БИОТЕХНОЛОГИИ, ОБЛЕГЧАЮЩИЕ СЕЛЕКЦИЮ НОВЫХ СОРТОВ РВСТЕНИЙ

Биотехнологии в растениеводстве

Многочисленные неблагоприятные факторы негативно сказываются на урожайности культур, что заставляет задуматься, каков вклад биотехнологии в повышение эффективности растениеводства в настоящее время? Ведь нежные культурные растения чаще страдают от:

• грызунов;
• сорняков;
• нематод;
• насекомых-вредителей;
• вирусов;
• бактерий;
• фитопатогенных грибов;
• неблагоприятных погодных условий;
• эрозии почвы.

Без биотехнологии в современном растениеводстве уже нельзя обойтись из-за роста населения и его потребностей. Есть два важнейших направления использования биотехнологии в растениеводстве:

• генетическая модификация путём введения генов от чужеродных организмов, результатом которой становятся генномодифицированные объекты (ГМО);
• обращение к естественным резервам – применение вытяжек из грибов и растений, высокопродуктивных микроорганизмов и т. д.

Наукой разработано несколько препаратов, способных решить различные проблемы, от которых страдают сельхозпроизводители. По целевому назначению биопрепараты можно классифицировать на:

• регуляторы роста растений;
• средства защиты растений;
• повышающие урожайность средства.

Несмотря на активную пропаганду ГМО-продуктов, экономически развитые страны не спешат расширять их потребление, а предпочтение отдают применению биотехнологий (биологических методов воздействия), которые используют микроорганизмы. Хотя многие компании используют ГМО по всему миру не только в растениеводстве, но и в других сферах деятельности.

Методы защиты растений

Биотехнологические способы защиты сельхоз растений от поражающих факторов представляют собой:

• выведение устойчивых к неблагоприятным факторам сортов;
• применение химических средств борьбы (гербициды, пестициды, ратициды, инсектициды, нематоциды, фунгициды);
• биологические методы борьбы с вредителями, основанные на использовании их природных паразитов и врагов или токсических веществ, выделяемых живыми организмами.

о биотехнологии в растениеводстве

Повышение продуктивности растений

Это не менее важная задача, включающая:

• повышение продуктивности культуры;
• увеличение её пищевой ценности;
• выведение сортов, способных расти в заболоченных или засушенных районах, на засолённых почвах.

Целью ставится увеличение энергоотдачи процессов, проходящих в тканях растений (поглощение световой энергии, углекислого газа, водно-солевой обмен).

Традиционное получение новых сортов путём селекции, использующей гибридизацию, индуцированные и спонтанные мутации. Уже начинают внедряться селекционные методы, основанные на клеточной и генетической инженерии.

То есть благодаря методам генной инженерии можно научить растения насыщать почву азотом.

• Есть ещё одна интересная задача – трансформировать с помощью ДНК растительные протопласты.
• Разрабатываются методики межвидового переноса asm-генов, делающих растения устойчивыми к засухе, холоду, жаре, засолённости почвы.
• Ведётся работа над коррекцией cfx-генов, регулирующих усваивание растением углекислого газа, целью которой является увеличение эффективности биологической конверсии светового излучения.

• Выведение растений, устойчивых к гербицидам позволит использовать их для борьбы с сорняками прямо на полях, где растут культурные растения. Но здесь проблема в том, что передозировка гербицидов пагубно сказывается на всей экосистеме.
• Есть ряд растений, сильно страдающих от нематод. Предлагается ввести в них гены, которые заставят корневые клетки растений воспроизводить нематоциды. Но последние не должны оказаться токсичными для полезной прикорневой микрофлоры.

• Биотехнологии в растениеводстве Австралии посредством культивирования клеточных клонов invitro позволило вывести эвкалипты (красные камедные деревья), которые могут расти на засоленном грунте. Расчёт ведётся на то, что корни эвкалиптов будут выкачивать из грунта воду и понижать уровень солёных грунтовых вод. Благодаря этому ожидается снижение засолённости верхних слоёв почвы, а потоки дождевой воды должны будут вытеснять соль в более глубинные слои.
• Из клеточного клона в Малайзии вырастили масличную пальму, более устойчивую к фитопатогенам и вырабатывающую на 20-30% больше масла.
• Клонирование клеток, их скрининг и последующая регенерация растений из выбранных клонов станут важной методикой улучшения пород деревьев (например, хвойных), растущих в умеренных широтах.
• Выращенные из тканей мерисистемы или клеток растения сейчас украшают прилавки в виде земляники, спаржи, цветной и брюссельской капусты, ананасов, персиков, бананов и т. д.

Учёные надеются победить с помощью клонирования вирусные болезни растений.  Созданы методы, позволяющие получать из верхушечных почек регенеранты растений.

Впоследствии среди регенерированных экземпляров производится выбраковка – выбираются особи, полученные из незараженных клеток.

Для подобной выбраковки необходимо раннее обнаружение заболевания, которое достигается иммунодиагностикой, использующей метод ДНК/РНК проб или моноклональные антитела. Для их проведения нужны очищенные препараты самих вирусов или их важных структурных компонентов.

Клонирование клеток является очень перспективным механизмом не только для получения новых сортов, но и промышленного выращивания продуктов.

Если правильно подготовить условия культивирования, например, найти оптимальную пропорцию фитогормонов, то в этих условиях изолированные клетки окажутся более продуктивными, чем собственно растения.

Иммобилизация протопластов или растительных клеток часто вызывает повышения их способности к синтезу.

Источник: https://www.rutvet.ru/in-biotehnologii-v-rastenievodstve-8696.html

Самая удобная и увлекательная подготовка к ЕГЭ

Селекция — отбор и создание новых сортов растений, пород животных и штаммов микроорганизмов с нужными человеку свойствами.

Породы животных, сорта растений, штаммы микроорганизмов — это совокупности особей, созданные человеком и обладающие какими-либо ценными для него качествами. Теоретической основой селекции является генетика.

Отбор

В селекции действует естественный и искусственный отбор. Искусственный отбор бывает бессознательным и методическим.

Бессознательный отбор заключается в сохранении человеком лучших особей для разведения и употреблении в пищу худших без сознательного намерения вывести более совершенную породу или сорт. Методический отбор осознанно направлен на выведение нового сорта или породы с желаемыми качествами.

В процессе селекции наряду с искусственным отбором не прекращает своего действия и естественный отбор, который повышает приспособляемость организмов к условиям окружающей среды.

Сравнительная характеристика естественного и искусственного отбора

Массовый отбор — выделение из исходного материала целой группы особей с желательными признаками и получение от них потомства.
Индивидуальный отбор — выделение отдельных особей с желательными признаками и получение от них потомства.

Массовый отбор чаще применяют в селекции растений, а индивидуальный — в селекции животных, что связано с особенностями размножения растений и животных.

Гибридизация

Методом отбора нельзя получить новые генотипы. Для создания новых благоприятных комбинаций признаков (генотипов) применяют гибридизацию. Различают внутривидовую и межвидовую (отдалённую) гибридизацию.

Внутривидовая гибридизация — скрещивание особей одного вида. Применяют близкородственное скрещивание и скрещивание неродственных особей.

Близкородственное скрещивание (инбридинг) (например, самоопыление у растений) ведёт к повышению гомозиготности, что, с одной стороны, способствует закреплению наследственных свойств, но с другой — ведёт к снижению жизнеспособности, продуктивности и вырождению.

Скрещивание неродственных особей (аутбридинг) позволяет получить гетерозисные гибриды. Если сначала вывести гомозиготные линии, закрепив желательные признаки, а затем провести перекрёстное опыление между разными самоопыляющимися линиями, то в результате в ряде случаев появляются высокоурожайные гибриды.

Явление повышенной урожайности и жизнеспособности у гибридов первого поколения, полученных при скрещивании родителей чистых линий, называется гетерозисом. Основная причина эффекта гетерозиса — отсутствие проявления вредных рецессивных аллелей в гетерозиготном состоянии.

Однако уже со второго поколения эффект гетерозиса быстро снижается.

Межвидовая (отдалённая) гибридизация — скрещивание разных видов.

Используется для получения гибридов, сочетающих ценные свойства родительских форм (тритикале — гибрид пшеницы и ржи, мул — гибрид кобылы с ослом, лошак — гибрид коня с ослицей).

Обычно отдалённые гибриды бесплодны, так как хромосомы родительских видов отличаются настолько, что невозможен процесс конъюгации, в результате чего нарушается мейоз. Преодолеть бесплодие у отдалённых гибридов растений удаётся с помощью полиплоидии.

Восстановление плодовитости у гибридов животных более сложная задача, так как получение полиплоидов у животных невозможно.

Полиплоидия

Полиплоидия — увеличение числа хромосомных наборов.

Полиплоидия позволяет избежать бесплодия межвидовых гибридов. Кроме того, многие полиплоидные сорта культурных растений (пшеница, картофель) имеют более высокую урожайность, чем родственные диплоидные виды.

В основе явления полиплоидии лежат три причины: удвоение хромосом в неделящихся клетках, слияние соматических клеток или их ядер, нарушение процесса мейоза с образованием гамет с нередуцированным (двойным) набором хромосом. Искусственно полиплоидию вызывают обработкой семян или проростков растений колхицином.

Колхицин разрушает нити веретена деления и препятствует расхождению гомологичных хромосом в процессе мейоза.

Индуцированный мутагенез

В естественных условиях частота возникновения мутаций сравнительно невелика.

Поэтому в селекции используется индуцированный (искусственно вызванный) мутагенез — воздействие на организм в условиях эксперимента каким-либо мутагенным фактором для возникновения мутации с целью изучения влияния фактора на живой организм или получения нового признака. Мутации носят ненаправленный характер, поэтому селекционер сам отбирает организмы с новыми полезными свойствами.

Клеточная и генная инженерия

Биотехнология — методы и приёмы получения полезных для человека продуктов и явлений с помощью живых организмов (бактерий, дрожжей и др.). Биотехнология открывает новые возможности для селекции. Её основные направления: микробиологический синтез, генная и клеточная инженерия.

Микробиологический синтез — использование микроорганизмов для получения белков, ферментов, органических кислот, лекарственных препаратов и других веществ. Благодаря селекции удалось вывести микроорганизмы, которые вырабатывают нужные человеку вещества в количествах, в десятки, сотни и тысячи раз превышающих потребности самих микроорганизмов.

С помощью микроорганизмов получают лизин (аминокислоту, не образующуюся в организме животных; её добавляют в растительную пищу), органические кислоты (уксусную, лимонную, молочную и др.), витамины, антибиотики и т. д.
Клеточная инженерия — выращивание клеток вне организма на специальных питательных средах, где они растут и размножаются, образуя культуру ткани.

Из клеток животных нельзя вырастить организм, а из растительных клеток можно. Так получают и размножают ценные сорта растений. Клеточная инженерия позволяет проводить гибридизацию (слияние) как половых, так и соматических клеток. Гибридизация половых клеток позволяет проводить оплодотворение «в пробирке» и имплантацию оплодотворённой яйцеклетки в материнский организм.

Гибридизация соматических клеток делает возможным создание новых сортов растений, обладающих полезными признаками и устойчивых к неблагоприятным факторам внешней среды.
Генная инженерия — искусственная перестройка генома. Позволяет встраивать в геном организма одного вида гены другого вида.

Так, введя в генотип кишечной палочки соответствующий ген человека, получают гормон инсулин. В настоящее время человечество вступило в эпоху конструирования генотипов клеток.

Селекция растений Для селекционера очень важно знать свойства исходного материала, используемого в селекции. В этом плане очень важны два достижения отечественного селекционера Н. И. Вавилова: закон гомологических рядов в наследственной изменчивости и учение о центрах происхождения культурных растений.

Закон гомологических рядов в наследственной изменчивости: виды и роды, генетически близкие (связанные друг с другом единством происхождения), характеризуются сходными рядами в наследственной изменчивости. Так, например, у мягкой и твёрдой пшеницы и ячменя существуют остистые, короткоостые и безостые колосья.

Зная наследственные изменения у одного вида, можно предвидеть нахождение сходных изменений у родственных видов и родов, что используется в селекции. Чем ближе между собой виды и роды, тем больше сходство в изменчивости их признаков. Н. И.

Вавиловым закон был сформулирован применительно к растениям, а позднее подтверждён для животных и микроорганизмов.
В селекции растений наиболее широко используются такие методы, как массовый отбор, внутривидовая гибридизация, отдалённая гибридизация, полиплоидия.

Большой вклад в селекцию плодовых растений внёс отечественный селекционер И. В. Мичурин. На основе методов межсортовой и межвидовой гибридизации, отбора и воздействия условиями среды им были созданы многие сорта плодовых культур.

Сочетание отдалённой гибридизации с последующим получением полиплоидных форм позволило преодолеть бесплодие отдалённых гибридов. В результате многолетних работ Н. В. Цицина и его сотрудников были получены гибриды пырея и пшеницы, пшеницы и ржи (тритикале).

К наиболее важным достижениям селекции растений следует отнести создание большого количества высокопродуктивных сортов сельскохозяйственных растений.

Селекция животных

Как и культурные растения, домашние животные имеют диких предков. Процесс превращения диких животных в домашних называют одомашниванием (доместикацией). Почти все домашние животные относятся к высшим позвоночным животным — птицам и млекопитающим.

В селекции животных наиболее широко используются такие методы, как индивидуальный отбор, внутривидовая гибридизация (родственное и неродственное скрещивание) и отдалённая (межвидовая) гибридизация. Использование индивидуального отбора связано с половым размножением животных, когда получить сразу много потомков затруднительно.

В связи с этим селекционеру важно определить наследственные признаки самцов, которые непосредственно у них не проявляются (жирномолочность, яйценоскость). Поэтому оценка животных может быть осуществлена по их родословной и по качеству их потомства. Имеет определённое значение также учёт экстерьера, то есть совокупности внешних признаков животного.

Подбор производителей в животноводстве особенно актуален в связи с применением в настоящее время искусственного осеменения, позволяющего получить от одного организма значительное число потомков. Родственное скрещивание ведёт к гомозиготности и чаще всего сопровождается уменьшением устойчивости животных к неблагоприятным факторам среды, снижением плодовитости и т. п.

Для устранения неблагоприятных последствий используют неродственное скрещивание разных линий и пород. На основе межпородного скрещивания были созданы высокопродуктивные сельскохозяйственные животные (в частности М. Ф. Иванов создал высокопродуктивную породу свиней Белая украинская, породу овец Асканийская рамбулье).

Неродственное скрещивание сопровождается гетерозисом, сущность которого состоит в том, что гибриды первого поколения имеют повышенную жизнеспособность и усиленное развитие. Примером эффективного использования гетерозиса служит выведение гибридных цыплят (бройлерное производство).

Отдалённая (межвидовая) гибридизация животных приводит к бесплодию гибридов.

Но благодаря проявлению гетерозиса широко используется человеком. Среди достижений по отдалённой гибридизации животных следует отметить мула — гибрида кобылы с ослом, бестера — гибрида белуги и стерляди, продуктивного гибрида карпа и карася, гибридов крупного рогатого скота с яками и зебу, отдалённых гибридов свиней и т. д.

Селекция микроорганизмов

К микроорганизмам относятся прокариоты — бактерии, сине-зелёные водоросли; эукариоты — грибы, микроскопические водоросли, простейшие.
В селекции микроорганизмов наиболее широко используются индуцированный мутагенез и последующий отбор групп генетически идентичных клеток (клонов), методы клеточной и генной инженерии.

Деятельность микроорганизмов используют в промышленности, сельском хозяйстве, медицине. Ферментативную активность микроорганизмов (грибов и бактерий) используют в производстве молочных продуктов, хлебопечении, виноделии и др. С помощью микроорганизмов получают аминокислоты, белки, ферменты, спирты, полисахариды, антибиотики, витамины, гормоны, интерферон и пр.

Выведены штаммы бактерий, способные разрушать нефтепродукты, что позволит использовать их для очистки окружающей среды. Ведутся работы по перенесению генетического материала азотфиксирующих микроорганизмов в геном почвенных бактерий, которые этими генами не обладают, а также непосредственно в геном растений.

Это позволит избавиться от необходимости производить огромное количество азотных удобрений.

Источник: https://examer.ru/ege_po_biologii/teoriya/selekcii_biotehnologiya