Triển vọng công nghệ sinh học nông nghiệp

Nếu như GMC năm 1996 chỉ được trồng thử trên 1,7 triệu ha thì đến 2011 đã được mở rộng trên 160 triệu ha (gồm thuốc lá, đậu tương, bông, ngô, cải dầu, khoai tây...) tại 29 nước khác nhau. Dẫn đầu là Mỹ với 69 triệu ha (ngô, đậu tương, bông, củ cải đường, đu đủ, cỏ linh lăng, bí, cải dầu).

Tiếp đến là Brazil với 30,3 triệu ha (đậu tương, ngô, bông); Argentina 23,7 triệu ha (đậu tương, ngô, bông); Ấn Độ 10,6 triệu ha (bông); Canada 10,4 triệu ha (cải dầu, ngô, đậu tương, củ cải đường); Trung Quốc 3,9 triệu ha (bông, đu đủ, cây dương, cà chua, ớt ngọt); Paraguay 2,8 triệu ha (đậu tương); Pakistan 2,6 triệu ha (bông); Nam Phi 2,3 triệu ha (đậu tương, ngô, bông); Uruguay 1,3 triệu ha (đậu tương, ngô); Bolivia 0,9 triệu ha (đậu tương); Australia 0,7 triệu ha (bông, cải dầu); Philippines 0,6 triệu ha (ngô); Myanma 0,3 triệu ha (bông); Burkina Faso 0,3 triệu ha (bông); Mexico 0,2 triệu ha (bông, đậu tương); Tây Ban Nha 0,1 triệu ha (ngô).

Các nước có diện tích GMC dưới 100 nghìn ha là Colombia (đậu tương); Chilê (ngô, đậu tương, cải dầu); Honduras (ngô); Bồ Đào Nha (ngô); CH Séc (ngô); Ba Lan (ngô); Ai Cập (ngô); Slovakia (ngô); Rumani (ngô); Thụy Điển (khoai tây); Costa Rica (bông, đậu tương), Đức (khoai tây).

Chỉ tính riêng 5 nước đang phát triển là Trung Quốc, Ấn Độ, Brazil, Argentina, Nam Phi đã có 71,4 triệu ha trồng GMC (44% diện tích GMC trên toàn cầu). Hoa Kỳ là nước có nền nông nghiệp hiện đại, tuy hiện nay vẫn còn những tranh luận khác nhau về GMC nhưng trên thực tế đã dẫn đầu về diện tích trồng GMC (chiếm tới 43,13% diện tích GMC toàn cầu).

Về đặc tính chuyển gen thì chủ yếu nhằm mục tiêu đề kháng với thuốc trừ cỏ (71,0%); đề kháng với sâu hại (27,6%); đề kháng với cả hai (1,1%); chỉ có 0,3% là nhằm mục tiêu nâng cao chất lượng sản phẩm.

Nông nghiệp thời gian tới sẽ phụ thuộc rất lớn vào công nghệ sinh học

GMC tăng lên rõ rệt trên toàn cầu vì nhu cầu về lương thực ngày càng tăng. Ngày 31/10/2011 thế giới đã chứng kiến con người thứ 7 tỷ được sinh ra trên Trái đất này và dự kiến đến năm 2050 dân số thế giới sẽ đạt tới 9,2- 9,3 tỷ người (!) và năm 2100 sẽ là 10,1 tỷ người (1/3 là dân số châu Phi). Sản lượng lương thực sẽ tăng lên nhiều, nhưng lương thực bình quân đầu người sẽ giảm một cách đáng kể.

Với cây lúa, một thành tựu nổi bật trong nhiều năm qua là việc thực hiện thành công SX lúa lai trên diện rộng gắn liền với tên tuổi nhà bác học xuất thân từ nông dân- ông Viên Long Bình. Các dòng siêu lúa lai (super hybrid rice) ba dòng có thể cho năng suất 1 vụ cao tới 10,5 tấn/ha trên diện hẹp và 9,2 tấn/vụ/ha trên diện rộng (1,2 triệu ha năm 2000) hoặc 9,6 tấn/ha (trên 240.000 ha).

Trong phạm vi thí nghiệm (với diện tích 720 m2) giống lúa lai P64S/E32 đã cho năng suất cao tới 17,1 tấn/vụ/ha (!). Năm 2001 các thí nghiệm ở Trung Quốc trên quy mô rộng đã cho năng suất 12 tấn/vụ/ha. Ở nước ta hiện nay đã bắt đầu thực hiện việc trồng thí nghiệm để đánh giá hiệu quả và an toàn sinh học trên một số giống ngô GMC (kháng sâu bệnh và kháng thuốc trừ cỏ).

Còn phải nói đến một thành tựu đột xuất của Viện Nghiên cứu lúa Quốc tế (IRRI) ở Philippines, đó là việc chuyển gen để tạo ra cây lúa cho hạt gạo vàng (golden rice) với màu vàng ánh do chứa một hàm lượng cao beta-caroten (tiền vitamin A). Đây là hy vọng lớn lao để chống lại bệnh mù lòa do thiếu hụt vitamin A. Trên thế giới có khoảng trên 190 triệu trẻ em và 19 triệu phụ nữ mang thai tại 122 nước đang ở trong tình trạng thiếu hụt vitamin A. Chứng bệnh này mỗi năm làm thiệt mạng tới 2 triệu người và làm mù lòa tới 500.000 người.

Hiện nay rất nhiều nước đã sử dụng rộng rãi kỹ thuật nuôi cấy mô (tissue culture) để tạo ra các dòng cây sạch bệnh (ví dụ khoai tây sạch virus) hoặc nhân nhanh các giống quý hiếm, các giống cây có giá trị kinh tế cao (ví dụ cây hông, cây sung Mỹ, nhân sâm, tam thất…). Việc nuôi cấy tế bào (cell culture) có thể dùng làm nơi lưu giữ nguồn gen, có thể gây đột biến để dùng trong chọn giống.

Bằng con đường nuôi cấy tế bào thực vật ở quy mô công nghiệp có thể SX ra hàng loạt các sản phẩm trao đổi chất có giá trị cao trong các lĩnh vực dược phẩm (các hoạt chất trong đông dược, sâm, giảo cổ lam, trinh nữ hoàng cung, tam thất), thuốc trừ sâu, trừ nấm, hương liệu, màu thực phẩm, mỹ phẩm…

Trong công nghệ tế bào cần nhắc đến thành tựu đột xuất về kỹ thuật chuyển nhân (nuclear transplantation) và sự ra đời con cừu Dolly của Wilmut vào năm 1997. Đó là thành công mở đầu cho việc sinh sản vô tính (cloning) động vật có vú. Do không thông qua thụ tinh nên có thể thu được cá thể con giống y hệt cá thể cho nhân tế bào. Về sau các nhà khoa học khác đã liên tiếp tạo ra bằng phương pháp sinh sản vô tính trên chuột, dê, cừu, bò, lợn…

Nếu tiếp tục thành công trong việc chuyển vào lợn những gen của người để chống lại sự đào thải sau khi ghép phủ tạng rồi cho sinh sản vô tính để tạo ra hàng loạt các con lợn quý giá này thì hoàn toàn có thể mở ra một tiền đồ rộng lớn trong việc dùng phủ tạng của lợn (thận, gan, tim…) để ghép cho người bệnh, một nhu cầu rất lớn ở tất cả các nước hiện nay.

Người ta cũng đã thành công trong việc nuôi cấy các tế bào gốc của phôi thai (embryonic stem cell) và sử dụng chúng vào mục tiêu điều trị các bệnh hiểm nghèo, kể cả các bệnh di truyền.

CNSH hiện đại phục vụ tích cực cho nhiệm vụ bảo vệ môi trường sống. CNSH môi trường (Environmental biotechnology) đã trở thành một ngành khoa học phát triển. Hàng loạt các biện pháp xử lý môi trường ngày nay đã trở thành kinh điển ở nước ngoài, chẳng hạn như như các công nghệ kích thích sinh học (biostimulation), phân giải sinh học (biodegradation), xử lý ô nhiễm sinh học (bioremediation land farming), nồi phản ứng sinh học (bioreactor), lọc sinh học (biofiltration), màng sinh học (biofilm), tẩy độc sinh học (biodetoxification), bùn hoạt tính (activated sludge)...

Người ta đã bắt đầu sử dụng có hiệu quả các vi sinh vật mang gen tái tổ hợp để phân giải các hợp chất dầu mỏ, dung môi gây ô nhiễm môi trường (như các hợp chất Alkanes, Anthracene, Benzene…). Các vi khuẩn được chuyển gen thường thuộc về các chi Pseudomonas Nitrosomonas, Alcaligenes, Methylosinus,...

Nhà máy rác Thủy Phương (TT- Huế) nhờ áp dụng thành tựu CNSH mà đã chuyển hóa được phần lớn rác thải hữu cơ thành loại phân bón chất lượng cao được nông dân rất hoan nghênh. Việc SX khí sinh học (biogas) từ các phế thải nông nghiệp và phế thải sinh hoạt đang được triển khai và đã chứng thực hiệu quả rất rõ rệt (làm sạch môi trường, có năng lượng tái tạo để thắp sáng, đun nấu, chạy máy phát điện nhỏ để xem tivi, dùng dịch sau lên men để nuôi cá và làm phân bón sạch...). 

Tôi đã có dịp đến làm việc với các trung tâm khai thác và lưu giữ nguồn gen ở Hoa Kỳ và Nhật Bản và không khỏi kinh ngạc về tốc độ phát hiện và khai thác nguồn gen tại các cơ sở này. Nhiều nơi đã sử dụng công cụ robot để thay cho bàn tay của con người nhằm đẩy nhanh tốc độ chọn lọc các nguồn gen quý hiếm và điều kiện sử dụng chúng. 

gs.ts nguyễn lân dũnG