TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC




AN TOÀN SINH HỌC
Giáo viên hướng dẫn : PGS.TS. NGYỄN THỊ PHƯƠNG THẢO
Sinh viên thực hiện : PHẠM MINH ÁNH - 550427
NGUYỄN THỊ HUYỀN -550461
TRỊNH THỊ HẢO -550445
NGUYỄN THỊ THU HƯỜNG -550466
Lớp: CNSHB-K55
HÀ NỘI – 2013
MỤC LỤC
I. Đặt vấn đề.
II. Nội dung.
1. Khái quát chung về phát tán gene (gene flow)
2. Minh chứng về sự phát tán gen từ cây trồng chuyển gen.
3. Các thế hệ cây trồng chuyển gen.
4. Các gene được sử dụng để tạo cây trồng kháng thuốc trừ cỏ
5. Chiến lược phát triển cây trồng chuyển gene kháng thuốc trừ cỏ thế
hệ mới.
III. kết luận
I. Đặt vấn đề
Trong những năm gần đây, công nghệ sinh học (CNSH) đã phát triển một
cách mạnh mẽ, và mức độ sử dụng ngành khoa học tiên tiến này cũng đã
tăng nhanh chóng. CNSH đã và đang được ứng dụng vào thực tế đời sống và

Phát tán gene dọc (vertical gene flow): là quá trình chuyển gene giữa các cá
thể trong cùng loài có sự tương hợp về sinh sản. Chẳng hạn sự giao phấn giữa
cây ngô hoang dại với các cây ngô trồng tạo ra con lai. Quá trình này thông tin
di truyền được truyền cho con cháu.
1.3. Các con đường phát tán gene ở cây trồng
Ở thực vật thì sự phát tán gene thường thông qua 3 con đường chính:
- Phát tán gene thông qua hạt phấn: là sự di chuyển của các gene thông qua sự thụ
phấn giữa các cá thể của các quần thể khác nhau.
- Phát tán gene thông qua hạt: là sự di chuyển của các gene thông qua sự phát tán
các hạt của các quần thể khác nhau.
- Phát tán gene thồng qua sinh sản vô tính: là sự di chuyển các gene thông qua các
bộ phận dinh dưỡng giữa các quần thể khác nhau.
Đối với sự phát tán gene thông qua hạt và sinh sản vô tính thì quá trình phát
tán gene bị ảnh hưởng lớn bởi động vật, gió, nước, các hoạt động vận chuyển,
trao đổi và buôn bán hạt giống cây trồng giữa các vùng địa lý của con người. Để
hạn chế sự phát tán gene theo con đường trên cần áp dụng các biện pháp quản lý
thích hợp trên quy mô quốc gia và quốc tế. Còn sự phát tàn gene thông qua hạt
phấn bị ảnh hưởng lớn bởi các yếu tố sinh học và các yếu tố vật lý như: tỷ lệ tạp
giao, lượng hạt phấn sản sinh bởi cây cho phấn, khoảng cách vật lý, độ lớn hạt
5
5
phấn, nhiệt độ, độ ẩm, hướng gió… Để hạn chế sự phát tán gene thông qua hạt
phấn, một số biện pháp có thể áp dụng là: cách ly trước và sau hợp tử, chuyển
các gene chuyển quy định tính kháng như sự mất khả năng phát tán hạt phấn
(Conner và cs, 2003).
1.4. Điều kiện xảy ra sự phát tán gene (gene flow)
Sự phát tán gene muốn xảy ra cần có một số điều kiện như:
- Phải có sự tương hợp về mặt sinh sản giữa cây trồng chuyển gene với các quần
thể nhận thuộc loài hoặc họ hàng gần gũi. Thông qua quá trình thụ tinh dẫn đến
việc lai hoặc tổ hợp các gene chuyển vào với bộ gene của quần thể và khi đó có

Trường hợp không có alene kháng trong quần thể cỏ dại và đột biến không
xảy ra, dẫn đến không hình thành tính kháng. Tuy nhiên trong trường hợp cây
trồng chuyển gene kháng thuốc trừ cỏ được trồng, hình thành siêu cỏ có alene
kháng trong quần thể. Nếu không có lai, tần số alen kháng ở mức không.
7
7

 sự kiện phát tán gen kháng glyphossate ở Mĩ
Một ví dụ liên quan đến việc thoát của gen chuyển kháng thuốc trừ cỏ là
gen kháng glyphossate ở Mĩ. Reichman và cộng sự(2006) đã tìm ra giống
chuyển gen lai với cây cỏ dại Agrostis species ở cách đó khoảng 3,8 km theo
hướng gió của những thử nghiệm chuyển gen trên đồng ruộng, được bảo hộ bởi
chính quyền liên bang, hậu quả là sự giao phối trong cùng một giống không còn
được bảo đảm, và bây giờ một vài biến đổi trong hệ gen nghiên cứu sẽ dẫn đến
một sự thay đổi trong cấu trúc quần thể ở vùng bị xâm lấn. vì nguy cơ có thể xảy
ra khi trồng cây chuyển gen, vào năm 2007, ở Mĩ đã có quy định là “bắt buộc
những thử nghiệm GM trong tương lai ở Mĩ phải trải qua nhiều đánh giá môi
trường nghiêm ngặt, cho dù gene flow có hoặc không có ý nghĩa là nhân tố tiến
hóa trên cỏ dại đều phải được kiểm tra cẩn thận. một vài nghiên cứu ngay lập
tức chứng minh được hiện tượng giao lưu gen từ cây trồng sang cây dại trên
đồng ruộng al. 2002; Tuyết et al. 2003). (Linder & Schmit năm 1995; Linder et
al. Năm 1998; Bartsch et al. Năm 1999; Spencer & Snow năm 2001; Gueritaine
et Gueritaine et al. 2002; Snow et al. 2003).
3. Các thế hệ cây trồng chuyển gene
Thế hệ cây trồng chuyển gen thứ nhất: Là những cây trồng chuyển gene có
khả năng kháng sâu bệnh (Bt) và chịu thuốc diệt cỏ (glyphosate và gluphosinate)
giúp giảm chi phí sản xuất, tăng sản lượng, tăng lợi nhuận nông nghiệp.
8
8
Những cây trồng biến đổi gene thế hệ thứ nhất đã thương mại hóa như:

Mặc dù đã có các hướng tiếp cận khác nhau trong việc tạo cây trồng chống
chịu điều kiện bất lợi của môi trường nhưng cho đến nay mới chỉ có ngô chịu
hạn (MON 87640) được thương mại hóa.
Việc phát triển cây trồng CNSH theo hướng này sẽ góp phần hỗ trợ canh tác
nông nghiệp ổn định, đảm bảo năng suất – chất lượng và ít phụ thuộc vào điều
kiện tự nhiên.
4. Các gene được sử dụng để tạo cây trồng kháng thuốc trừ cỏ
Thuốc trừ cỏ Cây trồng Công ty sản xuất Các gen sử dụng Nguồn gen
Glyphosat
e
Soybean
Cotton
Canola
Corn
Argentine
canola
Mon aroA, EPSPS Agrobacteriu
m sp
Glufosinat
e
Sugar beet
Corn
Soybean
rice
BCS
PHB, DK,
Syn,
BCS,Myc
Mon
BCS

BCS
SNETA
ALS (acetolactate
synthase)
Nicotiana
tabacum
a. Gene mã hóa CP4 Enolpyruvylshikimate-3-phosphate synthase
CP4 Enolpyruvylshikimate-3-phosphate synthase là một enzyme nguồn gốc
từ vi khuẩn Agrobacterium CP4 (ký hiệu là CP 4 EPSPS). Gene này được
10
10
chuyển vào thực vật để tạo ra cây trồng CNSH có khả năng chịu thuốc trừ cỏ
glyphosate. Glyphosate ức chế hoạt động của EPSPS nội sinh trong cây trồng,
kết quả dẫn đến ức chế quá trình sinh tổng hợp các amino axit thơm và hậu quả
là cây trồng bị chết. Khác với EPSPS được tổng hợp trong cây trồng, CP4
EPSPS phân lập từ vi khuẩn không bị bất hoạt bởi glyphosate. Do đó cây
chuyển gene mã hóa cho CP4 EPSPS có khả năng chống chịu với thuốc trừ cỏ
loại này (Nida và cs.,1996; Padgette và cs., 1995; stalling và cs., 1991).
Cơ chế tác động của protein CP4 EPSPS. Protein CP4 EPSPS được sản sinh
và tham gia vào sinh tổng hợp các axit amin thơm trong các loài thực vật, vi sinh
vật nhưng chúng lại không có mặt ở người và các động vật có vú bởi các động
vật có vú không có bộ máy đồng hóa để tổng hợp các axit amin có vòng thơm.
Điều này giải thích đặc tính hoạt động chọn lọc trên thực vật, vi sinh vật mà
không gây độc đến động vật của CP4 EPSPS.
Các test in vitro về khả năng tiêu hóa cũng đã được tiến hành trên protein
CP4 EPSPS cho thấy enzyme này phân hủy nhanh chóng trong các phản ứng
kiểm tratrong hệ tiêu hóa (Harrison và cs., 1996).
Đến nay thì chưa có bằng chứng nào về ảnh hưởng bất lợi đối với môi trường
và sức khỏe con người của cây trồng mang protein CP4 EPSPS
b. Phosphinothricin N-acetyltransferase or bialophos resistance

Klebsiella pneumoniae subspecies ozanaenae thủy phân bromoxynil thành (3,5-
dibromo-4-dihydroxybenzoic acid) và amoni. Gen bnx tạo ra tính kháng
bromoxynil ở thuốc lá và Brassica. napus nhưng nó được dung chọn lọc các cây
khác.
d. GSA (Glutamate-1-semialdehyde aminotransferase)
Gabaculine (3-amino-2,3-dihydrobenzoic acid) là một chất độc vi khuẩn ức
chế các liên kết trong pyridoxal-5-phosphate-linked aminotransferases. Một
dạng đột biến của glutamate-1-semialdehyde aminotransferase (GSA-AT, E.C.
5.4.3.8) được mã hóa bởi gen hemL, được chứng minh là kháng Gabaculine ở vi
khuẩn Synechococcus PCC6301 chủng GR6. gen hemL biểu hiện rất tốt trên cây
thuốc lá với promoter 35S.
e. Cyanamide hydratase
Cyanamide được hòa tan trong dung dịch hoặc muối canxi sử dụng như phân
bón. Nó có đặc tính bổ xung hoạt động cho các thuốc diệt cỏ áp dụng trước khi
gieo hạt. gen mã hóa cho enzyme cyanamide hydratase (urea hydrolase; E.C.
4.2.1.69) được phân lập từ nấm Myrothecium verrucaria (Maier-Greiner et al.,
1991a). cyanamide hydratase xúc tác cho quá trình thủy phân nhóm nitrile của
cyanamide thành ure làm tăng sinh trưởng cho cây.
5. Chiến lược phát triển cây trồng chuyển gene kháng thuốc trừ cỏ thế hệ
mới.
5.1.Tình hình thương mại hoá cây trồng chuyển gen kháng thuốc trừ cỏ:
Hiện nay, các cây trồng GM được thương mại hoá chủ yếu là đậu tương, ngô,
bông và cải dầu. Tập trung chuyển gen nhiều nhất là kháng thuốc diệt cỏ và
12
12
kháng côn trùng. Theo ISAAA năm 2011:diện tích cây trồng chuyển gen kháng
thuốc trừ cỏ là 93,9 triệu ha , chiếm 59%.
Trong đó 4 cây trồng chính là:
Cây trồng Diện tích (triệu ha) Tỷ lệ %
Đậu 75,4 80,1

của thuốc trừ cỏ vào enzyme đó.
+ Tăng cường sự biểu hiện enzyme bị hại do thuốc trừ cỏ : Tăng cường sự biểu
hiện của các protein( enzyme) mục tiêu bằng cách chuyển gen nhằm tăng số
14
14
lượng bản sao. Số lượng enzyme/ protein mục tiêu của thuốc trừ cỏ sẽ nhiều hơn
so với lượng thuốc trừ cỏ có thể tác động nhờ đó quá trình sinh tổng hợp các
hợp chất của cây vẫn được thực hiện bình thường ngay cả khi có mặt thuốc trừ
cỏ.
 Hướng đi sắp tới của cây trồng chuyển gen kháng thuốc trừ cỏ:
Đặc tính chống chịu thuốc trừ cỏ tiếp tục được áp dụng cho phổ rộng hơn các
loại cây trồng và khả năng chống chịu với nhiều loại thuốc trừ cỏ khác nhau.
- Các đặc tính kháng với phổ rộng các thuốc trừ cỏ chọn lọc sẽ được phát
triển:
Ví dụ phát triển đặc tính chống chịu với thuốc trừ cỏ 2,4-D
- Thế hệ cây trồng mới với công nghệ chịu thuốc trừ cỏ HPPD sẽ được phát
triển.
- Phát triển cây trồng chịu được thuốc diệt cỏ đa gene.
a. Các đặc tính kháng với phổ rộng các thuốc trừ cỏ chọn lọc:
Hiện nay sức đề kháng của cỏ dại và khả năng chống chịu glyphosate đã bắt
đầu là một vấn đề lớn. Các công ty với các chương trình nghiên cứu công nghệ
sinh học đã nhìn thấy giá trị của phát triển cây trồng kháng thuốc trừ cỏ chọn
lọc. Điều quan trọng là khả năng chống chịu của cây trồng để những loại thuốc
diệt cỏ chọn lọc kiểm soát cỏ dại có dấu hiệu chịu glyphosate.
Ví dụ khả năng kháng thuốc diệt cỏ glyphosate ở cây cỏ phấn hương khổng
lồ, ở bang Nebraska nước Mỹ Đối với Jeremy Leech - một nông dân trồng ngô
và đậu tương gần thành phố Humboldt, bang Nebraska – cỏ phấn hương khổng
lô là một mối họa thường trực đối với nông trại, BBC đưa tin. Chúng chẳng
những chống được hóa chất, mà còn có kích thước khá lớn.
Năm ngoái Leech chi khoảng 7.500 USD để mua hóa chất diệt cỏ. Tuy nhiên,

tử hoạt động của thuốc diệt cỏ không thể bám được vào thụ thể của thực vật, cây
16
16
trồng được tạo ra bằng công nghệ này có thể chịu được hơn 20 loại thuốc trừ cỏ
đang được sử dụng phổ biến trên thị trường.
Đậu nành chống chịu HPPD được xem là đang trong giai đoạn phát triển và
dự đoán sẽ được thương mại hoá trong 5 năm tới.
c. Phát triển cây trồng chịu được thuốc diệt cỏ đa gene
Các cây trồng phát triển theo hướng này có khả năng chịu được cả thuốc
diệt cỏ chọn lọc và không chọn lọc bằng cách chuyển cùng lúc nhiều đặc tính
chống chịu với các loại thuốc trừ cỏ khác nhau như chống chịu glyphosate,
glufosinate và HPPD .
Ví dụ: ở Canada cho phép sử dụng giống đậu tương mang event FG72
kháng và chống chịu thuốc trừ cỏ kép (chịu được chất diệt cỏ glyphosate và chất
ức chế HPPD).
Ví dụ: Ngô SmartStax là một sản phẩm hợp tác giữa Monsanto và Dow
kết hợp nhiều đặc tính ưu hạng của mỗi công ty, gồm Yieldgard VT Triple
(Monsanto), Herculex Xtra (Dow), RoundUp Ready 2 (Monsanto), và Liberty
Link (Dow), vừa kháng được côn trùng ở trên thân cây, vừa kháng côn trùng ở
trong đất, vừa kháng được nhiều loại thuốc diệt cỏ. Được như vậy, bắp
SmartStax (và các hoa màu SmartStax khác như bông vải, đậu nành) có tới 8
gen được chuyển vào. Thông thường, các giống-biến-đổi-gen chỉ có 1 hay tối đa
3 gen được chuyển vào hệ-gen.
Ví dụ: Cây thuốc lá vừa kháng sâu hại vừa kháng thuốc diệt cỏ.
He Sun và ctv. thuộc Viện Hàn Lâm Khoa Học Nông nghiệp Trung Quốc đã
sử dụng 2A và LP4/2A”để tạo ra những vectors có tính chất “multi-protein”
nhằm thể hiện được protein kháng sâu hại đó là Bt Cry1Ah và protein kháng
thuốc trừ cỏ, đó là glyphosate tolerance có tên mG2-EPSPS.
Với tổng số 529 cây transformants, người ta tiến hành xét nghiệm sinh học,
thấy rằng cây thuốc lá biến đổi gen như vậy biểu hiện tốt tính kháng sâu hại và

18
gen khuyến khích việc sử dụng thuốc diệt cỏ, nhưng lại có những ý kiến ngược
lại cho rằng cây trồng biến đổi gen giúp người nông dân không phải cày xới đất
lên trước khi trồng cây xuống - việc làm này gây xói mòn đất và ô nhiễm nguồn
nước. Thay vào đó, nông dân có thể trồng cây biến đổi gen kháng lại thuốc diệt
cỏ loại glyphosate trực tiếp sau khi tiêu hủy cỏ dại bằng thuốc diệt cỏ cùng loại.
Thách thức: Tuy giải quyết được nhiều vấn đề của Glyphosate nhưng
dicamba vẫn có những nhược điểm riêng của nó. Theo Hatler, tính bay hơi của
hợp chất dicamba giúp cho nó có thể diệt cây bụi lá rộng hiệu quả trên một diện
tích lớn hơn khu vực xử lý đến 0.5km. Nghĩa là trong phạm vi tiêu diệt của noc,
từ cây bụi đến các loại cây nông nghiệp nhạy cảm đều bị phát quang sạch sẽ…
Đây là lời phàn nàn thường xuyên đối với những nhà sản xuất dicamba.
III. Kết luận
Qua phân tích, những nguy cơ phát tán gen từ cây chuyển gen có rất
nhiều. Nhiều cây trồng biến đổi gen được tạo ra, chưa được cấp phép, đưa
vào sử dụng; cùng với đó là các công trình nghiên cứu đánh giá sự an toàn.
Tuy nhiên, hiện nay vẫn chưa thấy có sự nguy hại mà cây trồng công nghệ
sinh học đem lại.
Trong khi đó, loài người đang đứng trước thách thức vô cùng lớn : như hạn
hán, lũ lụt, dân số tăng nhanh, diện tích đất canh tác ngày càng thu hẹp an
ninh lương thực thế giới đang bị đe dọa…
Nhận thức được vấn đề các công ty cây trồng công nghệ sinh học đã và đang
tìm hướng cải tiến và phát triển cây trồng chuyển gen kháng thuốc trừ cỏ thế
hệ mới với các đặc tính ưu việt hơn, hứa hẹn sẽ có tiềm năng sử dụng lớn
trong thời gian tới.
19
19
20
20