách khác, quang hợp là một quá trình biến quang năng thành hóa năng và năng lượng đó được tích lũy lại trong các hợp chất hữu cơ. Một kg chất khô hữu cơ có dự trữ trong đó 4.000 kcalo,. Tổng lượng chất hữu cơ do thực vật tổng hợp được trên trái đất hàng năm ước độ 4,5.1011 tấn (tính ra bằng đường glucose). Hàng năm con người chỉ sử dụng 3,5% chất hữu cơ do thực vật ở cạn tổng hợp được, còn chất hữu cơ do thực vật ở nước tổng hợp được, con người sử dụng còn đang ít. Ngoài ra, trong phản ứng quang hợp còn giải phóng ra O2 rất cần cho hô hấp của mọi sinh vật và cho các quá trình oxyhóa khác (hàng năm trên trái đất cây thải ra trong không khí 15.104 tấn phân tử oxygen). Do đó, tia sáng mặt trời là cơ sở năng lượng của mọi sự sống. Mặt trời cung cấp một cách rộng rãi năng lượng cho con tàu vũ trụ của chúng ta – trái đất. Theo tính toán của các nhà bác học thì hành tinh này mỗi năm nhận được từ mặt trời khoảng 5.1019 kcalo. Số lượng nhiệt năng này đủ sản xuất ra một năng lượng điện khoảng 2.1026 kw/h, tức là bằng số lượng
3. 10 CNSH phục vụ nông lâm ngư nhiệp Truong Văn Lung điện tạo ra trong một năm của khoảng 9 triệu nhà máy điện có công suất tương đương với nhà máy thủy điện Brataki. Tất cả thế giới cây xanh của trái đất chỉ sử dụng hết có một phần nhỏ do năng lượng mặt trời đưa tới: 1-2%. Các nhà bác học kiên trì tìm kiếm các con đường cho phép nâng cao hiệu suất quang hợp dù chỉ thêm một vài lần (thực tế ở một số nước ở một số cây trồng cũng đã có hệ số sử dụng quang năng trong quang hợp là 2-4%), chắc hẵn là điều đó sẽ mang lại những lợi ích không thua kém gì việc chiếm lĩnh năng lượng nhiệt hạch. Cũng cần nhấn mạnh rằng, mặc dù trong tương lai chúng ta sẽ khai thác nguồn năng lượng hạt nhân để sử dụng, song mặt trời vẫn là năng lượng chủ yếu đối với sự sống trên trái đất. Đúng như nhà vật lí học người Pháp Pierre Curie đã phát biểu (1949) “Mặc dầu tôi vẫn tin ở tương lai của năng lượng nguyên tử và thấy rõ tầm quan trọng của phát minh này, tuy nhiên, tôi cho rằng cuộc cách mạng thực sự trong năng lượng học sẽ đến chỉ lúc nào mà chúng ta có thể thực hiện được sự tổng hợp hàng loạt các phân tử tương tự như diệp lục hoặc chất lượng còn tốt hơn. Muốn đạt được mục đích đó, trước hết cần nghiên cứu tỉ mỉ kiểu phân tử đó và tác dụng của quang hợp”. Ở đây chúng ta chưa kể đến trữ lượng thực vật hóa thạch cũng rất lớn. Chỉ mới tính riêng dự trữ C trong than đá, dầu hỏa và các khí thắp đã đạt tới 1018 tấn (trung bình 200 tấn/ha vỏ quả đất). Theo thống kê chưa đầy đủ thì dự trữ C trong các chất hữu cơ của sinh vật, trong các cặn bã chất hữu cơ của các sinh vật đã chết, trong hóa thạch do hoạt động của quang hợp trước đây của thực vật tạo ra cũng đạt tới 6.1015 tấn. 2. Các biện pháp nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng mặt trời và tạo năng lượng bằng biện pháp sinh học Hiện nay chúng ta phải sử dụng một cách khôn ngoan hơn, triệt để hơn các của cải mà quá trình quang hợp đang tạo ra hiện nay và đã tạo ra từ hàng chục, hàng trăm, thậm chí hàng triệu năm trước đây. Những kho báu này không đếm xuể. Phần lớn chúng chưa được sử dụng hoặc sử dụng không được tốt, nếu tận dụng hết hiệu suất quang hợp thì thực vật ở biển, ở đại dương, sông ngòi, ở lục địa cũng có thể dùng năng lượng mặt trời để tổng hợp ra một số lượng chất hữu cơ to lớn biết bao (A.A. Nhishiporovitch). Chỉ tính riêng trên cạn (khoảng 1/3 bức xạ chung của mặt trời chiếu xuống hành tinh chúng ta) mỗi năm đã tổng hợp được 53 tỉ tấn chất hữu cơ, trong đó trên đồng ruộng: 11 tỉ tấn, trên thảo nguyên và trên đồng cỏ: 6 tỉ tấn và trên rừng: 36 tỉ tấn. Chỉ một phần rất nhỏ khối lượng vật chất thực vật to lớn này được con người dùng làm thức ăn trực tiếp hoặc thức ăn gián tiếp (dưới dạng
4. 11 CNSH phục vụ nông lâm ngư nhiệp Truong Văn Lung các sản phẩm có nguồn gốc động vật). Để làm thức ăn cho con người chỉ dùng hết 6% các sản phẩm quang hợp được tạo thành trên đồng ruộng 0,03% sinh khối được tạo ra bởi thực vật trên thảo nguyên và trên đồng cỏ và chỉ khoảng 0,03% sinh khối được tạo ra trên rừng. Ở biển và đại dương nơi nhận 2/3 bức xạ mặt trời đã tổng hợp ra ít nhất cũng không kém phần sinh khối ở cạn, nhưng chỉ một phần nhỏ dùng làm thức ăn trực tiếp hoặc thông qua tôm, cá, động vật mà làm thức ăn cho con người. Ngoài việc sử dụng “cái sẵn có” của vật chất do quang hợp tạo ra, chúng ta cần nâng cao hiệu quả của bộ máy quang hợp như tìm những test thử nhanh để phát hiện những dòng có hiệu quả quang hợp cao trước hết là dùng những loài vi Tảo. Hoặc, đi sâu vào việc tìm hiểu cơ chế di truyền nhất là di truyền quang hợp ở bộ máy lục lạp hoạt động có hiệu quả cao hơn, bằng những kĩ thuật tưới nước, bón phân hợp lí, chọn giống cây trồng có năng suất cao, phẩm chất tốt, chống chịu giỏi. Áp dụng các kĩ thuật in vitro để nhân nhanh các giống cây trồng. Theo dự báo của một công ti tư vấn khoa học giống cây trồng quốc tế, sản lượng lương thực thế giới sẽ tăng 5-10% trong vòng vài năm tới chỉ riêng nhờ áp dụng CNSH (Withen và Anderson, 1986; Faillin, 1986) Bảng I.1. Sản lượng hiện nay và tương lai của một số cây trồng nông lâm nghiệp Cây trồng Sản lượng hiện nay Sản lượng tương lai (tấn/ha) (tấn/ha) Mía 70-90 150-200 Sắn 15-20 60-100 Cà chua 20-40 60-100 Cọ dầu 2-5 10-12 Lạc 1,6 4,0 Thầu dầu 0.6 2,5 Thông (ôn đới) 6,8 20-30 Thông (nhiệt đới) 12-20 40-60 Cây lá rộng (nhiệt đới) 10-20 40-100 Tre 25 100 Ngoài những cây lương thực thực phẩm cung cấp năng lượng cho con người trong bữa ăn hằng ngày, chúng ta cũng cần tận dụng một số cây khác, có nguồn năng lượng phục vụ cho đời sống xã hội, như những cây có dầu (cây Dừa, Cọ dầu, Jojoba) cây có nhựa mủ dùng làm chất đốt thay dầu mỏ, sinh khối các loại cây lấy mủ này khoảng 10 tấn/năm tương đương 1,5 tấn dầu mỏ, cây lấy tanin (Jojoba). Về tạo nguồn năng lượng những cuộc thí nghiệm tiến hành tại Brazil, Trung Quốc hay Ấn Độ cũng như các nước đang phát triển khác đã
5. 12 CNSH phục vụ nông lâm ngư nhiệp Truong Văn Lung cho thấy có thể kết hợp hoặc liên kết việc sản xuất năng lượng với việc sản xuất nông nghiệp và thực phẩm đã cải thiện điều kiện sinh dưỡng ở nông thôn bằng biện pháp CNSH. Ở Brazil, chương trình Pro-alcohol phát động từ năm 1975 đã làm tăng trong một thời kì tương đối ngắn sản lượng ethanol chủ yếu từ phương thức cho lên men đường mía. Sản lượng đã đạt tới 8 tỉ lít ethanol hàng năm vào năm 1984 (Larovier, 1985). Mức tiêu thụ trong năm 1985 là 9 tỉ lít và năm 1986 là 12 tỉ lít ethanol (hai triệu bốn trăm nghìn ô tô trong số 8.200.000 chiếc đã tiêu thụ loại nhiên liệu chứa 20% ethanol). Việc sản xuất alcohol nguyên liệu chủ yếu là mật rỉ đường, sắn, dịch ép cây cao lương ngọt (Sweet sorghum), củ cải đường. Con đường tạo khí methan (biogas): Ở Trung Quốc sản xuất khí sinh học (biogas) bắt đầu trong những năm 1950 với 5 triệu bể sinh methan được xây dựng ở tỉnh Tứ Xuyên trong tổng số trên 7 triệu bể ở khắp cả nước. Chương trình biogas lúc đầu chỉ nhấn mạnh vào việc thiết kế và việc chế tạo bể hơn là khía cạnh vi sinh vật học (điều kiện lên men vi sinh vật học và những vi khuẩn sinh khí methan và không sinh methan). Những nghiên cứu ở Thượng Hải đã sửa chữa những khuyết tật này và tìm ra hướng sử dụng ở nông thôn (Chiao, 1986, theo [8]). Hội nghị vi sinh vật biogas tổ chức năm 1981 và 1983 đã dành nhiều hơn cho các mặt nghiên cứu cơ bản. Người ta thấy các vi khuẩn sinh hydrogen và nuôi cấy hỗn hợp làm giàu các vi khuẩn methan đã sản sinh ra lượng methan lớn hơn nhiều (Sun et al., 1981, theo [8]). Người ta cũng nhấn mạnh các yếu tố không sinh methan giữ vai trò hệ trọng trong việc sản xuất biogas. Hơn nữa, việc tách các chủng tinh khiết của vi khuẩn sinh methan như: Methanosarcina, Methanobrevibacter arboriphilus, Methanobacterium formicium, Methanococcus mazei đã làm rõ hơn việc sản sinh biogas và làm tăng hiệu quả của quá trình (Chiao, 1986, theo [8]). Chương trình biogas Trung Quốc chẳng những làm cải tiến việc sản xuất và tiêu dùng năng lượng cho gia đình mà còn nhằm kết hợp ngày càng mạnh việc sản xuất lương thực, lặp lại chu trình những thải bã hoa màu và ngăn cản việc gây nhiễm. Các hệ thống phối hợp sản xuất năng lượng và thực phẩm đã được phát triển ở các làng mạc. Tại Xin Bu ở xã Lelin, trên đồng bằng sông Châu Giang gẩn Quảng Đông, 1.500 làng đang dùng lò chế tạo đặc biệt để sấy gỗ với nhiệt lượng 35-40% lò đun nước bằng sức nóng mặt trời, đặt trên mái nhà cung cấp 60-100 lít nước 50oC hàng ngày về mùa đông và 70oC về mùa hè. Như vậy, tiết kiệm 20-30% methan tùy mỗi gia đình sử dụng. Có nơi dùng biogas làm lò sấy khô ở các trại nuôi Tằm. Ngoài ra, những cặn bã dư thừa từ việc lên men methan, chất thải được dùng làm phân bón để trồng Nấm, dùng làm thức
6. 13 CNSH phục vụ nông lâm ngư nhiệp Truong Văn Lung ăn cho cá, góp phần làm sạch sản phẩm phụ và loại bỏ các phế thải (Larovier, 1985). Người ta cũng có thể sử dụng Tảo đơn bào để sản xuất hydrocarbur như Botriococcus baurii. Tảo này đã được một số nha khoa học Pháp (ở trường Đại học cao cấp Quốc gia) năm 1976 quan tâm. Trong Tảo có chứa lượng hydrocarbur từ 15-17% trọng lượng khô. Đây là loài Tảo nước ngọt, nuôi trồng trong điều kiện môi trường dung dịch tốt có thể thu được 60 tấn chất khô/năm, đem nó chưng cất nhẹ, có thể dùng như dầu mỏ. Các chất đốt tích lũy ở phần tế bào vỏ, đem li tâm mạnh, các chất này sẽ tách ra, tế bào vẫn còn sống có thể đem nuôi lại. Hiện nay người ta thấy rằng, vỏ tế bào này chứa những chất tương tự như dầu mỏ nên dùng nó làm mô hình nghiên cứu quá trình tạo thành dầu mỏ. Trên cơ sở nghiên cứu về cơ chế của quá trình quang hợp, đặc biệt là các cấu trúc của lục lạp liên quan đến chức phận của nó như thế nào và việc hấp thụ năng lượng ánh sáng mặt trời, biến năng lượng đó thành dạng năng lượng hóa học ra sao (phần này sẽ nói rõ ở chuyên đề Quang hợp và năng suất ở thực vật) người ta đã chế tạo ra một số bộ phận (máy móc) để sử dụng năng lượng mặt trời như pin sinh học: một hợp chất chứa những sinh vật tạo năng lượng (do Potter chế tạo, 1925). Những điện cực platinum và dịch nuôi cấy yếm khí hoặc nấm men Saccharomyces cerevisiae hoặc E. coli tế bào xuất hiện điện thế âm xuất hiện điện cực dương của platinum. Điện cực dương platinum này được đặt trong môi trường vô trùng O2. Nếu có lên men sẽ tạo nên dòng điện có điện thế 0,3- 0,5 volt, cường độ dòng điện 0,02 mA. 4ē 4ē Năm 1950 -60, các nghiên cứu này được hoàn chỉnh, đến nay 4H+ OH- đã bắt Nămđầu đưa 1950 vào-1960 con tàu vũ trụ để sử dụng. Sau này người ta sử 2H 2H O dụng những chất không tích 2 2 H O điện như glucose: 2 2 Glucose vi sinh vật lên men H 2 Anode Cathode Màng Người ta cũng có thể dùng H2 Pin sinh học đơn giản H – O enzyme để biến đổi một số 2 2 chất tạo H2.
7. 14 CNSH phục vụ nông lâm ngư nhiệp Truong Văn Lung Ngoài việc tạo ra nguồn điện sinh học (pin sinh học ), người ta đang nghiên cứu sử dụng các màng quang hợp. Như ta đã biết, các sinh vật có khả năng tạo năng lượng. Người ta có thể cố định tế bào để thu năng lượng. Ví dụ; những vi khuẩn quang hợp nhờ ánh sáng tạo thành H2 + ATP. Tảo lam Cyanobacteria H2 + NADPH2 mà NADPH2 là chất tích trữ năng lượng (NADPH2 NADP cho ta 4ATP). Ở thực vật thượng đẳng trong lục lạp có màng thylakoid là nơi tạo ra H2, H2O2, NADPH2. Cũng đã có nhiều thí nghiệm biến năng lượng mặt trời thành điện năng. Ở Nhật Bản, người ta sử dụng điện cực là oxyd titan. TiO2 được bao bởi hệ thống quang hóa I (PsI) được chiếu sáng . Chất khử được dùng là ascorbate hay hydroquinon. Phản ứng như sau: + P700 + TiO2 P 700 + TiO2ē cb (condition barid = dây dẫn) + P 700= + ascorbate P700 + dehydroascorbate + P 700 + hydroquinon P700 + quinon Bằng cách này có thể tạo được dòng điện 100 mA. Dòng điện tạo được không lớn nên phải sử dụng điện cực tinh vi - điện cực được bọc bằng protein. P700 khá phức tạp nên trong tương lai sẽ cố định màng thylakoid để biến quang năng thành điện năng và sẽ sử dụng trong các dụng cụ tinh vi như máy điện toán. Về mặt kĩ thuật định hướng cho con người trong tương lai là nghiên cứu sử dụng trực tiếp biến quang năng thành điện năng. Hiện nay, quang năng hóa năng (dầu, than đá, khí đốt) nhiệt năng (đốt nóng) cơ năng (quay) điện năng. Nếu tìm cách chuyển thẳng quang năng điện năng thì sẽ tiết kiệm rất nhiều và tránh việc tạo nhiệt năng đốt nóng và sẽ gây ô nhiễm. Còn ở quang hợp, thực hiện được như ở thực vật sẽ làm tinh sạch không khí. Ngày nay, người ta cũng đang nghiên cứu chế tạo các biosensor, biochip là những protein thu nhận ánh sáng để sử dụng trong máy điện toán và trong các dụng cụ tinh vi khác.Ví dụ: ở Anh dùng Rhodopsine thu nhận năng lượng lượng tử chuyển vào tế bào thần kinh tạo thành dòng điện sinh lí. Ở vi khuẩn Halobacterium halobium có chất bacteriorhodopsine nằm ở màng ngoài của tế bào. Bacteriorhodopsine hấp thụ lượng tử của năng lượng ánh sáng mặt trời tạo nên những biến đổi làm cho màng có sự chênh lệch gradien làm bơm photon và tạo năng lượng. Chế được loại protein có khả năng thu lượng tử như trên thì tương lai sẽ được chế tạo các bộ phận này để sử dụng trong các máy điện toán.
8. 15 CNSH phục vụ nông lâm ngư nhiệp Truong Văn Lung Đương nhiên, làm được việc này sẽ có sự phối hợp của các nhà sinh vật, hóa học và điện toán. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Trương Văn Lung, 1999. Chuyên đề Quang hợp và năng suất ở thực vật. Tủ sách Đại học Khoa học Huế. 2. Trương Văn Lung, Võ Thị Mai Hương, 1999, Giáo trình lí thuyết Sinh lí học thực vật. Tủ sách Đại học Khoa học Huế. 3. Nguyễn Duy Minh, 1981. Quang hợp.Nxb Giáo dục Hà Nội. 4. Vũ Văn Vụ, Vũ Thanh Tâm, Hoàng Minh Tấn, 1998. Sinh lí học thực vật. Nxb Giáo dục Hà Nội. 5. Grodzinski A.M., Grodzinski Đ.M., 1964. Sách tra cứu tóm tắt về Sinh lí thực vật. Nguyễn Ngọc Tân và Nguyễn Đình Huyên dịch năm 1981. Nxb Mir Moskva và Nxb Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội. 6. Heath O. V. S., 1972. Photosynthes. Izd. “Mir”, M. 7. Oparin A.I., 1967. Cơ sở Sinh lí học thực vật. Tập 1. Lê Đức Diên và những người khác dịch năm 1975. Nxb Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội. 8 Sasson Albert,1988. Biotechnologies and development Công nghệ sinh học và phát triển. Người dịch: Nguyễn Hữu Thước, Nguyển Lân Dũng và một số dịch giả khác. Nxb Khoa học & Kỹ thuật Hà Nội.
9. 16 CNSH phục vụ nông lâm ngư nghiệp Trương Văn Lung Chương II Công nghệ sinh học phục vụ nông lâm ngư nghiệp 1. CNSH cổ truyền trong việc tạo giống mới 1.1. Chọn lọc tự nhiên Từ xa xưa con người cũng đã biết chọn giống cây trồng, ngay cả thời kì ăn lông ở lỗ, cách đây 5000-6000 năm.Theo tài liệu ghi chép được thì nhà chọn giống đầu tiên có ý thức ở châu Âu là Lecourteur người Pháp ở đảo Gerseille (1 hòn đảo ở giữa Anh và Pháp) vào đầu thế kỉ thứ XIX. Một hôm ông mời một người bạn ở Espain (Tây Ban Nha), là một nhà thực vật học tên là Lagaska đi tham quan đồng ruộng lúa mì. Ông bạn thấy lúa mì tuy gieo cùng một giống nhưng lại có cây rất khác nhau. Theo gợi ý của bạn, Lecourteur đem gieo riêng 23 dòng khác nhau. Ông đã chọn được một giống mới. Đó là phương pháp chọn lọc. Bằng phương pháp này, về sau nhiều nhà chọn giống đã chọn được nhiều giống mới đạt với ý muốn của con người. Cơ sở khoa học của việc tạo dòng mới này là qua quá trình phát triển cá thể, trong điều kiện bất lợi của môi trường cá thể nào không chịu đựng đựoc thì bị tiêu diệt. Trong điều kiện bất lợi đó có một số đã tạo ra một số chất để chống chịu với môi trường làm thay đổi cấu trúc và hình thái, cải biến kiểu gene và kiểu hình của quần thể theo hướng thích nghi và tạo ra loài mới. Học thuyết J.B.Lamark (1744-1829) và nhất là của Ch.Darwyn (1809-1882) về nguồn gốc các loài là cơ sở “biến dị cá thể”. Quan điểm về sự sống sót của những cá thể thích ứng là hạt nhân của thuyết chọn lọc tự nhiên của Darwyn. 1.2. Lai hữu tính Năm 1694, Kameriarux người Đức đã phát hiện ra cây cỏ cũng có giống đực giống cái như động vật. Đến năm 1717, nhà làm vườn người Anh là Fershai đã tạo được giống hoa Cẩm chướng đầu tiên bằng cách lai 2 giống có màu sắc khác nhau. Khoa học về biến dị di truyền được Darwyn (1858) và Mendel (1865) phát hiện ra nhiễm sắc thể, DNA, gene, các nhà khoa học đã có một lí luận vững chắc về di truyền học, làm cơ sở cho việc chọn giống cây trồng. Cho đến nay, các nước tiên tiến có “tập đoàn giống”chuyên giữ giống để cung cấp cho các nhà chọn giống làm thực liệu ban đầu. Thường mỗi giống cây trong tập đoàn giống chỉ có một vài đặc tính tốt. Do vậy, muốn có 1 giống cây trồng lí tưởng chứa đựng tất cả các gene tốt của nhiều giống phải tốn thời gian mới làm được. Việc tổng hợp gene mang đặc tính tốt của cây trồng thường được làm bằng phương pháp lai và phải
10. 17 CNSH phục vụ nông lâm ngư nghiệp Trương Văn Lung lai trên nhiều cặp phối hợp với nhau từng đôi một mới mong đạt được kết quả tốt.Người ta còn áp dụng ưu thế lai đối với cây thụ phấn chéo (thụ phấn không phải hạt phấn của mình mà của các cây khác qua việc tạo dòng thuần chủng 6-7 thế hệ.Ví dụ, ngô từ lai đơn sang lai kép, lai 3: 1 cặp lai đơn lai với 1 dòng tự phối. Sau này các nhà khoa học phát hiện rằng bố và mẹ có đặc tính tốt thì con lai cộng lại cái tốt của bố và mẹ và tốt hơn bố mẹ. Đó là tác dụng cộng của gene và nếu con lai thừa hưởng các đặc tính tốt của nhiều bố và nhiều mẹ thì con lai càng tốt hơn - gọi là lai tổng hợp. 1.3. Đột biến De Vrie (1901) nghiên cứu tính đột biến ở thực vật và nhận ra tính vô hướng của nó.Ông đã tách rời đột biến với ngoại cảnh và đi đến phủ nhận tác dụng tích lũy biến dị của chọn lọc tự nhiên. W. Johnson (1903) chứng minh chỉ có biến đổi trong gene mới di truyền được (đột biến). Biến dị đột biến là do sự biến đổi vật chất di truyền (nhiễm sắc thể- NST, gene) gây nên. Có 3 loại đột biến: đột biến gene, đột biến nhiễm sắc thể và đột biến gene tế bào chất. * Đột biến gene hay đột biến điểm là những biến đổi gene xuất hiện một cách ngẫu nhiên hoặc nhân tạo. Đó là sự thay đổi cấu trúc của gene xảy ra theo các kiểu: mất đi một cặp nucleotid, thêm vào một cặp nucleotid và biến đổi trình tự các nucleotid. Biến đổi gene thường có hại, chỉ rất ít trong trường hợp có lợi, sẽ được dùng làm nguyên liệu cho quá trình tiến hóa. * Đột biến nhiễm sắc thể là loại đột biến ở mọi cơ thể. Có 2 loại đột biến nhiễm sắc thể: đột biến số lượng và đột biến cấu trúc nhiễm sắc thể. - Đột biến số lượng NST là những loại đột biến về số lượng NST của mọi cơ thể. Nhưng đột biến số lượng có thể xảy ra toàn bộ NST (đột biến đa bội) hay ở một cặp NST nào đó. Đột biến đa bội có thể tạo ra cơ thể có bộ NST tăng lên 3n, 4n, 5n, NST. Đột biến một cặp NST ví dụ cặp NST thứ 21 ở người có 3 chiếc gây bệnh Down, đột biến tăng số NST giới tính gây các bệnh vô sinh. - Đột biến cấu trúc NST là những đột biến trong cấu trúc bộ NST. Những đột biến về cấu trúc NST có thể xảy ra ở các dạng sau: . Mất đoạn: mất đi một đoạn nào đó của NST. . Đảo đoạn: hai phần trên cùng một NST đảo vị trí cho nhau. . Thêm đoạn: gắn thêm một đoạn mới vào NST. . Chuyển đoạn: sự trao đổi hai đoạn trên hai NST không cùng nguồn cho nhau. * Đột biến gene tế bào chất. Có nhiều trường hợp kiểu gene bình thường mà có biến đổi kiểu hình. Đó là do biến đổi gene tế bào chất gây