The Applications of Biotechnology In Agriculture and Its Advantages
Today, biotechnology is biology’s fastest-growing discipline prompted by the ever-increasing demand for food and fuel in a cleaner and greener environment. In general, biotechnology encompasses a broad range of technologies and applications to produce useful living products and services. The integration of biotechnology into the field of agriculture makes the better use of limited resources, increases production, and reduces the use of pesticides and insecticides on crops. Agricultural biotechnology is a field of agricultural science that uses cell and molecular biology tools to improve genetic makeup and agronomic management of crops and animals.
Hoje, a biotecnologia é a disciplina que mais cresce na biologia, motivada pela crescente demanda por alimentos e combustível em um ambiente mais limpo e mais verde. Em geral, a biotecnologia abrange uma ampla gama de tecnologias e aplicações para produzir produtos e serviços úteis para a vida. A integração da biotecnologia no campo da agricultura faz melhor uso de recursos limitados, aumenta a produção e reduz o uso de pesticidas e inseticidas nas lavouras. A biotecnologia agrícola é um campo da ciência agrícola que utiliza ferramentas de biologia celular e molecular para melhorar a composição genética e o gerenciamento agronômico de culturas e animais.
- There are many biotechnology techniques used by scientists and researchers in this discipline, which include genetic engineering, marker-assisted selection, hybridization, plant tissue culture, bio-fertilizer technology, artificial insemination technology, plant, and livestock disease diagnostics as well as vaccine production. So, biotechnology helps to increase productivity and efficiency with the use of the above techniques. Thus, most of the use of these biotech tools have the potential to improve the livelihoods of people living in areas who are depending mainly on agriculture.
Existem muitas técnicas de biotecnologia usadas por cientistas e pesquisadores nessa disciplina, que incluem engenharia genética, seleção assistida por marcadores, hibridação, cultura de tecidos vegetais, tecnologia de biofertilizantes, tecnologia de inseminação artificial, diagnóstico de doenças de plantas e animais, bem como produção de vacinas . Portanto, a biotecnologia ajuda a aumentar a produtividade e a eficiência com o uso das técnicas acima. Assim, a maior parte do uso dessas ferramentas biotecnológicas tem o potencial de melhorar os meios de subsistência das pessoas que vivem em áreas que dependem principalmente da agricultura.
Different Fields of Agriculture Implementing Biotechnology
Diferentes Áreas da Agricultura Implementando Biotecnologia
Both the field of agriculture and biotechnology covers a lot of ground. Likely, the integration of both and their applications are many.
Tanto o campo da agricultura quanto a biotecnologia cobrem muito terreno. Provavelmente, a integração de ambos e de seus aplicativos é grande.
1. Biofertiliser Technologies
Tecnologias de biofertilizantes
A bio-fertilizer is a substance that contains living organisms that, when applied to seed, plant, surfaces, or soil, colonize the rhizosphere or the interior of the plants and promotes growth by increasing the supply or availability of primary nutrients to the host plants.
Bio-fertilizers are eco-friendly and do not contain substances that harm the living soil. It acts indirectly helping the plants or the crops in proper stimulation through natural processes like nitrogen fixation, phosphorylation, enhancing the growth by the provision of the growing substances — for example, Rhizobium, Azotobacter, Azospirillum, Frankia, Blue-green algae.
Um biofertilizante é uma substância que contém organismos vivos que, quando aplicados a sementes, plantas, superfícies ou solo, colonizam a rizosfera ou o interior das plantas e promovem o crescimento aumentando o suprimento ou a disponibilidade de nutrientes primários para as plantas hospedeiras .
Os fertilizantes biológicos são ecologicamente corretos e não contêm substâncias que prejudicam o solo vivo. Atua indiretamente ajudando as plantas ou as culturas a serem estimuladas adequadamente através de processos naturais como fixação de nitrogênio, fosforilação, melhorando o crescimento pela provisão de substâncias em crescimento – por exemplo, Rhizobium, Azotobacter, Azospirillum, Frankia, algas verde-azuladas.
READ Pros and Cons of Genetic Engineering in Agriculture
- Some of these bio-fertilizers, like Rhizobium and Frankia, cannot independently work as fertilizer. Hence, it establishes itself inside the root nodules of leguminous plant species. Whereas, blue-green algae are free-living and help in nitrogen fixation in moist soil. These biofertilizers help in the synthesis of organic compounds that contain nitrogen, such as amino acids, proteins, nucleic acids, etc. It has been gaining popularity and mostly used for crops such as Wheat, Maize, Cotton, Mustard, etc.
Alguns desses biofertilizantes, como Rhizobium e Frankia, não podem funcionar independentemente como fertilizantes. Assim, ele se estabelece dentro dos nódulos radiculares de espécies vegetais leguminosas. Considerando que as algas azul-esverdeadas são de vida livre e ajudam na fixação de nitrogênio em solo úmido. Esses biofertilizantes ajudam na síntese de compostos orgânicos que contêm nitrogênio, como aminoácidos, proteínas, ácidos nucléicos, etc. Ele vem ganhando popularidade e usado principalmente para culturas como trigo, milho, algodão, mostarda, etc.
2. Molecular Breeding
Melhoramento Molecular
Marker-assisted selection or molecular breeding is cutting edge technology among today’s biotech companies. Plant breeders can use this technique to locate and assemble desirable traits to speed up the process of developing the new commercial hybrids.
Unlike GMOs, new crop varieties produced by marker-assisted selection are spared the regulatory trials and the public opposition mainly because the plant’s natural genetic boundaries are not crossed.
When a marker is genetically linked to a treat, its use can speed up the identification of genetically superior plants. Then, these superior plants are used to develop disease-resistant plants and have resistant to the adverse effect of climate change. As a result, it helps in making improved plants and increases the productivity of agriculture.
A seleção assistida por marcadores ou melhoramento molecular é uma tecnologia de ponta entre as empresas de biotecnologia atuais. Criadores de plantas podem usar essa técnica para localizar e montar características desejáveis para acelerar o processo de desenvolvimento dos novos híbridos comerciais.
Ao contrário dos OGM, as novas variedades de culturas produzidas pela seleção assistida por marcadores são poupadas dos ensaios regulatórios e da oposição do público principalmente porque os limites genéticos naturais da planta não são ultrapassados.
Quando um marcador é geneticamente vinculado a um tratamento, seu uso pode acelerar a identificação de plantas geneticamente superiores. Então, essas plantas superiores são usadas para desenvolver plantas resistentes a doenças e resistentes aos efeitos adversos das mudanças climáticas. Como resultado, ajuda na produção de plantas melhoradas e aumenta a produtividade da agricultura.
3. Disease Diagnostics and Vaccines
Diagnóstico de doenças e vacinas
Disease in agriculture is one of the most problematic issues. Thus, biotechnology techniques can be an effective measure for disease management.
As doenças na agricultura são uma das questões mais problemáticas. Assim, as técnicas de biotecnologia podem ser uma medida eficaz para o gerenciamento de doenças.
Biotechnology has a significant application in pharmacogenomics, genetic testing, serological tests, and genetic therapy. It has developed certain feed additives or enzymes like prebiotics, single-cell protein, etc. provided as nutrients for animals. In contrast, Recombinant vaccines, Sterile Insect Techniques (STI), etc. are usually practiced to maintain the health of animals. It also helps in the identification of multiple pathogens, distinguishes antibiotic-resistant genotype and to confirm complex multispecies infection.
A biotecnologia tem uma aplicação significativa em farmacogenômica, testes genéticos, testes sorológicos e terapia genética. Ele desenvolveu certos aditivos alimentares ou enzimas, como prebióticos, proteínas unicelulares, etc., fornecidos como nutrientes para os animais. Em contraste, vacinas recombinantes, Técnicas de Insetos Estéreis (IST), etc. geralmente são praticadas para manter a saúde dos animais. Também ajuda na identificação de múltiplos patógenos, distingue o genótipo resistente a antibióticos e confirma infecções complexas de várias espécies.
Clostridium chauvoei, Pasteurella multocida, Brucella abortus, Bacillus anthracis, rabies virus, etc. are certain microorganisms used in vaccines and serological tests.
Clostridium chauvoei, Pasteurella multocida, Brucella abortus, Bacillus anthracis, vírus da raiva, etc. são certos microorganismos usados em vacinas e testes sorológicos.
4. Biofuels
Biocombustíveis
The agricultural industry plays an important role in the production of biofuels and consuming resources and also as the feedstock for fermentation and cleaning of biofuel, biodiesel, and bio-ethanol. Genetic engineering and enzyme optimization techniques are being used to develop improved quality feedstock for more efficient change, and higher BTU ( British Thermal Unit) outputs for resulting better fuel products.
High yielding, energy-dense crops can minimize relative costs associated with harvesting and transportation, resulting in higher value fuel products.
A indústria agrícola desempenha um papel importante na produção de biocombustíveis e no consumo de recursos e também como matéria-prima para fermentação e limpeza de biocombustível, biodiesel e bioetanol. Técnicas de engenharia genética e otimização de enzimas estão sendo usadas para desenvolver matéria-prima de melhor qualidade para mudanças mais eficientes, e saídas mais altas de BTU (Unidade Térmica Britânica) para melhores produtos de combustível resultantes.
Culturas de alto rendimento e densas em energia podem minimizar os custos relativos associados à colheita e ao transporte, resultando em produtos combustíveis de maior valor.
5. Nutrient Supplement
Suplemento nutritivo
To get better health and free from diseases, the correct amount of nutrition is essential. So, scientists are creating hereditary distorted foods that hold nutrients that help to fight disease and starvation.
An example of this is golden rice with beta-carotene, which helps in the manufacture of vitamin A in our bodies. It was found that people who eat rice helps to manufacture more vitamin A and necessary nutrients lacking in the diets of people of developing Asian countries.
Para obter uma melhor saúde e livre de doenças, a quantidade correta de nutrição é essencial. Portanto, os cientistas estão criando alimentos distorcidos e hereditários que contêm nutrientes que ajudam a combater doenças e fome.
Um exemplo disso é o arroz dourado com beta-caroteno, que ajuda na fabricação de vitamina A em nossos corpos. Verificou-se que as pessoas que comem arroz ajudam a fabricar mais vitamina A e os nutrientes necessários que faltam nas dietas das pessoas dos países asiáticos em desenvolvimento.
6. Plant and Animal Reproduction
Reprodução de Plantas e Animais
Using traditional methods like cross-pollination, grafting, and crossbreeding to enhance plant and animal behavior is time-consuming. Biotech advance allows for specific changes to be made rapidly, on a molecular level through the removal of genes, or the introduction of foreign genes.
This is possible using gene expression control mechanisms such as specific gene promoters and transcription factors. Methods like marker-assisted selection improve the efficiency of “directed” animal breeding, without the controversy normally associated with GMOs. Gene cloning methods must also address species differences in the genetic code, the presence or absence of introns, and post-translational modifications such as methylation.
O uso de métodos tradicionais como polinização cruzada, enxertia e cruzamento para melhorar o comportamento de plantas e animais é demorado. O avanço da biotecnologia permite que mudanças específicas sejam feitas rapidamente, em nível molecular, através da remoção de genes ou da introdução de genes estranhos.
Isso é possível usando mecanismos de controle de expressão gênica, como promotores de genes específicos e fatores de transcrição. Métodos como a seleção assistida por marcadores melhoram a eficiência da criação de animais “direcionada”, sem a controvérsia normalmente associada aos OGM. Os métodos de clonagem de genes também devem abordar diferenças de espécies no código genético, presença ou ausência de íntrons e modificações pós-traducionais, como a metilação.
7. Improvement In Floriculture
Melhoria na Floricultura
- Floriculture is associated with the cultivation of flowering and ornamental plants for gardens and floristry, comprising the floral industry. Biotechnology is playing a key role in the generation of new varieties with the change in color, scent, size, and flower through gene manipulation technique. Through biotechnological approaches such as tissue culture and micropropagation techniques, polyploidy induction, mutation, breeding, and genetic engineering. Many varieties of ornamental plants have been developed. More than 50 ornamental plants are now being transformed using Agrobacterium-mediated transformation and particle bombardment techniques. ( Chandler and Sanchez, 2012).
A floricultura está associada ao cultivo de plantas com flores e ornamentais para jardins e floricultura, compreendendo a indústria floral. A biotecnologia está desempenhando um papel fundamental na geração de novas variedades com a mudança de cor, perfume, tamanho e flor através da técnica de manipulação genética. Por meio de abordagens biotecnológicas, como técnicas de cultura de tecidos e micropropagação, indução de poliploidia, mutação, melhoramento e engenharia genética. Muitas variedades de plantas ornamentais foram desenvolvidas. Mais de 50 plantas ornamentais estão sendo transformadas usando técnicas de transformação e bombardeio de partículas mediadas por Agrobacterium. (Chandler e Sanchez, 2012).
8. Micropropagation
Micropropagação
Micropropagation is one of the tools of tissue culture, used to increase the growing stock of required plant material rapidly. The propagated plants are generally disease resistant. It is an advanced Vegetative Propagation Technology.
Micropropagation can be used commercially for asexual propagation to produce a large number of the same plant with the same genetic makeup from small pieces of plant tissues. The technique is useful for seed production in certain crops as genetic conservation is highly important during the seed production processes. A large number of plants can be produced in a short period and can also be maintained in small spaces saving some of the endangered species and germplasm.
A micropropagação é uma das ferramentas da cultura de tecidos, usada para aumentar rapidamente o estoque crescente de material vegetal necessário. As plantas propagadas são geralmente resistentes a doenças. É uma avançada tecnologia de propagação vegetativa.
A micropropagação pode ser usada comercialmente para propagação assexuada para produzir um grande número da mesma planta com a mesma composição genética a partir de pequenos pedaços de tecidos vegetais. A técnica é útil para a produção de sementes em certas culturas, pois a conservação genética é altamente importante durante os processos de produção de sementes. Um grande número de plantas pode ser produzido em um curto período e também pode ser mantido em pequenos espaços, economizando algumas das espécies ameaçadas de extinção e germoplasma.
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Fonte: Agritech