Лекция 7-8 Биотехнологические методы в селекции растений. План



Скачать 161.11 Kb.
Дата26.04.2016
Размер161.11 Kb.
ТипЛекция


Лекция 7-8

Биотехнологические методы в селекции растений.
План:

  1. Основные селекционные задачи, решаемые с помощью методов биотехнологии.

  2. Биотехнологические методы, применяющиеся в селекции растений.

  3. Генная инженерия и селекция растений.

  4. Использование трансгенных растений в решении проблем, состоящих перед человечеством.

  5. Безопасность трансгенных рнастений.

1. Основные селекционные задачи, решаемые с помощью методов биотехнологии.

Биотехнологические методы в селекции растений стали применятся примерно с середины минувшего столетия, и значение их непрерывно возрастает, поскольку биотехнологии под силу задачи, которые традиционными методами решить невозможно или чрезвычайно трудно. Уже сейчас достигнуты впечатляющие результаты: миллионы гектаров в мире занимают ежегодно сортами и гибридами полученными с помощью биотехнологий.

Отличительным признаком биотехнологических методов, используемых в селекции растений, является манипуляции in vitro.

Все методы биотехнологии могут в той или степени могут быть использованы в практической работе как на отдельном ее этапе селекции, самостоятельно или комплектно в зависимости от задач и степени кооперации селекционеров или биотехнологов.

2 слайд - Основные селекционные задачи, решаемые с помощью методов биотехнологии следующие:

-создание нового исходного материала для селекции;

- снижение трудоемкости селекционных работ за счет уменьшения популяции для отбора;

- ускорение селекционного процесса за счет быстрого получения гомозиготных генотипов после проведения скрещивания или получения самоопыленных линий при селекции гетерозисных гибридов;

- повышение эффективности отбора ценных генотипов и постоянного контроля за наличием их в отбираемом селекционном материале.

2. Биотехнологические методы, применяющиеся в селекции растений.

3 слайд - Все биотехнологические методы, которые применяются в селекции растений, можно разделить на две группы: использование культуры клеток и тканей и генетическую (генную) инженерию.

Существуют три вида культуры клеток и тканей:

- каллусная культура;

- культура клеток и агрегатов клеток;

- культура протопластов.

Они могут быть использованы по отдельности или составлять технологическую цепочку, располагаясь в той последовательности, в которой из одного вида получают другой.

Применение культурны клеток и тканей в селекции растений основывается на фундаментальном положении о возможной способности любой клетки воспроизвести растительную форму, которой клетка принадлежит, со всеми ее генотипическими и фенотипическими особенностями.

Получение культуры клеток и тканей чаще всего осуществляется через каллусную культуру. Технология получения этим способом и поддержания культуры клеток и тканей заключается в следующем.

Эксплантант (фрагмент растительной ткани или органа, включающий различные ткани) помещают на искусственную питательную среду. Все операции проводят в стерильных условиях: эксплантант обеззараживают, а среду готовят в условиях, исключающих заражение.

Для получения каллусной ткани эксплантант помещают на полутвердую питательную среду на основе агар-агар или других желирующих веществ.

Культуры каллусной ткани представляют собой материал, который применяется в селекционной работе.

3. Генная инженерия и селекция растений.

4 слайд - Генная инженерия – целенаправленное изменение генетических программ клеток для придания исходным формам новых свойств или создания принципиально новых форм организмов. Осуществляется путем введения в клетку чужеродной генетической информации, гибридизации соматических клеток или другими приемами.

5 слайд - Генно-инженерная деятельность – деятельность ученых, специалистов, научных организаций и государственных органов, направленная на получение, испытание, транспортировку и использование генетически модифицированных организмов (ГМО) и полученных из них продуктов.

6 слайд - Главнейшая цель генно-инженерных манипуляций применительно к селекции заключается в перенос гена, отвечающего за какой-то важный хозяйственный признак, и обеспечение его экспрессии, из одного вида в другой (трансгенез), часто очень далекий и в систематическом отношении, например, из бактерии в высшее растение. Донором гена может быть, конечно, и относительно близкий вид, когда отдаленная гибридизация невозможна из-за явной несовместимости.

7 слайд - Трансгенез складывается из нескольких операций:

- обособление переносимого гена;

- клонирование его;

- перенос гена в геном реципиента;

- обеспечение его экспрессии;

- получение растений – регенерантов с новым геном.

Далее растения получают в селекционный процесс.

8 слайд - Успехи генной инженерии по созданию новых форм растений впечатляющие. В Мире десятки и сотни трансгенных сортов высеваются на сотнях миллионах гектарах. Препятствием к их распространению служат опасения, что они могут причинить вред при применении их в качестве кормов и продовольствия (при применении в технических целях подобных опасений нет). К сожалению, о том, кто прав: те, кто считает генетически модифицированные продукты безвредными, или те кто полагают, что можно ожидать негативных последствий от их употребления, можно будет судить лишь через большой промежуток времени и при условии больших статистических выборок. В любом случае должна присутствовать полная информация о наличии генетически изменой продукции в продуктах питания, чтобы каждый мог принимать решение об их употреблении самостоятельно. В ряде стран например в США, Канаде, генетически модифицированные продукты находят широкое применение. В России использование их запрещено, но проконтролировать использование этого закона достаточно сложно.

9 слайд - Достижения генетической инженерии – коммерческие сорта, которые возделываются на очень больших площадях. Однако, многие разработки так и не вышли из стадии эксперимента.

Генная инженерия наибольших успехов достигла там, где требовалось небольшое изменение генома, чтобы добиться существенного изменения хозяйственно ценного признака носящего моногенный характер.

Самое крупное достижение генной инженерии – получение трансгенных сортов, устойчивых к гербицидам. Посевы этих сортов составляют примерно 80 % от площади под всеми трансгенными сортами. Генетический механизм устойчивости к гербицидам, который удалось реализовать генно-инженерным путем, заключается либо в замене гена растения, который подвергается атаке гибрида, на ген, делающий эту атаку неэффективной, либо к введению гена, инактивирующего гербицид.

10 слайд - В настоящее время получены сорта и гибриды, устойчивые к гибридам у кукурузы, пшеницы, картофеля, хлопчатника, риса, сои, сахарной свеклы, томатов и других культур.

11 слайд – Созданы трансгенные сорта кукурузы, хлопчатника, риса, сои, картофеля, томата устойчивые к насекомым, вредителям занимающие около 400 тыс. га.

Возможно, на второе место среди достижений генной инженерии следует поставить созданные трансгенные сорта, устойчивые к насекомым вредителям. Самый известный пример введение в растения бактериального гена, ответственного за образование дельта – токсина, вызывающего гибель насекомых семейства чешуекрылых, которому принадлежит большое число опасных вредителей с.-х. культур.

12 слайд - Методами генной инженерии решается и проблема повышения качества продукции растениеводства. Заметные успехи достигнуты в двух направлениях: повышения качества растительного масла и повышения качества белков эндосперма зерновых культур. В первом случае получили сорта рапса с низким содержанием эруковой кислоты. Во втором – добились увеличения содержания лизина в белке кукурузы и пшеницы. Известно, что белки семян зерновых злаков неполноценны по аминокислотному составу (за исключением овса).

Ведутся работы и по повышению продуктивности растений, основанные на модификации фотосинтетического аппарата.

Повышение устойчивости к абиотическим факторам (засуха, чрезмерно высокие или низкие температуры и т.д.) методами генной инженерии чрезвычайно сложна, поскольку защитные механизмы растений полигенны. Но реакции, проявляющиеся в момент стресса, не всегда имеют столь сложную природу, и тут возможно вмешательство на уровне отдельного гена. В частности показано, что во время засухи накапливаются низкомолекулярные вещества, например пролин. Бактериальные гены, отвечающие за биосинтез пролина, были введены в растения табака. Получены данные свидетельствующие о более высокой засухоустойчивости трансгенных растений. Ведутся и другие аналогичные исследования, но о получении стрессоустойчивости сортов методами генной инженерии говорить пока рано.

4. Использование трансгенных растений в решении проблем, стоящие перед человечеством.

  • Многим жителям Земли не хватает продовольствия 800 миллионов человек ежедневно страдают от недоедания.

  • Часть урожая пропадает из-за болезней, вызванных патогенными грибами, вирусами, бактериями, а также из за сорняков и насекомых-вредителей.

  • Питание людей не всегда полноценна

  • В развивающихся странах в пище бывает мало белка: из-за замедляется физическое и умственное развитие. В развитых жители иногда испытывают недостаток витаминов и ненасыщенных жирных кислот, микроэлементов, растительных волокон.

  • Для зашиты культурных растений от сорняков, болезней и насекомых - вредителей приходится применять пестициды. Их производство и использование наносят вред здоровью человека, приводят к загрязнению почвы и воды, гибели полезных насекомых и других животных.

  • Населению Земли нужно все больше растительных волокон для изготовления одежды и тканей и для других нужд.

  • Использование трансгенных растений позволит решить эти и многие другие проблемы

  • Растения, устойчивые к болезням, позволят собирать большие урожаи, снизить стоимость продукции, применять меньше фунгицидов.

  • Растения, устойчивые к усовершенствованным гербицидам, позволят вносить химикаты в меньших количествах, меньше подвергать человека их действию. Такие гербициды быстрее разлагаются в почве и вносят меньший вред сгружающей среде.


/о

Растения, устойчивые к насекомым-вредителям, позволят отказаться от использования инсектицидов, вредных для людей и окружающей среды.

  • Растения с улучшенными пищевыми и технологическими свойствами позволят создать более полноценную и сбалансированную пищу. Новые растения будут содержать больше витаминов, незаменимых аминокислот, ненасыщенных жирных кислот и других полезных веществ.

Генные инженеры смогут уменьшить выработку и содержание естественных токсинов и других нежелательных веществ в растениях.

Овощи и фрукты с замедленным созреванием можно будет с меньшими потерями перевозить на далекие расстояния.

Растения-вакцины помогут предотвращать болезни.

С помощью трансгенных растении можно будет производить лекарства.

Сейчас трансгенные растения промышленно выращивают в США. Аргентине, Канаде, Австралии, Китае, Мексике, Испании, Франции, Южной Африке, Португалии, Румынии.

Особенно важно использовать трансгенные растения в странах Азии и Африки, где наиболее велики потери урожая от сорняков, болезней и вредителей и в то же время больше всего не хватает продовольствия.

Велико будущее трансгенных растений для России, где сельское хозяйство приходится вести в сложных климатических условиях, с применением удобрений и пестицидов. Используя меньше химических средств защиты растений, можно будет выращивать безопасные для здоровья продукты. Технология создания трансгенных растений будет использоваться в нашей стране наряду с традиционными методами селекции.

13 слайд - Специалисты считают, что из 424, миллионов гектаров земли, пригодной для земледелия, под трансгенные растения можно отвести 177 миллионов. Из них засеяно пока только 15%.

14 слайд – Обьем продаж трансгенных растений.

Современная селекция растений, история которых насчитывает более 10 тыс. лет, впитала в себя не только эмпирический опыт многих поколений безымянных селекционеров, но достижения в области синтетической теории эволюции, физиологии, биохимии, цитогенетики, экологии, фитоценологии и других фундаментальных наук. Именно синтетическая направленность в развитии селекции как науки позволила ей успешно преодолеть многочисленные «вызовы» XX столетия (демографический «взрыв», эпифитотии, наращивание техногенных средств интенсификации, освоение неблагоприятных и даже экстремальных территорий и пр. ), обеспечив практически непрерывно повышение урожайности сельскохозяйственных культур.

Бесспорно с появлением методов генетической инженерии возможности человека в «управлении формообразовательным процессом» необычно возросли. Однако вес исторический опыт развития адаптивной системы селекции, а также особенности методов самой геной инженерии свидетельствуют о том, что единственная возможность эффективного использования последней лежит на пути интеграции соответствующих методов и подходов. Необходимость таковой вытекает не только из ограниченных возможностей самой генной инженерии, но и основополагающей роли громадной функционирующей сети и инфраструктуры селекционных центров в обеспечении эффективной системы сортосмены, сортообновления и семеноводства. Вместе с тем как и любое другое крупномасштабное новшество, генетическая инженерия наряду с достижениями несет с собой и опасности.

В этом случае уместно вспомнить слова французского социолога П. Бурдье: «Производство активно развивается и становится эффективным только в том случае, когда оно с самого начала внушает веру в ценность того, что собирается производить». В то же время среди широких возможностей генной инженерии можно и нужно выделить как заведомо положительные 1спекты, так и те, практическая реализация которых преждевременна и даже опасна.



15 слайд - Бесспорно генная инженерия позволяет значительно расширить сферу поиска генетических доноров хозяйственно ценных и адаптивно значимых признаков, причем не только среди высших растении, но и всего биологического разнообразия, включая микроорганизмы и пр. Это особенно важно для тех видов культивируемых растений, имеющийся генофонд которых беден или не имеет необходимых гендоноров.

Однако генетическая, инженерия в корне меняет возможности человека в управлении формообразовательных процессов живых организмов, делая их практически беспредельными, причем не только в целях добра, но и зла.

Очевидно, что проблемы широкого распространения генетически модифицированных растений требуют теоретического осмысления разработки соответствующих методов и критериев , интеграции с другими областями знаний и, наконец, выбора оптимальных возможностей широкого распространения конечного продукта.

5. Безопасность трансгенных растений, изготовленных из них продуктов и компонентов.

Современная биотехнология охватывает широкий круг методов, отраслей, объектов производства и задач, объединенных в несколько крупнейших блоков и направлений. Среди них на первое место в стратегическом плане выходит генетическая инженерия, главной целью которой является создание генетически модифицированных (трансформированных) биологических объектов - растений, животных и микроорганизмов - с ценными заданными признаками и свойствами, позволяющими значительно биологизировать и интенсифицировать производственные процессы, повысить продуктивность и устойчивость трансгенных организмов и из сообществ к стрессовым факторам среды.



16 слайд - Применительно к сельскохозяйственной биотехнологии и проблематике с помощью методов генетической инженерии может и должна быть решена задача по созданию исходных принципиально новых и улучшенных генотип растений и животных с комплексной устойчивостью к наиболее опасным патогенам и другим вредным организмам, к абиотически стрессовым факторам среды.

В Микробиологии развитие генно-инженерных исследований пошло по создания высокоэффективных штаммов азотфиксирующих ризобиальных и ассоциативных форм микрооганизмов, а также получения новейших биопрепаратов для защиты растений от вредителей и болезней.



17 слайд - Использование ценных генотипов растений в селекции и семеноводстве животных в племенной работе позволяет создавать новые поколения сортовых ресурсов, пород и линий животных, обогащать биологическое разнообразие растительного и животного мира в целом.

Включение в пищу людей продукции, полученной из трансгенных растений и животных вызвало большое беспокойство и тревогу у многих людей в мире. Неспециалистами высказываются серьезные опасения о том, что введение в организм человека с пищей трансгенного происхождения чужеродных генов может привести к включению этих генов в его геном, что, по их мнению, чревато непредсказуемыми последствиями.

Активную и практически ничем не обоснованную компанию против создания и использования в пищу человека продукции, полученной из трансгенных растений и животных, интенсивно ведут во всем мире, в том числе и в России, различные средства массовой информации. Почему-то российские журналисты проявляют наибольшую обеспокоенность, хотя в нашей стране ни на полях, ни на животноводческих фермах пока нет ни одного сорта, ни одного трансгенного растения животного. Работа по их получению ведется в нескольких научных институтах и лабораториях РАН, РАСХН и РАМН, Минздрава, Минсельхоза и других министерствах и ведомствах страны при строгом соблюдении всех мер предосторожности, предусмотренных федеральным законом «О государственном регулировании в области генно-инженерной деятельности», принятом в 1996 году.

Исходя из сложившихся тенденций в развитии биологической и других наук в конце XX века и возникших на стыке веков новых острейших проблем, вполне обосновано можно предположить, что в XXI веке на первое место наряду с дальнейшим изучением физики ядра выйдет проблема глубокого изучения биологического ядра клетки.

Однако, для достижения крупных результатов в генной инженерии, клеточной биотехнологии и гормональной регуляции роста необходимо расширить масштабы этих работ до пределов, определяющих научную, практическую значимость и эффективность решения важных экономических задач государства.

Во многих странах мира, в том числе в России, созданы и успешно действуют научно-производственные центры, фирмы и объединения по выращиванию безвирусного посадочного материала картофеля, винограда, плодовых и других культур, по быстрому и массовому размножению особо ценных видов, сортов, гибридов и линий растений, ускоренному формированию стад животных с высокой продуктивностью и устойчивостью к болезням.



18 слайд - Введенный в растение ген - это участок ДНК, а его продукт - белок. В желудочно-кишечном тракте нуклеиновые кислоты расщепляются на обычные нуклеотиды а белки - на аминокислоты, которые не могут представлять никакой опасности.

19 слайд - Продукция (услуги), полученная с применением методов генно- инженерной деятельности, должна соответствовать требованиям экологической безопасности, санитарных норм, фармакопеных статей, обязательным требованиям государственных стандартов Российской Федерации (Федеральный закон «О государственном регулировании в области генно-инженерной деятельности», ст. 11)

20 слайд - Во всех странах, где уже выращивают трансгенные растения или только планируют это сделать, созданы комиссии для их проверки и регистрации.

В России регистрацию трансгенных растений координирует Межведомственная комиссия по проблемам генно-инженерной деятельности, созданная Правительством РФ в 1997 году.

Деятельность в области биотехнологий, в том числе со здание трансгенных растений, регулируют более 150 законов, постановлений и нормативных актов.

Испытания генетически измененных растений на биобезопасность проводят специалисты из Института фитопатологии РАСХН, Института биологической защиты растений РАСХН, Центра биоинженерии РАН. Они изучают участки, встроенные в геном растения; проверяют, не сможет ли введенный ген переноситься в другие организмы и будет ли передаваться потомкам растения; смотрят, не влияет ли новый ген на поражаемость растения болезнями и вредителями; не влияет ли трансгенное растение на почвенную микрофлору и другие составляющие биоценоза.



21 слайд - Необходимый этап испытаний - санитарно-гигиеническая экспертиза. Ее проводят специалисты Института питания РАМН, Университета прикладной биотехнологии и Центра биоинжемерии РАН.

Они проверяют:

  • одинаков ли химический состав исходных и трансгенных растений;

  • не ухудшилась ли биологическая ценность и усвояемость приготовленных из растения продуктов,

  • не может ли растение и приготовленная из него пища вызывать аллергию или иначе влиять на иммунную систему;

  • не окажутся ли они токсичными, канцерогенными или мутагенными;

  • не влияют ли на репродуктивные функции животных и человека.

  • Только после прохождения всех этапов испытаний Госсанэпиднадзо выдает санитарно-гигеенический сертификат на использование растения в пищевых целях.

Для того что бы трансгенное растение появилось на полях нашей страны, Государственная комиссия по охране и испытаниям селекционных достижений заносит его в государственный реестр селекционных достижений, допущенных к использованию в Российской Федерации.





База данных защищена авторским правом ©ekollog.ru 2017
обратиться к администрации

войти | регистрация
    Главная страница


загрузить материал