Là một lĩnh vực của công nghệ sinh học, bao gồm các công nghệ gắn liền với khai thác và ứng dụng các hoạt động của tế bào và phân tử sinh học ở thực vật để tạo ra các loại cây trồng có chất lượng cải thiện hoặc có các đặc điểm mong muốn mới, công nghệ sinh học (CNSH) thực vật mang lại lợi ích to lớn cho ngành nông nghiệp, tạo ra các mô hình sản xuất bền vững và có trách nhiệm hơn với môi trường.
Một số điểm nổi bật trong quá trình phát triển CNSH thực vật
Theo dữ liệu của Tổ chức Sở hữu trí tuệ Thế giới (WIPO), CNSH thực vật phát triển mạnh từ năm 1980, khi các quyết định có tính pháp lý về cấp bằng sáng chế cho quá trình tạo ra các sinh vật sống được thông qua đã dẫn đến việc cấp bằng sáng chế cho các loại cây trồng biến đổi gen. Cũng từ năm 1980, các thử nghiệm thực địa về cây trồng chuyển gen đã được triển khai tại Úc, Canada, Hoa Kỳ và một số nước châu Âu.
Bàn về quá trình phát triển CNSH thực vật, không thể bỏ qua các sự kiện nổi bật: năm 1975, kỹ thuật rDNA ra đời, khởi đầu cho kỷ nguyên phát triển mạnh mẽ của ngành CNSH thực vật, khi gen trở thành nguồn nguyên liệu nghiên cứu chủ yếu. Năm 1980, Mỹ mở rộng bảo hộ bằng sáng chế cho các sinh vật biến đổi gen (GMO - là sinh vật có vật liệu di truyền biến đổi theo ý muốn của con người). Đây chính là bước ngoặt quan trọng trong việc nhìn nhận những giá trị mà GMO mang lại. Đến năm 1985, chuỗi các sự kiện lớn liên quan tới GMO đã diễn ra tại một số quốc gia như Trung Quốc (thực vật (cây thuốc lá) chuyển gen đầu tiên được thương mại hóa), Pháp (chấp nhận thực vật GMO đầu tiên- cây thuốc lá). Đến năm 2000, các nhà nghiên cứu đã hoàn tất giải trình tự bộ gen arabidopsis (loài thực vật có bộ gen đầu tiên được giải mã gen) là cột mốc đưa ngành CNSH thực vật tiến vào thời kỳ giải mã bộ gen. Đến năm 2012 công nghệ công nghệ chỉnh sửa gen CRISPR-Cas9 được thương mại hóa, đây là một công nghệ chỉnh sửa gen mạnh mẽ, giúp sửa lỗi trong bộ gen, bật hoặc tắt gen trong tế bào và sinh vật một cách nhanh chóng, rẻ tiền và tương đối dễ dàng thao tác.
Theo dữ liệu từ Cục Thông tin Khoa học và Công nghệ Quốc gia, Việt Nam đã có nghiên cứu ứng dụng CNSH thực vật từ năm 1976, với nội dung “Nghiên cứu chọn tạo giống lúa ngắn ngày NN75-10(X1)”. Đến nay, đã có nhiều giống cây trồng, vật nuôi được các viện nghiên cứu, trường đại học trong nước tạo lập, với những đặc tính đặc biệt, thiết thực đáp ứng nhu cầu của các ngành kinh tế, kỹ thuật. Chẳng hạn, chuyển gen chịu hạn, gen kháng sâu vào đậu tương, ngô để tạo các giống đậu tương chịu hạn, ngô kháng sâu; chuyển gen của virus H5N1 vào bèo tấm dùng làm thức ăn để tạo kháng thể miễn dịch H5N1 ở gia cầm; các kỹ thuật nuôi cấy mô tạo giống chất lượng cao,... được Viện Di truyền Nông nghiệp thực hiện,…
Đến năm 1990 các nghiên cứu CNSH thực vật bắt đầu có xu hướng tăng trưởng và phát triển. Nghiên cứu “Phân lập và chọn một số nòi vi khuẩn lam có khả năng cố định nitơ cao ở vùng rễ lúa để gây nhiễm cho lúa” , do tác giả Nguyễn Thanh Hiền làm chủ nhiệm đã sưu tập được một bộ giống vi khuẩn (15 chủng) và khuẩn lam (25 chủng) có khả năng cố định nitơ cao ở vùng rễ lúa ở một số địa phương ngoại thành Hà Nội; khảo sát một số đặc điểm sinh học quan trọng của các nòi trong bộ giống như yêu cầu về thành phần môi trường, khả năng kích thích sinh trưởng, khả năng tiết NH4,… Bước đầu đã ứng dụng những chủng mới để kiểm tra ảnh hưởng của chúng tới sự sinh trưởng và phát triển của cây lúa ở giai đoạn mạ cũng như tới lúc thu hoạch. Kết quả thí nghiệm ở quy mô đồng ruộng cho thấy, trên nền phân urê 60kg/ha nên bón thêm vi khuẩn và khuẩn lam, năng suất sẽ tăng đến 16 lần.
Ứng dụng công nghệ sinh học trong tạo giống cây trồng
CNSH là một trong những ngành quan trọng, có ảnh hưởng lớn đến sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước. Ngày 30/1/2023, Bộ Chính trị đã ban hành Nghị quyết số 36-NQ/TW về phát triển và ứng dụng CNSH phục vụ phát triển bền vững đất nước trong tình hình mới. Nội dung nghị quyết đề cập mục tiêu cụ thể đến năm 2030 phấn đấu CNSH nước ta đạt trình độ tiên tiến thế giới trên một số lĩnh vực quan trọng; Việt Nam là một trong 10 quốc gia hàng đầu Châu Á về sản xuất và dịch vụ thông minh CNSH, được ứng dụng rộng rãi trong các ngành, lĩnh vực, góp phần phát triển kinh tế - xã hội nhanh, bền vững. Riêng về CNSH thực vật, Nghị quyết xác định: “Chú trọng nghiên cứu và ứng dụng công nghệ sinh học trong nông nghiệp, tạo ra các giống cây trồng, vật nuôi thích nghi với biến đổi khí hậu, chống chịu sâu bệnh, có năng suất, chất lượng và hiệu quả kinh tế cao; các vắcxin và chế phẩm sinh học phòng bệnh cho vật nuôi, cây trồng, nhất là các loại dịch bệnh nguy hiểm, mới phát sinh, góp phần xây dựng nền nông nghiệp thông minh, an toàn, hiệu quả, bảo tồn và phát triển các nguồn gen quý, hiếm”.
Hình ảnh cây lúa chuẩn kháng mặn Đốc Phụng (ĐP) và cây lúa chuẩn nhiễm mặn IR28 trong nghiên cứu (Nguồn: Vast.gov.vn)
Tính đến tháng 8/2024 có 579 nghiên cứu ứng dụng CNSH thực vật để nghiên cứu các giống cây trồng mới, nghiên cứu nâng cao chất lượng, sản lượng nông sản, các giống cây trồng có khả năng chống chịu biến đổi khí hậu,… Trong đó, có 196 nghiên cứu cấp quốc gia, 158 nghiên cứu cấp bộ và 194 nghiên cứu cấp tỉnh/thành phố.
CNSH thực vật được nghiên cứu chủ yếu theo các hướng sử dụng kỹ thuật nuôi cấy mô, chỉ thị phân tử và kỹ thuật di truyền. Trong đó, kỹ thuật di truyền được sử dụng nhiều nhất, với 382 nghiên cứu (chiếm 65%); nhóm nuôi cấy mô có 122 nghiên cứu (21%); kế tiếp là nhóm chỉ thị phân tử, 80 nghiên cứu (14%). Ví dụ, đề tài cấp quốc gia: “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ chỉ thị phân tử và chỉnh sửa hệ gen trong chọn tạo giống lúa năng suất chất lượng chống chịu sâu bệnh và bất lợi ngoại cảnh”, do nhóm nghiên cứu của tác giả Nguyễn Thị Nhung thực hiện năm 2021, đã kết hợp kỹ thuật chỉ thị phân tử và kỹ thuật di truyền trong chọn tạo và cải tạo các tính trạng nông sinh học quý các giống lúa trong sản xuất phục vụ tái cơ cấu ngành lúa gạo.
Tại TP.HCM, thực hiện Chương trình phát triển giống cây, con và nông nghiệp công nghệ cao trên địa bàn TP.HCM giai đoạn 2020-2030, công tác nghiên cứu và chọn tạo các giống rau, hoa, cây kiểng rất được chú trọng. Trong đó, nuôi cấy mô là kỹ thuật được ứng dụng nhiều nhất để nhân giống hàng loạt cây trồng có giá trị kinh tế cao như: hoa lan, dưa lưới, sâm ngọc linh. Theo hướng này, Trung tâm Công nghệ Sinh học TP.HCM đã nghiên cứu và xây dựng hoàn thiện quy trình công nghệ cao trong nhân giống in vitro nhiều giống cây trồng khác nhau và đạt năng suất 400.000 cây/năm, cung cấp nguồn cây giống dồi dào cho thị trường.
Ứng dụng CNSH trong tạo giống cây trồng. (Nguồn Cesti.gov.vn)
***
Với điều kiện khí hậu ngày càng khắc nghiệt hiện nay, và tình hình biến đổi khí hậu bất thường tại nhiều nơi trên thế giới việc phát triển công nghệ sinh học thực vật thực sự quan trọng để đảm bảo an ninh lương thực, môi trường sống và phát triển bền vững trong tương lai.
Minh Thư
--------------------------------------------------------------------------------
Mời xem tiếp nội dung ”Kỹ thuật nuôi cấy mô: quá trình phát triển và ứng dụng” trong ấn phẩm Thông tin chuyên đề Khoa học, Công nghệ và Đổi mới sáng tạo, số 01/2025.
--------------------------------------------------------------------------------
Tài liệu tham khảo chính
[1] Viện Nghiên cứu Hải sản. http://www.rimf.org.vn/bantin/chitiet/CacgiaidoanphattriencuaCongngheSinhhoc
[2] Plant biotechnology – connecting urban innovation and rural application. https://www.wipo.int/edocs/pubdocs/en/wipo_pub_944_2019-chapter4.pdf
[3] CRISPR-Cas9: Timeline of key events. https://www.whatisbiotechnology.org/index.php/timeline/science/CRISPR-Cas9
[4] Bộ Chính trị ban hành Nghị quyết về phát triển và ứng dụng công nghệ sinh học. https://baochinhphu.vn/bo-chinh-tri-ban-hanh-nghi-quyet-ve-phat-trien-va-ung-dung-cong-nghe-sinh-hoc-102230206154958191.htm