Công nghệ sinh học thực vật trong thế kỉ XXI: Triển vọng và thách thức

Tạp chí Khoa học và Công nghệ 50 (6) (2012) 859-874 
CÔNG NGHỆ SINH HỌC THỰC VẬT TRONG THẾ KỈ XXI: 
TRIỂN VỌNG VÀ THÁCH THỨC 
Dương Tấn Nhựt*, Hoàng Xuân Chiến 
Viện Sinh học Tây Nguyên, Viện KHCNVN, Tp Đà Lạt 
*
Email: duongtannhut@gmail.com 
Đến Tòa soạn: 16/12/2012; Chấp nhận đăng: 24/12/2012 
TÓM TẮT 
Trong bài tổng quan này, tác giả xin đề cập đến triển vọng của lĩnh vực công nghệ sinh học 
thực vật trong quang cảnh chung của nền kinh tế nông nghiệp và những định hướng tiêu biểu 
của chúng trong công tác giống cây trồng. Hiện nay, trên thế giới có trên 700 công ty giống cây 
trồng áp dụng công nghệ nuôi cấy mô, cơ quan và tế bào thực vật để sản xuất hàng trăm triệu 
giống cây trồng sạch bệnh mỗi năm (cây dược liệu, cây ăn quả, cây lương thực, cây hoa, cây 
cảnh, cây rừng) và đã mang lại hiệu quả kinh tế cao so với việc sử dụng các phương pháp truyền 
thống khác, góp phần bảo vệ an ninh lương thực và chống biến đổi khí hậu toàn cầu. Ở Việt 
Nam, hiện tại có trên 100 phòng thí nghiệm sử dụng kĩ thuật này và đã sản xuất gần 30 triệu cây 
giống vô tính; riêng Đà Lạt, thành phố đi đầu trong cả nước đã sản xuất hơn 26 triệu giống và là 
nơi có phòng thí nghiệm tư nhân có quy mô thuộc loại hàng đầu thế giới. Bên cạnh đó, kĩ thuật 
này là kĩ thuật không thể thiếu được trong công tác tạo giống mới như kĩ thuật chuyển gen, dung 
hợp, nuôi cấy tế bào đơn, tạo cây đơn bội với nhiều mục đích như tạo cây chống stress, tích 
lũy các chất có hoạt tính sinh học, thích nghi với những điều kiện trồng trọt khác nhau Để 
thực hiện được điều đó, chúng ta cần phải có được những kiến thức liên quan như sinh lí thực 
vật, sinh hóa, di truyền, phân loại, sinh học phân tử Những thông tin ngắn gọn trong bài tổng 
quan này sẽ chỉ ra vai trò quan trọng của công nghệ sinh học thực vật trong cuộc cách mạng 
xanh và sự ghi nhận của chúng trong phát triển kinh tế xã hội trên thế giới cũng như tại Việt 
Nam. 
Từ khóa: An ninh lương thực, biến đổi khí hậu, cây trồng biến đổi gen, chuyển gen, công nghệ 
sinh học thực vật, kĩ thuật chọn giống, nhiên liệu sinh học, kĩ thuật chọn giống, nhiên liệu sinh 
học, nông nghiệp, tăng mùa vụ, vi nhân giống. 
1. MỞ ĐẦU 
 Công nghệ sinh học nói chung, công nghệ sinh học thực vật nói riêng đã và đang có những 
đóng góp nhất định trong sự phát triển kinh tế xã hội. Nhìn thấy tầm quan trọng đó, trong những 
năm qua, Đảng và Nhà nước ta đã đầu tư rất nhiều kinh phí cho lĩnh vực Công nghệ sinh học 
thực vật. Với hai phòng thí nghiệm trọng điểm quốc gia về công nghệ tế bào thực vật (Viện di 
truyền nông nghiệp và Viện sinh học nhiệt đới), một phòng thí nghiệm trọng điểm quốc gia về 
Dương Tấn Nhựt, Hoàng Xuân Chiến 
 860 
công nghệ gen (Viện công nghệ sinh học) do nhà nước tài trợ với tổng kinh phí khoảng 11,5 
triệu đô la Mỹ và rất nhiều phòng thí nghiệm trọng điểm về công nghệ sinh học thực vật do Bộ 
Nông nghiệp – Phát triển nông thôn, Bộ Khoa học – Công nghệ đầu tư trực tiếp cho các Viện 
trực thuộc với kinh phí không nhỏ. Để giúp chúng ta có cái nhìn tổng thể hơn về việc phát triển 
lĩnh vực này, tác giả mong muốn cung cấp những thông tin về “những việc cần làm ngay và 
những điều cần quan tâm” để phát triển công nghệ sinh học thực vật, qua đó chúng ta thấy rõ 
trách nhiệm của mình hơn trong hoạt động nghiên cứu này. 
2. QUANG CẢNH NGÀNH NÔNG NGHIỆP THẾ GIỚI: AN TOÀN THỰC PHẨM 
VÀ SỰ THAY ĐỔI CỦA MÔI TRƯỜNG 
Việc cung cấp lương thực cho toàn thế giới vào năm 2050 đã trở thành vấn đề toàn cầu, nó 
cũng là chương trình đang được chú trọng hàng đầu của tổ chức Nông lương Liên Hợp Quốc - 
FAO. Sản lượng thực phẩm toàn cầu cần phải tăng đến 70 % vào năm 2050 để cung cấp đủ cho 
9,2 tỉ dân (theo diễn đàn High Level Expert, FAO, tháng 10, 2009,  Với sự 
thành công của cuộc cách mạng xanh và sự tiến bộ của công nghệ sinh học, sản lượng nông 
nghiệp đã tăng lên đáng kể trong vòng 40 năm qua. Sản lượng lương thực chính (lúa mạch, lúa, 
bắp) tăng từ 100 – 200 % từ cuối những năm 1960 [1]. Theo bản báo cáo mới nhất về an ninh 
lương thực thế giới [2], báo cáo này đã trình bày một cách tính mới về số người thiếu ăn trên 
toàn thế giới dựa trên một phương pháp sửa đổi và cải tiến. Các ước tính mới cho thấy sự tiến bộ 
trong việc giảm đói trong suốt 20 năm qua đã đạt được tốt hơn chúng ta tưởng và với các nỗ lực 
đổi mới, chúng ta có thể đạt được mục tiêu của thiên niên kỷ là giảm nạn đói ở cấp độ toàn cầu 
vào năm 2015 (Hình 1). Tuy nhiên, số lượng những người bị thiếu ăn vẫn đang ở mức cao, thống 
kê mới nhất của FAO trên thế giới vẫn còn 870 triệu người tương đương với một phần tám dân 
số thế giới vẫn còn trong tình trạng đói kém và xóa đói vẫn là một thách thức lớn cho toàn cầu 
( 2012). Giá lương thực qua các năm có sự gia tăng mạnh đối với 
nhiều loại thực phẩm, đặc biệt là Lúa mì, Ngô, Gạo, Đậu nành và Bông. Ở các nước phát triển 
mạnh thì giá của thực phẩm chính thấp, vì vậy việc tăng giá thực phẩm ít tác động đến nền kinh 
tế. Trong khi vấn đề này đối với các nước đang phát triển thì rất khác biệt. Khi một nửa tiền 
lương của người dân được dùng cho việc mua thực phẩm và giá thực phẩm lại tăng 30 – 40 %, 
chính vì vậy người dân phải gặp rất nhiều khó khăn trong việc lựa chọn. Do đó bất chấp các nỗ 
lực của chính phủ và nhiều tổ chức phi chính phủ mà số người đói/số người suy dinh dưỡng thực 
tế vẫn còn rất nhiều [3]. 
Có nhiều vấn đề xảy ra khi hầu hết các nguồn thực phẩm dư thừa được sản xuất ở các vùng 
rất xa khu vực cần được hỗ trợ thực phẩm. Một lượng lớn thực phẩm sản xuất mỗi năm bị lãng 
phí do hư hỏng, côn trùng và do các vấn đề khác. Các vấn đề khí hậu hàng năm như hạn hán 
(gần đây đã được chứng kiến ở Ukraina) và lũ lụt (Pakistan và Australia) có thể giảm sản lượng 
lương thực một lượng đáng kể [3]. 
Hơn nữa, tốc độ gia tăng năng suất phân bố không đồng đều qua từng mùa vụ và khu vực. 
Ở các quốc gia đang phát triển, 80 % gia tăng sản xuất được hoạch định dựa vào gia tăng năng 
suất trồng trọt và thu hoạch, chỉ có 20 % gia tăng sản xuất dựa vào mở rộng địa bàn trồng trọt. Ở 
các quốc gia khan hiếm đất đai, tăng gia sản xuất chủ yếu dựa vào cải thiện năng suất vụ mùa. 
Không may thay, sản lượng các cây lương thực chính đang giảm dần qua các vụ mùa (Diễn đàn 
High Level Expert, FAO, Rome, 12 – 13 tháng 10, 2009,  Hơn nữa, diện 
tích đất trồng trọt trên thế giới đã đạt đến mức bão hòa vào những năm 1970 và hiện tại đang 
giảm dần do tình trạng đô thị hóa. Gia tăng sản lượng mùa vụ để đảm bảo cho nguồn cung cấp 
Công nghệ sinh học thực vật trong thế kỉ XXI: Triển vọng và thách thức 
861 
lương thực từ đó càng trở thành một nhiệm vụ khó thực thi. Sự thay đổi khí hậu lại là một thử 
thách nữa cho an ninh lương thực thực phẩm (Diễn đàn High Level Expert, FAO, Rome, 12–13 
Hình 1. Biểu đồ thể hiện số lượng người bị thiếu ăn trên toàn thế giới. WFS (World Food Summit) – Hội 
nghị cấp cao về lương thực thế giới; Millennium Development Goal (MDG)–Mục tiêu thiên niên kỷ (số 
liệu ước lượng của FAO, 2012). 
Tháng 10, 2009,  Tuy đòi hỏi đầu tư lớn nhưng làm cho sản xuất và 
quản lí nông nghiệp thích nghi với khí hậu đang thay đổi lại là vấn đề cần thiết cho an ninh 
Dương Tấn Nhựt, Hoàng Xuân Chiến 
 862 
lương thực thực phẩm cũng như xóa đói giảm nghèo và duy trì sinh thái [4] (Diễn đàn High 
Level Expert, FAO,  Nếu thực thi, việc giảm thiểu và loại trừ khí nhà kính 
từ các hoạt động nông nghiệp là vấn đề đáng chú ý. Các ứng dụng và cải tiến của công nghệ sinh 
học là những bước thuận lợi đối với việc đương đầu trước biến đổi khí hậu nhằm đảm bảo an 
ninh sản xuất lương thực thực phẩm cho dân số thế giới đang ngày một tăng lên. 
Sự tồn tại của nhân loại gắn liền với các sản phẩm của nền nông nghiệp [5]. Những phương 
pháp sản xuất truyền thống không còn đảm bảo việc đáp ứng nhu cầu lương thực của con người. 
Chính vì vậy, sự ứng dụng các biện pháp công nghệ sinh học thực vật là rất cần thiết trong việc 
gia tăng các sản phẩm lương thực cho xã hội. Về lâu dài, việc áp dụng rộng rãi các biện pháp (kĩ 
thuật) công nghệ sinh học thực vật và công nghệ sinh học nông nghiệp là điều cần thiết. Thêm 
vào đó những biện pháp này cũng lần lượt thay thế công nghệ y sinh nhằm giảm thiểu nguy cơ 
suy dinh dưỡng của con người do tình trạng thiếu lương thực như hiện nay. Trong các nghiên 
cứu về “Sự điều khiển những thảm họa”, một trong những chủ đề trọng tâm của những nghiên 
cứu xã hội và trong chương trình giảng dạy là thực phẩm và sự thiếu hụt thực phẩm là hiểm họa 
đỉnh điểm. Tuy nhiên, không như những căn bệnh tự nhiên, chúng ta hoàn toàn có thể chuẩn bị 
và phòng chống căn bệnh về thiếu hụt thực phẩm từ trước. Sự thuần hóa thực vật và động vật 
được tìm thấy trong tự nhiên kết hợp với những thay đổi về số lượng và chất lượng giống dần 
dần qua thời gian dài là những đóng góp đầu tiên của nông nghiệp. Sự thuần hóa, sau đó là sự dự 
trữ lương thực xảy ra đồng thời với sự phát triển của vi sinh vật. Từ đó những thực phẩm lên 
men truyền thống ra đời, đây có thể được xem như là những ứng dụng sớm nhất của công nghệ 
sinh học vào việc tạo ra những sản phẩm thực phẩm. Hình thức nông nghiệp truyền thống này 
hiện đang đối mặt với những hạn chế nghiêm trọng [5]: 
1. Hạn chế về thị trường: Thế giới ngày nay đang trở thành một ngôi làng lớn mà những 
luật lệ mậu dịch tự do của nó phủ nhận tính hiệu quả của những chính sách giá cục bộ và 
chỉ có những chính sách và luật lệ thương mại quốc tế là tồn tại. Điều này đã ảnh hưởng 
sâu sắc đến sự phát triển của nông nghiệp trong tương lai trong khi nông nghiệp vẫn là 
ngành thương mại lớn nhất của thế giới. 
2. Hạn chế về tài nguyên thiên nhiên: Sự thay đổi khí hậu toàn cầu (hậu quả lớn nhất là 
hiện tượng sa mạc hóa và sự nhiễm mặn), công nghiệp hóa, đô thị hóa đã làm giảm sút 
diện tích đất và nước nông nghiệp và gây ra mối đe dọa về sự thoái hóa chất lượng đất, 
nước và không khí. 
3. Hạn chế về nguồn gene sinh học hiện có: Mặc dù đạt hiệu quả cao trong thời gian trước 
đây, sự tạo thành những kiểu gene mới bằng phương pháp sinh sản truyền thống là quá 
chậm để theo kịp nhu cầu hiện nay, đồng thời những kiểu gene này bị hạn chế đáng kể 
do sự thiếu hụt những gene tự nhiên đã bị mất qua quá trình lai tạo truyền thống. 
Ngoài những hoạt động cải thiện nông nghiệp không ngừng, có lẽ chỉ có hai giải pháp 
chính là có tiềm năng trong việc tăng cao lượng lương thực cung cấp và những sản phẩm nông 
nghiệp mà không kể đến những hạn chế vừa nêu: (1) tìm kiếm những nguồn thực phẩm mới (ví 
dụ thực phẩm từ đại dương hay từ ngoài trái đất), (2) nâng cao hiệu quả nhân giống. 
3. NHU CẦU HỢP TÁC: SỰ KẾT HỢP GIỮA CÔNG NGHỆ SINH HỌC VỚI SINH 
LÍ HỌC VÀ PHƯƠNG PHÁP NHÂN GIỐNG CỔ ĐIỂN 
Sản phẩm nông nghiệp, về số lượng lẫn chất lượng, cụ thể là những sản phẩm từ thực vật 
của các nước phát triển và đang phát triển trên toàn thế giới không thể chỉ dựa vào ngành nông 
nghiệp truyền thống. Sự sống của nhân loại, liên quan đến sự phát triển không ngừng sản lượng 
Công nghệ sinh học thực vật trong thế kỉ XXI: Triển vọng và thách thức 
863 
nông nghiệp, phụ thuộc vào hiệu quả của sự kết hợp giữa phương pháp nhân giống truyền thống 
với công nghệ sinh học thực vật hiện đại và những công cụ mới mà nó cung cấp. Chẳng hạn như 
“cuộc cách mạng xanh” đã tăng sản lượng lúa mì của Ấn Độ và một số nước Đông Nam Á lên 
gấp 10 lần và đã nuôi sống gấp 3 lần dân số lúc đó. Tuy nhiên, cuộc cách mạng này đã bị khai 
thác đến giới hạn của nó, do đó cần có những giải pháp thay thế để cải thiện mùa vụ. Giờ đây 
công nghệ sinh học kết hợp với nhân giống cổ điển đang tiến đến cột mốc tạo ra cuộc cách mạng 
mới, “cuộc cách mạng thường xanh” (evergreen revolution). Tiềm năng cải tiến sản lượng vật 
nuôi, cây trồng và khả năng sử dụng chúng trong nông nghiệp phụ thuộc chủ yếu vào những kĩ 
thuật DNA và đánh dấu phân tử mới được phát triển gần đây. Các kĩ thuật này cho phép lựa 
chọn những kiểu gene thành công, phân lập và nhân vô tính tốt hơn những dòng phù hợp và tạo 
ra những cá thể chuyển gene đối với những loài quan trọng trong nông nghiệp. Những kĩ thuật 
này kết hợp với nhau là một phần nằm trong và cũng là phần mở rộng của nhân giống cổ điển, 
đóng góp thành công vào việc rút ngắn thời gian nhân giống và chu trình chọn lọc. Công nghệ 
sinh học thực vật mới sử dụng kĩ thuật DNA tái tổ hợp, RNAi và sinh học tế bào in vitro vào ba 
lĩnh vực chính như sau: 
1. Là một công cụ hỗ trợ cho nhân giống cổ điển: bao gồm những dự án lập bản đồ gene 
đang được thực hiện, ví dụ trên đối tượng là Arabidopsis, Lúa, Bắp và Cà chua, kết hợp 
với những hoạt động hiện nay về chức năng của bộ gene, proteomics, sinh tin học 
(bioinformatics) và chọn lọc với sự hỗ trợ của DNA marker. Việc sử dụng kết hợp 
những kĩ thuật này sẽ nhanh chóng rút ngắn thời gian cần thiết cho việc nhân giống cổ 
điển và chu trình chọn lọc. 
2. Sự tạo thành các cá thể chuyển gene: Trong bối cảnh có những hạn chế hiện nay về sự 
nhập gene mới bằng phương pháp lai cổ điển (ví dụ sự thiếu hụt những gene mong 
muốn, những khó khăn trong quá trình lai tạo), việc chuyển gene hiệu quả ở thực vật đã 
có kết quả tốt trong việc cải tiến sản lượng của một số cây trồng quan trọng. Dù chỉ mới 
hình thành gần hai thập kỷ, nhưng kết quả của sự phát triển đầy ấn tượng này đã cho 
phép tải nạp và hòa nhập những gene phân lập từ các cá thể khác và tạo ra khả năng tái 
tổ hợp gene. 
3. Sự xâm nhập vi sinh vật vào hệ thống sản xuất thực vật: Trong sự phát triển bằng công 
nghệ sinh học của những mối quan hệ cộng sinh, kháng sinh và đối kháng mới giữa thực 
vật và vi sinh vật (nấm, vi khuẩn và côn trùng), so với những kĩ thuật khác, sử dụng thực 
vật chuyển gene và vi sinh vật mở ra nhiều khả năng mới. Trong đó có việc kiểm soát 
sâu bệnh, phân bón sinh học, kích thích tăng trưởng thực vật và những liệu pháp sinh 
học – thực vật. 
Trong hai thập niên qua, những kĩ thuật mới này đã thích ứng với những hoạt động nông 
nghiệp và mở ra triển vọng cho việc sử dụng thực vật. Điều này sẽ còn tiếp tục phát triển và từng 
bước hoàn thiện hơn nữa trong những thập niên tới. Công nghệ sinh học thực vật – đặc biệt là 
sinh học tế bào và kĩ thuật tái sinh cây in vitro, kĩ thuật thao tác DNA và sự điều chỉnh gene của 
những con đường biến đổi hóa sinh, đang làm thay đổi tình hình thực vật ở ba lĩnh vực chính 
như sau: 
1. Sự điều khiển sinh trưởng và phát triển (vô tính, hữu tính và nhân giống). 
2. Bảo vệ thực vật trước những nguy cơ stress cơ học và sinh học chưa bao giờ tăng nhanh 
như hiện nay. 
3. Khắc phục những hạn chế bằng cách mở rộng sản xuất những dạng thực phẩm chức 
năng, hóa chất sinh học và dược phẩm. Những lĩnh vực này đã được thảo luận sôi nổi tại 
các hội nghị quốc tế về công nghệ sinh học thực vật và sinh học in vitro. 
Dương Tấn Nhựt, Hoàng Xuân Chiến 
 864 
Công nghệ sinh học thực vật đóng một vai trò rất đáng kể cho ngành nông nghiệp hiện đại 
trong vòng hai thập kỉ qua. Từ khi cây trồng biến đổi gen (GM) lần đầu tiên được thương mại 
hóa năm 1996, diện tích mùa vụ công nghệ sinh học đã không ngừng phát triển trên toàn thế 
giới, đạt đến 134 triệu hecta vào năm 2009 [6], ước tính gia tăng hơn 9 ... của thực vật ít hoặc không sử dụng làm thực phẩm nhưng 
lại có giá trị ứng dụng rất cao, chẳng hạn như việc sử dụng một số loại acid béo đặc biệt từ thực 
vật làm nguồn năng lượng mới, sử dụng các polysaccharide với đặc tính cản nhiệt trong quá 
trình tinh chế các hợp chất sinh học đồng dạng, sử dụng các enzyme chịu nhiệt và chịu mặn 
trong công nghiệp thực phẩm, v.v. Hơn nữa, đối với ngành công nghiệp hóa chất, thực vật có thể 
được sử dụng để sản xuất polyhydroxybutyrate - nguyên liệu để tạo ra nhựa chịu nhiệt tự hủy, 
cyclodextrin có khả năng tạo phức hợp với những chất kị nước [5]. 
Do tế bào thực vật có tính toàn thế (Totipotency) nhờ khả năng ít bị biệt hóa và phát triển 
tốt nên dễ nuôi cấy hơn so với nuôi cấy tế bào động vật. Việc sử dụng thực vật như một 
bioreactor sản xuất các hợp chất ngoại lai – không có nguồn gốc từ thực vật đang trên đà phát 
triển và có khả năng sẽ đưa đến một loại hình nông nghiệp mới, trong đó bao gồm việc sản xuất 
các peptit có hoạt tính sinh học, vắc xin, kháng thể và rất nhiều loại enzym khác nhau, chủ yếu 
sử dụng trong ngành công nghiệp dược phẩm. Ngoài việc giúp gia tăng sản lượng của cây trồng, 
còn tạo niềm hy vọng rất lớn trong việc cải thiện cuộc sống và sức khỏe cho người dân ở các 
nước đang phát triển như tiến bộ trong việc tạo vắc xin thực vật ăn được [17]. Ngày nay công 
nghệ sinh học thực vật đã được áp dụng ở quy mô lớn và tiến dần đến mở rộng sản xuất công 
nghiệp. Tạo sinh khối có hoạt chất sinh học cao được phát triển và áp dụng trong quy mô sản 
xuất công nghiệp mà không cần qua giai đoạn trồng trên đồng ruộng. 
Thực vật bậc cao là nguồn cung cấp hợp chất có tác dụng sinh học cao được dùng trong 
công nghiệp dược. Một số hợp chất thứ cấp được dùng làm thuốc như: morphin, codein, cocain, 
quinin, các alkaloid Dừa cạn, alkaloid Dương địa hoàng, colchicin, phytostigminin, pilocarpin, 
reserpin và các steroid như: Diosgenin, digoxin, và digitoxin (bảng 1). 
Với sự phát triển công nghệ gen thực vật nhờ phát hiện vi khuẩn Agrobacterium 
tumefaciens gây khối u ở thực vật, việc tạo giống bằng kĩ thuật di truyền đã mở ra nhiều ứng 
dụng mới cho trồng trọt cũng như tạo các hợp chất thứ cấp có tác dụng sinh học cao trong các 
Dương Tấn Nhựt, Hoàng Xuân Chiến 
 870 
mô cấy tế bào với hàm lượng có thể ly trích được ở quy mô công nghiệp, đặc biệt là sự hình 
thành rễ tơ có hàm lượng các hoạt chất cao nhờ vào các kĩ thuật nuối cấy trong bioreactor và có 
bổ sung các tiền chất như acid jasmonic và dẫn chất (bảng 2). 
Bảng 1. Một số hợp chất thứ cấp được dùng làm thuốc 
Hợp chất Điều trị Loài Giá (USD/kg) 
Ajmalicin Cao huyết áp Catharanthus roseus 37.000 
Ajmalin Sốt rét Rauwolfia serpentine 75.000 
Camptothecin Ung thư Camptotheca 
acuminata 
432.000 
Codein Giảm đau Papaver somniferum 17.000 
Colchicin Ung thư Colchium autumnale 35.000 
Ellipticin Ung thư Orchrosia elliptica 240.000 
Morphin Giảm đau Papaver somniferum 340.000 
Shikonin Sát khuẩn Lithospermum 
erythrorhizon 
4.500 
Taxol Ung thư vú, phổi, 
buồng trứng 
Taxus brevifolia 600.000 
Vinblastin Ung thư máu Catharanthus roseus 1.000.000 
Vincristin Ung thư máu Catharanthus roseus 2.000.000 
Bảng 2. Sản xuất hợp chất thứ cấp bằng kĩ thuật nuôi cấy mô rễ tơ từ một số loài cây thuốc 
Họ thực vật Cây thuốc Hợp chất chính Tác dụng 
Araliaceae Panax ginseng Các ginsenosid 
Bổ, tăng lực, chống 
stress 
Apocynaceae Rauwolfia micrantha Ajmalicin, Ajmalin Hạ huyết áp 
Asteraceae Saussurea medusa Jaceosidin Kháng ung thư 
Cucurbitaceae 
Gynostemma 
pentaphyllum 
Gypenosid (Saponin) 
Một số tác dụng sinh 
học 
Fabaceae 
Pueraria 
phaseoloides 
Puerarin 
Hạ nhiệt, co thắt, hạ 
áp, chống loạn nhịp 
Ginkgoaceae Gingko biloba Ginkgolid 
Phòng chống bệnh tim 
mạch và tuổi già 
Linaceae Linum favum Coniferin (Lignan) Kháng ung thư 
Nyssaceae 
Camptotheca 
acuminate 
Camptothecin 
Kháng ung thư, kháng 
virus 
Papaveraceae Papaver somniferum 
Morphin, 
sanguinarin, codein 
Giảm đau 
Solanaceae 
Solanum 
chrysotrichum 
Saponin Kháng virus 
Verbenaceae Gmelina arborea Verbascosid 
Phòng chống bệnh 
đau bao tử, sốt và 
bệnh ngoài da 
Công nghệ sinh học thực vật trong thế kỉ XXI: Triển vọng và thách thức 
871 
Việc ứng dụng công nghệ sinh học thực vật đã đem lại nhiều lợi ích và có ý nghĩa lớn mà ta 
có thể minh họa 2 trường hợp rất gần gũi với nước ta sau đây: 
Taxol 
Nhu cầu hiện nay trên thế giới đạt tới 259 kg taxol/năm. Taxol đã vào thị trường thuốc 
generic vào đầu những năm 90, giờ đây được sản xuất trên quy mô lớn từ nuôi cấy mô tế bào 
hoặc bằng sự bán tổng hợp từ các tiền chất DAB và baccatin III và dễ dàng tách từ lá các loài 
thông đỏ. Cho đến nay, mức thu được từ 140 - 295 mg/l taxol của tế bào nuôi cấy Thông đỏ Thái 
Bình Dương (Taxus baccata) được thương mại hóa trong sản xuất. 
Nhân sâm (Panax ginseng) 
Trồng Nhân sâm tối thiểu phải 4 năm mới thu hoạch rễ. Sâm phải trồng trong điều kiện đặc 
biệt về độ cao, độ ẩm, ánh sáng. Ngoài ra phải giải quyết vấn đề bệnh hại và phải thường xuyên 
chuẩn bị các cánh đồng trồng sâm mới cho vụ mùa sau để đảm bảo chất lượng và sản lượng. Cho 
đến nay, rất ít sự thay đổi trong kĩ thuật trồng ở đồng ruộng. Vì vậy, áp dụng công nghệ sinh học 
được xem xét và thay thế cho sự phát triển Nhân sâm và nhân giống và sản xuất nguyên liệu làm 
thuốc. Tại Hàn Quốc, một số công ty đang sản xuất rễ tơ Nhân sâm với bioreactor có dung tích 
10.000 đến 20.000 lít. Sản phẩm này được làm nguyên liệu cho các dạng thực phẩm chức năng 
và thực phẩm khác nhau trên thị trường. 
Việt Nam được xếp thứ 16 trong 25 quốc gia có mức độ đa dạng sinh học cao nhất thế giới, 
chiếm 6,5% số loài thực vật trên toàn thế giới, với nhiều nhóm sinh vật có tính đặc hữu cao, có 
giá trị khoa học và thực tiễn lớn. Riêng thực vật bậc cao đã thống kê được 10.386 loài, trong số 
này đã ghi nhận 3.950 loài được dùng làm thuốc, chiếm 38 % số loài đã biết. Nếu so với khoảng 
20.000 loài cây làm thuốc đã biết trên thế giới thì số loài cây thuốc ở Việt Nam chiếm khoảng 
19 %. Trong đó có nhiều loài quý, hiếm như Thông đỏ, Lan gấm, Thạch tùng răng, sâm Ngọc 
Linh đang bị thu hái hay triệt phá cạn kiệt và được đưa vào Sách đỏ Việt Nam. Vì vậy cần 
phải có việc tái điều tra tài nguyên cây thuốc trên địa bàn các tỉnh, khoanh vùng bảo vệ và thu 
hái hợp lí các cây thuốc trong tự nhiên. Tổ chức nhân giống và trồng các cây thuốc quý có tiềm 
năng và có giá trị kinh tế cao ở quy mô lớn. Để thực hiện mục tiêu này, chúng ta có thể áp dụng 
kĩ thuật nuôi cấy mô tế bào để bổ sung nguồn cây giống mà kĩ thuật nhân giống truyền thống 
bằng hạt hoặc bằng hom cành thường mất nhiều thời gian và hạn chế về số lượng. Nhưng để 
phát triển được nguồn nguyên liệu làm thuốc bằng kĩ thuật nuôi cấy mô tế bào, thì ngoài giá trị 
điều trị bệnh cao, phải là cây thuốc có giá trị kinh tế cao hơn giá trị của các loại cây trồng truyền 
thống của như hoa và rau, quả. Trên địa bàn Tây Nguyên hiện có hai cây thuốc quý hội đủ yếu tố 
này là Thông đỏ lá dài (Taxus wallichiana) và Sâm Ngọc Linh (Panax vietnamensis). Trong đó 
Thông đỏ là nguồn nguyên liệu ưu thế tại chỗ, hiện nay đang được nhân giống vô tính bằng hom 
cành ở quy mô sản xuất nguyên liệu và từng bước bằng kĩ thuật nuôi cấy trong ống nghiệm. Còn 
sâm Ngọc Linh cũng từng được di thực trồng ở Cam Ly, Langbiang và được các nhà khoa học ở 
trường Đại học Đà Lạt và Viện Sinh học Tây Nguyên nghiên cứu theo hướng nuôi cấy mô tế bào 
và dạng rễ tơ, tạo ra một triển vọng chủ động nguồn nguyên liệu làm thuốc theo 2 hướng: Một là 
nhân giống cây sâm hoàn chỉnh để trồng, hai là tạo rễ tơ để sử dụng như nguyên liệu cho các sản 
phẩm thực phẩm chức năng và mỹ phẩm (hình 5). 
Dương Tấn Nhựt, Hoàng Xuân Chiến 
 872 
Hình 5. Sản xuất rễ tơ sâm Ngọc Linh bằng bioreactor [18] 
7. KHẢ NĂNG CUNG CẤP VÀ NHU CẦU THỰC TẾ: 
TỪ ĐÂY CHÚNG TA SẼ TIẾN ĐẾN ĐÂU? 
Ngày nay, những thành tựu trong công nghệ sinh học thực vật đã vượt xa sự mong đợi 
trước đây và những hoạt động trong tương lai sẽ mang lại nhiều hứa hẹn hơn nữa. Nhận thức đầy 
đủ và về cuộc cách mạng công nghệ sinh học nông nghiệp và những tác động của những thành 
tựu nêu trên không chỉ phụ thuộc vào những nghiên cứu cải tiến thành công liên tiếp mà còn phụ 
thuộc vào xu thế thuận lợi và sự công nhận của cộng đồng. Khoảng 12 % diện tích đất của thế 
giới được sử dụng cho việc trồng trọt và những hoạt động của lĩnh vực nông nghiệp để cung cấp 
một lượng thực phẩm bình quân 0,44 ha/đầu người vào năm 1961 và có khả năng tỉ lệ này sẽ 
giảm còn 0,15 ha/đầu người vào năm 2050. Việc tăng cường hoạt động nông nghiệp trong điều 
kiện còn nhiều hạn chế nói trên, vì thế cần có những giống cải tiến có hiệu quả cao hơn đồng 
thời mang lại lợi ích kinh tế, khả năng hoàn vốn cao và tạo ra được những sản phẩm độc quyền 
có nguồn gốc thực vật. Tất cả những điều nêu trên không thể được thực hiện nếu không có 
những nghiên cứu chuyên sâu và sự phát triển của sinh hóa học, sinh lí học, di truyền học và 
công nghệ sinh học nông nghiệp thực vật. Gắn với kĩ thuật canh tác tối hảo, luân canh, quản lí 
dịch hại; công nghệ sinh học sẽ thể hiện tính ưu việt và tầm ảnh hưởng rộng lớn như cuộc cách 
mạng xanh khi xưa. Những nhà khoa học thực vật ngày nay giữ một vai trò trung tâm trong xã 
hội, không như vị trí của họ 300 năm trước đây khi Jonathan Swift (1667 – 1745) từng nói: “Bất 
cứ ai có thể làm cho cây bắp phát triển ngay tại vùng đất mà trước đây chỉ có cỏ mọc sẽ xứng 
đáng được vinh danh hoặc được ca ngợi vì đã giúp ích thiết thực cho đất nước của họ. Điều này 
còn hơn là cuộc chạy đua của giới chính trị gia”. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
1. Mann C. C. - Crop scientists seek a new revolution, Science 283 (1999) 310-314. 
2. FAO, WFP and IFAD - The State of Food Insecurity in the World 2012. Economic growth 
is necessary but not sufficient to accelerate reduction of hunger and malnutrition. Rome, 
FAO (2012). 
3. Michael E. H., Gunther H. and Ralf R. - Plant biotechnology in support of the Millennium 
Goals II, Plant Cell Rep 30 (2011) 677-679. 
4. Sharkey T. D., Laporte M., Lu Y., Weise S. and Weber A. P. M. - Engineering plants for 
elevated CO2: a relationship between starch degradation and sugar sensing, Plant. Biol. 6 
(2004) 280-288. 
Công nghệ sinh học thực vật trong thế kỉ XXI: Triển vọng và thách thức 
873 
5. Altman A. - Plant biotechnology in the 21st century: the challenges ahead, J. Biotechnol. 2 
(2) (1999) 51-55. 
6. James C. - Global status of commercialized biotech/GM Crops: 2009. ISAAA Brief No. 
41. ISAAA, NY. 
7. Daniell H. - Molecular strategies for gene containment in transgenic crops, Nat. 
Biotechnol. 20 (2002) 581–586. 
8. Filipecki M. and Malepszy S. - Unintended consequences of plant transformation: a 
molecular insight, J. Appl. Genet. 47 (2006) 277-286. 
9. Grevich J. J. and Daniell H. - Chloroplast genetic engineering: recent advances and future 
perspectives, Crit. Rev. Plant. Sci. 24 (2005) 83-107. 
10. Martino-Catt S. J. and Sachs E. S. - Editor’s choice series: the next generation of biotech 
crops, Plant. Physiol. 147 (2008) 3-5. 
11. Duong Tan Nhut, Nguyen Thanh Hai, Pham Thi Minh Thu, Nguyen Ngoc Thi, Truong 
Thi Dieu Hien, Tran Trong Tuan, Nguyen Ba Nam, Nguyen Phuc Huy, Hoang Xuan 
Chien, and S. Mohan Jain - Protocol for inducing flower color somaclonal variation in 
Torenia (Torenia fournieri Lind.). In: Maurizio Lambardi, E. Aylin Ozudogru, S. Mohan 
Jain (eds), Protocols for micropropagation of selected economically - important 
horticultural plants, Springer , 2012, pp. 455-462. 
12. Duong Tan Nhut, Takamura T., Watanabe H. and Tanaka. M. - Artificial lighting source 
using light-emitting diodes (LEDs) in the efficient micropropagation of Spathiphyllum 
plantlets, Acta Hortic 692 (2005) 137-142. 
13. Afroz A., Ali G. M., Mir A. and Komatsu S. - Application of proteomics to investigate 
stress-induced proteins for improvement in crop protection, Plant. Cell. Rep. 30 (5) (2011) 
745-63. 
14. Choi J. Y., Seo Y. S., Kim S. J., Kim W. T. and Shin J. S. - Constitutive expression of 
CaXTH3, a hot pepper xyloglucan endotransglu-cosylase/hydrolase, enhanced tolerance to 
salt and drought stresses without phenotypic defects in tomato plants (Solanum 
lycopersicum cv. Dotaerang), Plant. Cell. Rep. 30(5) (2011) 867-877. 
15. Ghanem M. E., Hichri I., Smigocki A. C., Albacete A., Fauconnier M. L., Diatloff E., 
Martinez-Andujar C., Lutts S., Dodd I. C. and Pe´ rez-Alfocea F. - Root-targeted 
biotechnology to mediate hormonal signaling and improve crop stress tolerance, Plant. 
Cell. Rep. 30 (5) (2011) 807-823. 
16. Trần Công Luận - Công nghệ sinh học thực vật với tài nguyên cây thuốc, Kỷ yếu hội thảo 
quốc tế tháng 4, 2010. 
17. Penney C. A., Thomas D. R., Deen S. S., Walmsley A. M. - Plant-made vaccines in 
support of the Millennium Development Goals, Plant. Cell. Rep. 30 (5) (2011) 789-798. 
18. Dương Tấn Nhựt, Nguyễn Cửu Thành Nhân, Hoàng Xuân Chiến, Nguyễn Phúc Huy, 
Nguyễn Bá Nam, Trần Xuân Ninh, Phạm Phong Hải, Vũ Quốc Luận, Phan Quốc Tâm, Vũ 
Thị Hiền, Trịnh Thị Hương, Trần Công Luận và Paek Kee Yoeup - Một số hệ thống nuôi 
cấy trong nghiên cứu nhân nhanh rễ bất định và rễ thứ cấp cây sâm Ngọc Linh (Panax 
vietnamensis Ha et Grushv.), Tạp chí Công nghệ Sinh học (2012) (nhận đăng). 
Dương Tấn Nhựt, Hoàng Xuân Chiến 
 874 
ABSTRACT 
PLANT BIOTECHNOLOGY IN 21
ST
 CENTURY: PROSPECTS AND CHALLENGES 
Duong Tan Nhut
*
, Hoang Xuan Chien 
Tay Nguyen Institute of Biology, VAST, Dalat City 
*
Email:duongtannhut@gmail.com 
The present review mentions the relevance and future prospect of plant biotechnology in 
agricultural economics and plant breeding industry. So far, 700 plant breeding companies around 
the world have been applying plant, cell, tissue and organ culture technique to breed thousands 
of disease-free seedlings per year, including medicinal, fruit, food, woody plants and kinds of 
flower. The application makes a better profit than using traditional method production and 
tackles both food security and climate change. In Vietnam, 30 million seedlings are produced by 
more than 100 laboratories using these modern techniques every year. There are number of high-
tech private enterprises in Dalat which are producing about 80 % of the total seedlings. 
Moreover, the modern techniques being used are required for plant-breeding programs. They are 
genetic transformation, protoplast fusion, single cell culture, haploid plant, etc. The application 
of these tecgniques has been serving multi purposes such as anti-stress, accumulation of 
secondary metabolites and acclimatization. For those reasons, it is necessary to gain the 
knowledge of plant physiology, biochemistry, taxonomy and molecular biology, etc. This review 
describes the important role of plant biotechnology in ‘Green Revolution’ and in the Socio - 
economic Development of both the world and Vietnam. 
Keywords: agriculture, bioenergy, climate change, crop improvement, food security, GMO, 
micropropagation, plant biotechnology, plant breeding techniques, stress, transgene.