067-062 Основы селекции и биотехнологии 062 Доместикация и селекция. Центры одомашнивания животных и центры происхождения культурных растений. 063 Методы селекции, их генетические основы. Искусственный отбор. 064 Гибридизация. Гетерозис и его использование в селекции. 065 Расширение генетического разнообразия селекционного материала: полиплоидия, экспериментальный мутагенез. 066 Клеточная инженерия, хромосомная инженерия, генная инженерия. 067 Биотехнология и медицина. 062 Доместикация и селекция. Центры одомашнивания животных и центры происхождения культурных растений. Основной материал – входит в состав тематических тестовых опросов: Селекция (определение + дано в 063) Сорт, порода, штамм (определение + дано в 063) Вклад Н.И. Вавилова в развитие селекции (перечень) Центры происхождения культурных растений (таблица) Этапы (последовательность) одомашнивания животных: (1) собака – (2) мелкий рогатый скот (козы, овцы) – (3) крупный рогатый скот – (4) свиньи – (5) лошади – (6) куры – (7) гуси, утки – (8) тутовый шелкопряд – (9) пчелы; последовательность является условной, так есть совпадение диапазонов времени доместикации для ряда групп, например лошади и куры, тутовый шелкопряд и пчелы + это не полный перечень видов домашних животных. Факторы, которые необходимо учитывать при проведении селекции (в сущности это перечень основных разделов селекции как науки) Исходное разнообразие сортов растений, пород животных Законы наследственной изменчивости Роль среды в развитии признаков Законы наследования признаков Формы искусственного отбора Селекция – это наука о методах создания новых и улучшении существующих пород животных, сортов культурных растений и штаммов микроорганизмов с ценными для человека признаками и свойствами. Порода, сорт, штамм – это популяция (искусственная) организмов – часть особей одного вида культурных растений или домашних животных, полученных в результате селекции, которые характеризуются определенным генофондом, наследственно закрепленными морфологическими и физиологическими признаками и определенным уровнем продуктивности, отличающимися от таковых у других сортов, пород, штаммов. Повышение урожайности сортов и продуктивности животных Задачи селекции Повышение устойчивости к заболеваниям Улучшение качества продукции Пригодность для механизированного или промышленного выращивания и разведения Экологическая пластичность сортов и пород Вклад Н.И. Вавилова в разработку научных основ современной селекции и ее развитие Вклад Н.И. Вавилова в разработку научных основ современной селекции и ее развитие Закон гомологических рядов в наследственной изменчивости (1920г.) Учение о центрах происхождения культурных растений (1926г.) Вклад в развитие учения об иммунитете растений Вклад в развитие, разработку учения о биологическом виде, в том числе его работа "Линнеевский вид как система" Один из крупнейших организаторов биологической и сельскохозяйственной науки и сельскохпроизводства в стране Центры происхождения культурных растений (по Н. И. Вавилову) Название центра Географическое положение Родина культурных растений Южно-азиатский тропический Тропическая Индия, Индокитай, Южный Китай, острова ЮгоВосточной Азии Рис, сахарный тростник, огурец, баклажан, черный перец, цитрусовые (апельсин, лимон) и др. Восточноазиатский Центральный и Восточный Китай, Япония, Корея, Тайвань Юго-Западно-азиатский Средиземноморский (33% культ. растений) Соя, просо, гречиха, слива, вишня, хурма, редька и редис, чай, тутовое дерево (шелковица) и др. (20% культ. растений) Малая Азия, Средняя Азия, Иран, Афганистан Пшеница мягкая, рожь, лен, репа, морковь, бобы, горох, чечевица, чеснок, виноград, абрикос, груша; дыня и др. (14% культ. растений) Страны по берегам Средиземного моря Капуста, сахарная свекла, маслины (оливковое дерево), клевер и другие кормовые травы; спаржа, укроп, тмин, щавель, лавр благородный (11% культ. растений) Абиссинский (Эфиопский) Центрально – американский Андийский (Южноамериканский) Абиссинское нагорье Африки Южная Мексика Твердая пшеница, ячмень, кофе, зерновое сорго, бананы, арбуз (4% культ. растений) Кукуруза, длинноволокнистый хлопчатник, какао, тыква, табак, подсолнечник, перец овощной (10% культ. растений) Южная Америка (вдоль западного побережья) Картофель, ананас, хинное дерево, томаты, земляной орех – арахис, американские виды фасоли (8% культ. растений) Пшеница: дикий вид и культурный Пшеница дикая араратская из Эребунийского заповедника Пшеница культурная (один из современных сортов) Питер Брейгель «Лето» Увидев картину Питера Брейгеля «Лето» мы с удивлением для себя обнаруживаем, что в 1556 году пшеница была ростом выше человека и ее, если бы она оставалась в таком же виде и до настоящего времени, невозможно было бы убирать с помощью комбайнов. 063 Методы селекции, их генетические основы. Искусственный отбор. Основной материал (входит в состав тематических тестовых опросов) бессознательный Основные методы селекции растений и животных (таблица) Методы селекционной работы И.В. Мичурина (таблица) – основа для вопроса: Вклад И.В. Мичурина в развитие селекции растений (в заключении конспекта текстоснова) Искусственный отбор (текст и схема «Отбор») + приведены примеры тестов по теме искусственный сознательный методический ОТБОР движущий естественный стабилизирующий дизруптивный массовый индивидуальный (1) Рассмотрите предложенную схему классификации видов гибридизации (скрещивания), применяемых в селекции растений и животных. Запишите в ответе пропущенный термин, обозначенный на схеме знаком вопроса. (2) Рассмотрите предложенную схему классификации методов, применяемых в селекции. Запишите в ответе пропущенный термин, обозначенный на схеме знаком вопроса. (1) Гибридизация (скрещивание) Гибридизация (скрещивание) Инбридинг (Инцухт у растений) Близко-родственное скрещивание Возвратные скрещивания (бэк-кроссы) Насыщающие (заместительные) скрещивания и др. виды Аутбридинг Не-родственное скрещивание Внутривидовая гибридизация Межпородная (межсортовая) Внутрипородная (внутрисортовая) Отдаленная гибридизация Систематически удаленных форм: межвидовая, межродовая Географически удаленных форм Инбридинг (Инцухт у растений) Близкородственная Аутбридинг Отдаленная (неродственная) Индивидуальный (2) Методы селекции Искусственный отбор Массовый Искусственный мутагенез Спонтанные полиплоиды Полиплоидия Искусственные полиплоиды Методы селекции растений Особенности растений как объекта селекции: 1) Высокая плодовитость. 2) Короткий жизненный цикл у травянистых растений: однолетников и двулетников. 3) Очень длительный жизненный цикл у древесных растений. 4) Возможность самоопыления (не всегда). 5) Возможность вегетативного размножения (не всегда). 6) Возможность межвидовой гибридизации с последующим восстановлением плодовитости. 7) Возможность применения индуцированного мутагенеза. В перечне не отмечены особенности и возможности полиплоидии у растений (не всегда, не у всех растений), а также возможности и реальность активного использования методов генной, хромосомной и клеточной инженерии (все «внутри» пунктов №№ 6 и 7). Рассмотрите предложенную схему классификации методов, применяемых в селекции растений. Запишите в ответе пропущенный термин, обозначенный на схеме знаком вопроса. Подбор родительских пар Гибридизация (скрещивание) Методы селекции растений Инцухт Близкородственная Аутбридинг Отдаленная (неродственная) Индивидуальный Искусственный отбор Масссовый Искусственный мутагенез Полиплоидия Рассмотрите предложенную схему классификации новейших методов, применяемых в селекции растений. Запишите в ответе пропущенный термин, обозначенный на схеме знаком вопроса. Клеточная инженерия Метод гаплоидов Культивирование клеток 1. Выращивание из гамет гибридов полноценных гаплоидных растений 2. Удваивание числа хромосом Новейшие методы селекции растений Хромосомная инженерия Реконструкция кариотипа растений 1. Замещение хромосом одного вида(сорта) на хромосомы другого вида (сорта) 2. Получение замещенных линий 3. Получение гомозиготных диплоидных растений 1. Отбор клеток, выращенных на определенной селективной среде 2. Регенерация целых растений, устойчивых к определенным условиям среды Генная инженерия Реконструкция генотипа растений 1. Искусственный перенос генов от одного вида (сорта) в генотип другого 2. Выращивание измененных клеток в целый организм 3. Получение трансгенных растений 1. Внедрение в геном одного вида (сорта) дополнительной пары хромосом другого вида (сорта) 2. Получение дополнительных линий Вклад И.В. Мичурина в разработку научных основ современной селекции и ее развитие Методы работы И.В. Мичурина и его вклад в развитие селенкции Вклад в развитие научных основ и практику селекции плодовых культур Создание около 300 сортов плодово-ягодных культур Экспериментальное обоснование эффекта смены доминирования, управления доминированием Разработка методов межсортовой и отдаленной гибридизации систематически и географически удаленных форм плодовых культур Разработка метода ментора, основанного на различных комбинациях прививок Разработка методов предварительного вегетативного сближения, смешения пыльцы, метода ментора (посредника) и др. «Всякое растение, – писал И.В. Мичурин, – имеет способность изменяться в своем строении, приспособляясь в новой среде в ранних стадиях своего существования, и эта способность начинает проявляться в большей мере с первых дней после выхода из семени, затем слабеет и постепенно исчезает после первых 2-3 и редко до 5 лет плодоношения нового сорта, затем полученный новый сорт плодового дерева становится настолько устойчивым по отношению к изменению в смысле выносливости, что никакие способы акклиматизации уже почти немыслимы». ОТБОР искусственный естественный движущий бессознательный массовый методический индивидуальный стабилизирующий дизруптивный однократный многократный непрерывный позитивный негативный групповой клоновый однократный непрерывный периодический индивидуально-семейный семейно-групповой резервов (половинок) клоновой Методы селекции животных Особенности животных как объекта селекции Сельскохозяйственные животные размножаются только половым путем Подбор родительских пар Потомство, полученное от одной пары производителей, как правило, невелико Гибридизация (скрещивание) Значительная продолжительность жизни Трудно вывести чистые линии, так как животные неспособны к самооплодотворению Большая ценность потомства Многие признаки связаны с экстерьером Необходимо учитывать связь между разными признаками Методы селекции животных Искусственный отбор Проверка производителя по потомству Инбридинг Близкородственная Аутбридинг Отдаленная (неродственная) Индивидуальный Рассмотрите предложенную схему классификации современных, новейших методов, применяемых в селекции животных. Запишите в ответе пропущенный термин, обозначенный на схеме знаком вопроса. К вопросу о достижениях генной инженерии Отбор производителей Искусственное осеменение Создание запасов гамет от лучших производителей В XXI веке начала развиваться «метаболическая инженерия» – получение организмов, содержащих ценные белки, модифицированные полисахариды, съедобные вакцины, антитела, интерфероны и другие «лекарственные» белки. Искусственное осеменение Трансгенные куры Отбор полученного потомства Новые методы селекции животных Гормональная суперовуляция и Трансплантация Получение от лучших коров зигот (эмбрионов) и выращивание их в коровах, имеющих более низкую племенную ценность Искусственный перенос генов от одного вида (породы) в другой вид (породу) Генная инженерия Выращивание измененных клеток в целые организмы Получение трансгенных животных В 2005 г. фирма «Origen Therapeutics» (Калифорния) в куриных яйцах получила антитела к раку предстательной железы человека. Противораковая активность этих антител оказалась в 10-100 раз большей, чем у антител, полученных другими методами. В 2005 г. британская «Oxford Biomedica» в сотрудничестве с американской компанией «Viragen» и Рослинским институтом получила в белке трансгенных яиц антитела против одного из видов рака кожи – меланомы. Получены трансгенные рыбы, например, за год трансгенные лососи вырастают в 10-11 раз крупнее обычных; трансгенные козы, овцы, свиньи, мыши; созданы трансгенные коровы, в молоке которых содержится человеческий белок лактоферрин, необходимый для питания грудных детей, больных и ослабленных людей. 064 Гибридизация. Гетерозис и его использование в селекции. Гибрид – это потомок генетически разнородных родителей. Примеры гибридов у животных. Близкородственное скрещивание (инбридинг) – приводит к закреплению желательного признака (повышается гомо-зиготность: скрытые рецессивные гены переходят в гомозиготное состояние и проявляются в фенотипе). Длительное близкородственное скрещивание приводит к получению чистых линий. Верблюды: двугорбый (бактриан) х одногорбый (дромедар) = нар (плодовит, двугорбый) Рыбы: белуга х стерлядь = бестер Хорек х норка = хонорик Архар (горный баран) х меринос (тонкорунная овца) = архаромеринос Лошадь х осел = мул (явление гетерозиса) Лев х тигрица = лигр (гибрид бесплоден, хорошо выражен гетерозис) В селекционной практике используется два типа скрещивания: – простое (однократное) – скрещивают между собой два сорта (А х Б) – сложное (многократное) – три сорта и больше [(А х Б) х С] х Д В птицеводстве используется преимущественно гибридная птица – трехлинейные или четырехлинейные кроссы. Отдаленная гибридизация (аутбридинг) – скрещивание организмов разных сортов (пород, линий) – внутрипородное (внутрисортовое), межпородное (межсортовое); скрещивание подвидов, видов – систематически удаленных форм, а также и географически удаленных форм. При этом получаются новые сочетания генов, повышается гетерозиготность, возникает гетерозис (превосходство гибридов над родителями по размеру, жизнеспособности и т.д.). Вставка-добавление Большое значение для использования отдаленной гибридизации имела разработка метода культуры клеток и тканей в стерильных условиях. В настоящее время отдаленную гибридизацию зерновых, кормовых, технических, плодовых и ягодных культур проводят в широких масштабах. Яичные линии кур основаны на старинных породах Род-Айланд (красные) и Белый леггорн (белые). Бройлерные линии кур основаны на линиях мясной породы Корниш и мясо-яичной породы Плимутрок. Причины не скрещиваемости и бесплодия отдаленных гибридов: географическая разобщенность видов, препятствия к опылению у растений и осеменению у животных (несовпадение циклов развития гамет, несовместимость самих гамет и т.д.); бесплодие или низкая плодовитость гибридов. Обычно отдаленные гибриды бесплодны (нарушения в мейозе, например, проблемы гаметогенеза – невозможность коньюгации и кроссинговера гомологичных пар хромосом и др.) и их размножают вегетативным путем (у растений); для преодоления бесплодия гибридов применяют удвоение числа хромосом (у растений), таким путем получают амфи-диплоидные организмы: ржано-пшеничные гибриды (тритикале), пшенично-пырейные гибриды. Примеры гибридов у растений. Немецкий селекционер В. Римпау в 1888 году впервые при скрещивании пшеницы с рожью получил тритикале – плодовитый октоплоидный пшенично-ржаной гибрид. Выращивается, в основном, на корм животным. Сегодня тритикале используется и как продовольственная, и как фуражная культура. Г.Д. Карпеченко при гибридизации редьки и капусты получил плодовитый гибрид и впервые в 1924 г. показал, как преодолеть бесплодие отдаленных гибридов. В 30-е годы ХХ века работы по отдаленной гибридизации проводились академиком Н.В. Цицином, в результате которых были осуществлены замещения хромосом культурных злаков (пшеницы, ржи, ячменя) на хромосомы диких видов, получена многолетняя пшеница (пшеничнопырейный гибрид) и многолетняя рожь Примеры межвидовых гибридов: гибриды малины и ежевик, алычи и терна (слива), черешни и вишни (от наименования английского сорта черевишни, выведенного в Англии в XVII веке, и названого Майский герцог (Мэй-Дюк), в России закрепилось укороченное название Дюк, что в переводе означает «Герцог»). Примеры межродовых гибридов: гибриды пшеницы и пырея, пшеницы и ржи (тритикале), капусты и редьки. Гетерозис и его использование в селекции Гетерозис – ускорение роста и увеличение размеров, повышение жизнестойкости и плодовитости гибридов первого поколения при различных скрещиваниях как животных, так и растений. Гетерозис («гибридная сила») – явление, при котором гибриды по ряду признаков и свойств превосходят родительские формы. Гетерозис характерен для гибридов первого поколения (F1), первое гибридное поколение дает прибавку урожая до 30% и более. В последующих поколениях его эффект ослабляется и исчезает. РАСТЕНИЯ В настоящее время у гибридной кукурузы гетерозис позволяет получать на 100–200% большие урожаи. В конце 1970-х годов Китай начал выращивать гибридный рис, получены на 20–50% большие урожаи. Повышение урожайности других культурных растений при гетерозисе составляет: баклажан 30–100%; брокколи 40–90%; кабачки 10–85%; ячмень 10–50%; лук 15–70%; рожь 180–200%; рапс - 39–50%; фасоль 45–75%; пшеница 5–15%; морковь, 25–30% и т.д. Установите последовательность событий, приводящих к гетерозису у растений 1. снижение гибридной силы в последующих поколениях 2. получение чистых линий 3. перекрестное опыление между разными линиями 4. резкое снижение урожайности (инбредная депрессия) 5. возникновение высокоурожайных гибридов Время создания чистых линий у растений – несколько лет (с использованием биотехнологических методов – 2-3 года); получение чистых линий у животных – до 2-3 десятков лет в рамках традиционных методов селекции В животноводстве явления гетерозиса наблюдаются при гибридизации, межпородном и внутрипородном (межлинейном) скрещивании и обеспечивают заметное повышение продуктивности сельскохозяйственных животных. Наибольшее распространение получило использование гетерозиса при промышленном скрещивании в птицеводстве. Например, изменение веса цыплят-бройлеров за 50 лет селекции В свиноводстве, овцеводстве и скотоводстве промышленным скрещиванием пользуются для получения гетерозиса по мясной продуктивности, что выражается в повышении скороспелости и веса животных. 065 Расширение генетического разнообразия селекционного материала: полиплоидия, экспериментальный мутагенез. В 1916 г. Г. Винклер, изучая прививки паслена на томат, обнаружил в местах соединения привоя и подвоя клетки с увеличенным набором хромосом. Ученый назвал это явление полиплоидией (от греч. poly – многократный и plooseidos – вид). Увеличение основного числа хромосом в несколько раз ведет к появлению полиплоидного ряда внутри вида, рода или семейства. Наиболее часто полиплоиды встречаются у мхов, папоротников, покрытосеменных растений, особенно многолетних травянистых, в меньшей степени у однолетних и древесных. У голосеменных растений полиплоиды редки В северных широтах и высокогорьях полиплоидных видов больше, чем в южных и на равнинах. Народная селекция, руководствуясь стремлением отобрать растения с крупными цветками, семенами, плодами, привела к тому, что самые распространенные культурные растения – полиплоиды Например, род Triticum (Пшеница) состоит из нескольких видов, которые разделяются на 3 группы по числу хромосом, свойствам и признакам. Первая группа – это однозернянки T. monococcum, в соматических клетках которых содержится 14 хромосом. Вторая группа – пшеницы твердая (T. durum), ветвистая (T. turgidum), польская (T. polonicum) и др. имеют 28 хромосом. Третья группа – пшеницы компактная (T. compactum), мягкая (T. aestivum), спельта (T. spelta) и др. содержат 42 хромосомы. Если основное число хромосом у пшеницы равно 7 (Х=7), то однозернянки – это диплоидные формы 2n, вторая группа – тетраплоидные 4n, третья – гексаплоидные 6n Использование явления гаплоидии открыло большие перспективы в области разработки технологии для быстрого создания гомозиготных линий путем удвоения у гаплоидов набора хромосом. Путем удвоения числа хромосом у гаплоидов создают гомозиготные линии, на выведение которых, например, у перекрестноопыляющихся культур затрачивается 7 и более лет. Полиплоидия крайне редко встречается у животных. Интересен факт межвидового скрещивания тутового шелкопряда с последующим удвоением хромосом, проведенный Б.Л.Астауровым и получением полиплоидных форм. Также, воздействуя на яйца тутового шелкопряда рентгеновскими лучами, академик Б.Л. Астауров получал безъядерные яйцеклетки, которые затем оплодотворялись обычным спермием. В результате выводилась нормальная особь, оказавшаяся во всех случаях самцом. Установлено, что коконы, в которых развиваются самцы, содержат больше шелка. Использование этого метода в промышленных условиях повысило выход шелка на 30%. Полиплоидные ряды Solanum tuberosum – 24, 36, 48, 60, 72 хр. (Х = 12) Род Rosa – 14, 21, 28, 35, 42, 56 хр. (Х = 7) Vicea – 1 ряд - 12 и 24 хр. Х = 6, 2 ряд - 14 и 28 хр. Х = 7 У одних видов льна основное число хромосом равно 9 (18 и 36-хромосомные), у других – 15 (30 и 60-хромосомные) Индуцированный мутагенез Индуцированный мутагенез – процесс возникновения наследственных изменений под влиянием специального воздействия факторов внешней и внутренней среды Мутаген – фактор, вызывающий мутацию Мутагены Ультрафиолетовые лучи Температура Рентгеновские лучи Химические вещества 066 Клеточная инженерия, хромосомная инженерия, генная инженерия. Биотехнология – это производство необходимых человеку продуктов и материалов с помощью живых организмов, культивируемых клеток и биологических процессов. Любое производство, в основе которого лежит биологический процесс, можно рассматривать как биотехнологию. Микробиологический синтез (селекция микроорганизмов) Культивируемые ткани Клетки животных Генная инженерия Методы биотехнологии Объекты биотехнологии Клетки растений Микроорганизмы*, в том числе, созданные методами генной инженерии Хромосомная инженерия Клеточная инженерия Генная инженерия Методы получения генов Методы введения гена в вектор и их клонирование Методы генной инженерии (методы этапов технологии) Методы трансформации клеток бактерий и эукариот Скрининг - отбор бактерий или клеток, в которые встроился ген Клонирование трансформированных клеток и экспрессия (функционирование) генов у реципиента Методы генной инженерии Вариант 1. Наиболее используемым методом генной инженерии является метод конструирования и переноса рекомбинантных РНК – метод включает несколько этапов: 1. Создание вектора. 2. Введение вектора (рекомбинантной иолекулы ДНК) в реципиентные клетки (обычно клетки бактерий) с помощью трансформации. 3. Скрининг – отбор среди клонов трансформированных бактерий тех, которые содержат плазмиды, несущие нужный ген (этап выполняется с использованием группы методов). 4. Культивирование отобранных бактерий с целью размножени полученных клонов (клонирование). Вариант 2. Процесс создания трансформированных бактерий включает в себя следующие этапы. 1) Рестрикция – «вырезание» нужных генов. Проводится с помощью специальных «генетических ножниц», ферментов – рестриктаз. 2) Создание вектора – специальной генетической конструкции, в составе которой намеченный ген будет внедрен в геном другой клетки. Основой для создания вектора являются плазмиды. Ген вшивают в плазмиду с помощью другой группы ферментов – лигаз. Вектор должен содержать все необходимое для управления работой этого гена – промотор, терминатор, ген-оператор и ген-регулятор, а также маркерные гены, которые придают клетке-реципиенту новые свойства, позволяющие отличить эту клетку от исходных клеток. 3) Трансформация – внедрение вектора в бактерию. 4) Скрининг – отбор тех бактерий, в которых внедренные гены успешно работают. 5) Клонирование трансформированных бактерий. Хромосомная инженерия Хромосомная инженерия – совокупность методик, позволяющих осуществлять манипуляции с хромосомами. Получение полиплоидов Метод дополненных линий Методы хромосомной инженерии Метод замещенных линий Метод гаплоидов Одна группа методов основана на введении в генотип растительного организма пары чужих гомологичных хромосом, контролирующих развитие нужных признаков (дополненные линии), или замещении одной пары гомологичных хромосом на другую (замещенные линии). В полученных таким образом замещенных и дополненных линиях собираются признаки, приближающие растения к «идеальному сорту». Метод гаплоидов основан на выращивании гаплоидных растений с последующим удвоением хромосом. Например, из пыльцевых зерен кукурузы выращивают гаплоидные растения, содержащие 10 хромосом (n = 10), затем хромосомы удваивают и получают диплоидные (n = 20), полностью гомозиготные растения всего за 2–3 года вместо 6–8-летнего инбридинга. Сюда же можно отнести и метод получения полиплоидных растений Клеточная инженерия Использование клеточных культур Получение гибридом Методы клеточной инженерии Клонирование Слияние эмбрионов, получение химер Виды и история клонирования 067 Биотехнология и медицина. Особенности микроорганизмов как объекта селекции Бесполое размножение (основа клонирования) Исключительно высокая скорость размножения Организация генома бактерий более проста: а) генетический аппарат – кольцевая ДНК – в цитоплазме; б) меньше генов, менее сложная и регуляция взаимодействия генов; в) имеются подвижные генетические элементы – плазмиды; г) возможно перемещение генетического аппарата и вертикально, и горизонтально. Более эффективное использование мутационного процесса, поскольку геном микроорганизмов (бактерий) гаплоидный, что позволяет выявить мутации уже в первом поколении Устойчивость к заражению посторонней микрофлорой Биотехнология - дисциплина, изучающая возможности использования живых организмов, их систем или продуктов их жизнедеятельности для решения технологических задач, а также возможности создания живых организмов с необходимыми свойствами методом генной инженерии. Биотехнологические объекты находятся на разных ступенях (уровнях) организации: а) субклеточные структуры (вирусы, плазмиды, ДНК митохондрий и хлоропластов, ядерная ДНК); б) бактерии и цианобактерии; в) грибы; г) водоросли; д) простейшие; е) культуры клеток растений и животных; ж) растения. Дополнительно (направления, разделы биотехнологии): Микробиологическая промышленность (производство биологически активных веществ); Инженерная энзимология (использование ферментов микробного, растительного и животного происхождения в биохимических процессах); Экологическая инженерия (использование биофильтров на очистных сооружениях). Микробиологический синтез, селекция микроорганизмов Дополнительно 1. Природный штамм микроорганизма 2. Выявление и отбор продуктивного стабильного штамма на основе естественной изменчивости 3. Обработка штамма мутагенами Упрощенная схема селекции микроорганизмов (последовательность этапов) 4. Выявление и отбор перспективных мутантов 5. Многократный пересев с контролем на образование требуемого продукта 6. Получение продуктивного штамма 7. Передача продуктивного штамма в промышленное производство Что такое генетически измененный (модифицированный) продукт? Это продукт, получаемый из трансгенного организма (ГМО), когда выделенный в лаборатории ген одного организма пересаживается в клетку другого. Трансгенные продукты произведены на базе растений, животных и микроорганизмов в которых искусственным путем были заменены в молекуле ДНК один или несколько генов. Получение трансгенных растений является на данный момент одной из перспективных и наиболее развивающихся направлений агропроизводства. Существуют проблемы, которые не могут быть решены такими традиционными направлениями как селекция, кроме того, что на подобные разработки требуются годы, а иногда и десятилетия. Создание трансгенных растений, обладающих нужными свойствами, требует гораздо меньшего времени и позволяет получать растения с заданными хозяйственно ценными признаками, а также обладающих свойствами, не имеющими аналогов в природе. В результате генетической трансформации организм приобретает новые свойства, например, чтобы помидоры и клубника были морозоустойчивее, им «вживляют» гены северных рыб; чтобы соя была гербицидо-устойчивой, в нее внедряют гены петунии, а также некоторых бактерий и вирусов. Соя – один из основных компонентов многих кормов для скота и почти 60% продуктов питания. В настоящее время зарегистрировано множество видов продуктов из модифицированной сои, среди которых: фитосыр, смеси функциональные, сухие заменители молока, концентраты соевого белка, соевая мука, модифицированные бобы сои, соевые белковые продукты, соевые питательные напитки, комплексные пищевые добавки в ассортименте и специальные продукты для спортсменов... Продукты биотехнологии Отрасль Пищевая промышленность Текстильная промышленность Химическая промышленность Медицина Парфюмерия Охрана природы Сельское хозяйство Разработка недр Примеры Приготовление хлеба, сыра, масла, уксуса, молочнокислых продуктов; ферментные технологии: пектиназы в фруктовых соках Обработка льна, кожи, изготовление шелка Биологические стиральные порошки Получение гормонов – гормонов роста, соматотропина; получение антибиотиков, витаминов, вакцин, аминокислот, ферментов, моноклональных антител, новых классов лекарственных препаратов, тканевое клонирование Из биомассы женьшеня выделяют определенные вещества, добавляемы в косметические средства Биологическая очистка сточных вод, технологии переработки различных видов отходов, в том числе нефтепродуктов; биогаз… Обогащение почвы азотом, клонирование сельскохозяйственных растений, получение трансгенных растений; биологическая борьба с вредителями растений, устойчивость растений к гербицидам и пестицидам; использование кормовых добавок и в приготовление силоса Микробиологическая индустрия выпускает 150 видов продукции, крайне необходимой народному хозяйству. Её гордость — кормовой белок, получаемый на основе выращивания дрожжей. В год его производят более 1 млн. тонн. Другое важное достижение — выпуск ценнейшей кормовой добавки — незаменимой (то есть не образующейся в организме животного) аминокислоты лизина. Получение металлов методом биологического выщелачивания и другие методы обогащения
