ПОЗНАВАТЕЛЬНОЕ

Оси и плоскости тела человека - Тело человека состоит из определенных топографических частей и участков, в которых расположены органы, мышцы, сосуды, нервы и т.д.

Отёска стен и прирубка косяков - Когда на доме не достаёт окон и дверей, красивое высокое крыльцо ещё только в воображении, приходится подниматься с улицы в дом по трапу.

Дифференциальные уравнения второго порядка (модель рынка с прогнозируемыми ценами) - В простых моделях рынка спрос и предложение обычно полагают зависящими только от текущей цены на товар.

Біотехнологія. Основні напрями сучасної біотехнології

Лекція № 5

Тема. Генетичні основи селекції організмів. Досягнення в селекції рослин і тварин в Україні. Основні напрями сучасної біотехнології.

План

1.Завдання сучасної селекції.

2.Поняття про сорт, породу, штам.

3.Методи селекції : штучний добір,гібридизація

4.Селекція рослин.

5.Селекція тварин.

6.Селекція мікроорганізмів.

7.Біотехнологія. Основні напрями сучасної біотехнології

Література

Кучеренко М.Е., Вервес Ю.Г., Балан П.Г. та ін. Загальна біологія, 10-11 класи. - К.: Генеза, 1998, 2000, 2001.

Данилова О.В. та ін. Загальна біологія, X.: Торсінг, 2001.

Полянський Ю.І. Загальна біологія 10-11 класи. К.: Освіта, 1988.

Дербеньова АГ, Шаламов Р.В., Загальна біологія, 10-11 класи. X.: Світ дитинства, 1998.

Біологія. Великий довідник для школярів та абітурієнтів. Тернопіль, Навчальна книга - Богдан, 2001.

Біологія. Тестові завдання. К.: Генеза, 1999.

Овчинніков О.В. Загальна біологія. Збірник задач і вправ. К.: Генеза, 2000.

Медична біологія / За ред. В.П.Пішака, Ю.І.Мажори. – Вінниця: Нова книга, 2004.-656 с.

Завдання сучасної селекції.

Селекція (від лат. селекціо — вибір, добір) — наука про створення і поліпшення існуючих сортів культурних рослин, порід свійських тварин штамів мікроорганізмів, які використовує людина.

Теоретичною основою селекції є генетика та вчення про штучний д Видатний вітчизняний селекціонер М.І.Вавілов вказував, що для успішної роботи в галузі селекції треба враховувати:

— вихідну сортову (породову) й видову різноманітність тварин і лин;

— спадкову мінливість організмів; —роль середовища у розвитку і проявленні ознак, що цікавлять селекціонера;

— закономірності успадкування при гібридизації;

— форми штучного добору, спрямовані на виділення й закріплення бажаних ознак.

Завдання сучасної селекції— підвищення продуктивності сортів, п організмів, виведення нових, добре пристосованих до умов середовища, сучасного автоматизованого сільського господарства та промисловості. Селе бере участь у вирішенні основного завдання сільського господарства — за печення максимального виробництва харчових продуктів за мінімальних трат. Над вирішенням цих завдань в Україні працюють різноманітні науково- практичні центри: селекційні науково-дослідні інститути, сортовипробувальні станції, племінні господарства тощо.

Особливе значення для успіху селекційної роботи має генетична різноманітність вихідного матеріалу. Генофонд існуючих порід тварин, сортів р лин, штамів мікроорганізмів значно обмежений порівняно з вихідними предковими видами. Тому вчені шукають потрібні ознаки серед диких видів, я резервом для проведення селекційної роботи.

Поняття про сорт, породу, штам.

Породою тварин або сортом рослин називають сукупність особин одного виду (популяції) із певними спадковими особливостями: продуктивністю, морфологічними та фізіологічними ознаками, створених людиною у результаті штучного добору.

Штамом (від нім. штам — стовбур, родина) називають чисту культу (потомство однієї клітини) мікроорганізмів. Від однієї клітини можна дістати різні штами, які різняться властивостями: продуктивністю, чутливістю до антибіотиків, середовища.

На відміну від природних популяцій, порода, сорт чи штам не здатні завжди існувати без постійного втручання людини. Для кожної породи, сорту, штаму характерна певна реакція на умови довкілля. Це означає, що їхні позитивні якості можуть проявлятися лише за певної інтенсивності чинників наваго середовища (умов утримання тварин, агротехніки рослин, культивування мікроорганізмів, певних кліматичних чинників тощо). Породи тварин, сорти рослин, які мають високу продуктивність в одних географічних зонах не завжди придатні для використання в інших.

Районування — комплекс заходів, спрямованих на перевірку відповідності якостей тих чи інших порід або сортів до умов певної природної зони, ю є необхідного умовою їхнього раціонального використання на території будь-якої країни.

Методи селекції.

Основними методами селекції є штучний добір і гібридизація.

Штучний добір

Штучний добір — це вибір людиною найцінніших у господарському відношенні тварин, рослин, мікроорганізмів для одержання від них нащадків бажаними ознаками. Теорію штучного добору створив Ч.Дарвін. За твердженням вченого, формування порід і сортів почалося з приручення людиною диких видів тварин і вирощування-диких видів рослин. Він показав, що в особі великої різноманітності порід і сортів лежить дуже невелика кількість видів диких предків. Розвиваючи у різних напрямках ознаки одного чи кількох идів диких предків, людина створила багато порід тварин і сортів рослин.

Предком свійських качок є дика качка — крижень, курей — дикі банківські кури, свійського голуба—дикий сизий (скельний) голуб, свині — дика свиня (кабан), коня — дикий кінь тарпан, предок великої рогатої худоби — дикий бик тур, свійської собаки — вовк.

Ч.Дарвін показав, що на початкових етапах створення культурних форм діяв несвідомий штучний добір. Надаючи переваги про розмноження певним особинам, людина не ставила свідомо перед собою завдання вивести нові по-оди та сорти і не застосовувала різних систем схрещувань і типів штучного добору.

У другій половині XVIII ст. несвідомий добір був витіснений на методиний — плановий, свідомий. В його основі — підбір батьківських пар, застосування різних варіантів схрещування та плановий добір серед отриманого потомства за певними ознаками, що дає змогу виводити породи або сорти зі заздалегідь запланованими ознаками та властивостями.

Штучний добір поділяють ще на масовий та індивідуальний. Масовий добір ґрунтується на відборі з великої кількості вихідного матеріалу (рослин, тварин) особин, які мають ознаки чи властивості, що відповідали певному стандарту, тобто цікавлять селекціонера.

Індивідуальний добір — дає кращі результати у селекційній роботі.! базується на виділенні окремих особин з відомим генотипом за аналізом* продуктивності потомства, досліджуючи їхні фенотипи, родоводи.

Гібридизація

Гібридизація — основний метод селекції, який часто поєднується штучним добором. -

Гібридизація — процес одержання гібридів, який грунтується на оя нанні генетичного матеріалу різних клітин або організмів. Гібриди утвори ться у результаті статевого процесу або з'єднанням нестатевих (соматичних клітин.)

Розрізняють гібридизацію:

— внутрішньовидову — схрещування особин одного виду;

— міжвидову (або віддалену) — схрещування особин, які належаті різних видів.

Внутрішньовидова гібридизація буває спорідненою і неспорідненоет

Споріднене схрещування, або інбридинг (від анг. ін — у, всередині бридінг — розведення) — це схрещування організмів, що мають безпосередніх спільних предків (самозапильні рослини, самозаплідні гермафродитні і тварини, брати і сестри, батьки та їхні нащадки). Споріднене схрещування веде до таких наслідків: з кожним поколінням підвищується гомозиготність нащадків. У самозапильних рослин у 10-му поколінні спостерігається майже повністю гомозиготність (99,9%).

Неспоріднене схрещування, або аутбридинг (від анг. аут — поза! гібридизація організмів, які належать до одного виду, але не мають тісних динних зв'язків. Неспоріднене схрещування застосовують для поєднай* потомстві цінних ознак і властивостей, які притаманні їхнім батькам, що ні жать до різних ліній. За своїми наслідками воно прямо протилежне інбрид гу: з кожним наступним поколінням підвищується гетерозиготність нащадків спостерігається явище гетерозису. Гетерозис (від грец. гетероіозіс — заміна, перевтілення) —явище, коли перше покоління гібридів, одержаних у рез) таті неспорідненого схрещування, має підвищені життєздатність, продуктивність, ріст, стійкість проти шкідників, хвороб тощо.

Це пояснюється тим, що у гетерозисних форм сублетальні та летальні рецесивні алелі переходять у гетерозиготний стан, завдяки чому їхня шкідлива дія не проявляється фенотипово.

Ефект гетерозису добре виражений у овочевих культур (цибулі, помі) рів, огірків, буряків тощо). У тваринництві схрещування між різними поро ми прискорює ріст і статеве дозрівання, поліпшує якість м'яса, молока то (бройлери — гібриди курчат м'ясних порід).

Віддалена гібридизація— це схрещування особин, які належить до різних видів і навіть родів з метою поєднання у гібридів цінних спадкових ознак Поставників різних видів.

За допомогою віддаленої гібридизації створено гібриди пшениці та пирію, пшениці та жита (тритікале), китайської цукрової тростини з диким видами малини та ожини," сливи й терену, горобини та сибірського глоду тощо.

У тваринництві відомі результати віддаленої гібридизації: кобили та осла (мул) одногорбого та двогорбого верблюда, тонкорунних овець та дикого гірського барана (архамериноси), білуги та стерляді (бістер).

При віддаленій гібридизації у селекціонерів часто виникає проблема безпліддя міжвидових гібридів, гамети яких звичайно не дозрівають. Навіть за умов однакової кількості хромосом у каріотипах батьків хромосоми різних видів різняться формою, структурою, розмірами і тому нездатні до кон'югації під час мейозу. Проте ця проблема у селекції частково вже вирішена.

Селекція рослин.

Рослини як об'єкти селекційної роботи мають такі особливості:

— здатні розмножуватись статево та нестатево;

— дають, як правило, велику кількість потомства;

— кожна окрема особина не завжди являє собою селекційну цінність;

— нескладні взаємовідносини рослин з умовами середовища та людиною, порівняно зі селекцією тварин.

Основними методами селекції рослин є гібридизація і добір, які, звичайно, застосовують одночасно. Можливість одержання значної кількості ocобин для селекційної роботи дає змогу використовувати різні форми штучного добору: індивідуальний та масовий.

У селекції рослин застосовують різні форми гібридизації: споріднену, неспоріднену і міжвидове схрещування. Але, як відомо, міжвидові гібриди рослин безплідні (стерильні), їх можна розмножувати лише вегетативно самозапиленням.

Вагоме значення у селекційній роботі рослин має явище гетерозису. Н більший економічний ефект від використання гетерозису отриманий у кукурудзи: підвищення врожаю зерна на 20-30%. Ефект гетерозису добре вира" ний у цукрових буряків, цибулі, помідорів, сорго, баклажанів; може бути кріплений при вегетативному розмноженні рослин (картопля, плодові дере або шляхом подвоєння кількості хромосом, тобто поліплоїдизації.

Поліплоїдія — може виникнути в результаті подвоєння числа хромое яке не супроводжується поділом клітини; злиття соматичних клітин або їх ядер та утворення гамет. Поліплоїдні особини можуть мати такий набір хромосом: Зп (триплоїди), 4п (тетраплоїди) тощо. Впливаючи на клітину під 1 поділу хімічними речовинами (колхіцином) чи фізичними'(радіація, випромінювання, критична температура) мутагенами, досягають явища поліплоїдії Поліплоїдні набори хромосом мають багато культурних рослин: картопля, ниці садові, цукровий буряк, м'яка пшениця, сорти жита, гречки, кукурудзи, проса, льону, кавунів.

Щеплення — особливий спосіб штучного об'єднання частин різних росслин. Щеплення не є справжньою гібридизацією, бо призводить лише до " спадкових змін фенотипу такої об'єднаної рослини, не змінюючи генотип одного з вихідних організмів. Щеплення застосовують з метою:

1. Підсилення бажаних ознак/властивостей внаслідок поєднання вл тивостей прищепи та підщепи на весь новостворений організм. Таким епос бом виведений сорт груші бере зимова.

2. Багато сортів плодових культур є результатом соматичних мутаці Тому єдиним способом отримання таких сортів є вегетативне розмножена або їхнє щеплення до дички.

Селекція тварин.

Тварини як об'єкти селекційної роботи мають такі особливості:

— тільки статеве розмноження;

— дають нечисленне потомство;

— утримання тварин вимагає великих економічних витрат;

— кожна особина становить значну селекційну цінність;

- складні взаємовідносини тварин з умовами середовища, людиною завдяки високому розвитку нервової системи.

У селекції тварин застосовують ті самі основні методи, що й у селекції рослин,

проте є певні відмінності, спричинені особливостями тваринного організму. У селекції тварин, як правило, не застосовують масовий добір, бо число нащадків відносно невелике і тому кожна особина являє собою значну цінність-

Велике значення має підбір плідників по господарських цінних ознаках

. екстер'єр тварин.Екстер'єр — сукупність фенотипових ознак організму ( пвніиініх, внутрішніх, продуктивних). Беруться до уваги будова тіла і співвідношення розмірів частин тіла, оскільки зовнішні форми тварин та її внутрішні якості дуже взаємопов'язані. За екстер'єром визначають породність, типовість, індивідуальні особливості, вікову мінливість, стан здоров'я, тип продуктивності тварин.

Різні породи неоднаково реагують на зміну зовнішніх умов, годівлю. Наприклад, у м'ясних порід великої рогатої худоби поліпшення годівлі передусім зумовлює збільшення маси, а у молочних — збільшення надою. Несучі кури леггорн на поліпшення раціону відповідають підвищенням несучості, майже не змінюючи маси.

Метод випробовування за плідником.

Багато ознак тварин, що цікавлять людину, в особин певної статі можуть не проявлятися. Наприклад, у самців великої рогатої худоби не проявляються такі ознаки, як молочність та жирномолочність, у півнів — несучість. Тому для визначення цих властивостей і застосовують метод визначення якості плідників за якостями нащадків. Він полягає в тому, що від плідників одержують нащадків протилежної статі і порівнюють їхню продуктивність із середніми показниками породи. Якщо вони виявляються вищими, то такого плідника використовують у селекційній роботі. Від доброго плідника можна дістати велике потомство, особливо, якщо застосовувати штучне запліднення. Статеві клітини самця зберігають при пониженій температурі тривалий час і за допомогою штучного осіменіння дістають потрібну кількість потомків.

Метод розведення у штучнихумовах («у пробірці»).

Ембріони цінних порід великої рогатої худоби та інших тварин одержують у штучних умовах, а потім пересаджують у матку самки іншої породи для подальшого розвитку. Це дає можливіть прискорити процес селекції і одержати велику кількість потомків із новими або практично важливими властивостями.

Гетерозистакож шикоро застосовують у селекції тварин. Наприклад, схрещуючи дюркджерсійську та беркширську породи свиней, отримали скороспілих потемків, які за 9-12 місяців досягають великої маси (до 300 кг j більше).

Селекція мікроорганізмів.

Мікроорганізми (бактерії, одноклітинні гриби та інші еукаріоти) як об'єк-ти селекційної роботи мають такі особливості:

— у багатьох прокаріот відсутній статевий процес;

— мікроскопічні за розмірами;

— швидко розмножуються і дають велику кількість потемків;

— порівняно з рослинами та тваринами, у мікроорнізмів частіше виникають мутації, що сприяє широким можливостям для експериментів у селекційній роботі.

Для мікроорганізмів не застосовують метод гібридизації, оскільки для них не властиве статеве розмноження. Характерним методом селекції мікроорганізмів є штучний добір.

Особливо ефективним методом селекційної роботи мікроорганізмів і штучний мутагенез. Суть цього методу ґрунтується на тому, що за допомогою мутагенних факторів (рентгенівські промені, хімічні речовини) викликають мутаційний процес і шляхом добору створюють кращі штами (раси) мікроорганізмів. Цим шляхом у селекційних рас вдалось підвищити в тисячі разів вихід ряду антибіотиків (пеніцилін тощо) у порівнянні з вихідними штамами мікроорганізмів, взятими для селекції з породи. Виведені гриби здатні синтезувати кормові білки з парафінів, нафти, природного газу, відходів рослинництва (соломи, стебел). В кондитерській промисловості широко використовують лимонну кислоту, яку дістають в результаті життєдіяльності спеціально виведених мікроорганізмів (штамів гриба аспергіла).

Створено штами мікроорганізмів, які можуть вилучати цінні метали з руд і промислових відходів. Завдяки селекції мікроорганізмів одержують різні антибіотики, вітаміни, амінокислоти, гормони, стимулятори росту рослин тощо Ряд галузей харчової промисловості пов'язані з діяльністю мікроорганізмі» (випікання хліба, виноробство, пивоваріння, отримання спирту, молочнокислих продуктів тощо).

У селекції мікроорганізмів широко застосовують методи генетичної ті клітинної інженерії.

Біотехнологія. Основні напрями сучасної біотехнології

Біотехнологія— сукупність промислових методів, які використовують живі організми та біологічні процеси з метою виробництва різних речовин для медицини та народного господарства.

Давні біотехнологічні процеси: випікання хліба, виготовлення сиру (інших молочно-кислих продуктів), виноробство, пивоваріння, силосування тощо.

Клітинна інженерія

Клітинна інженерія— це галузь біотехнології, в якій застосовуються методи штучного виділення клітин з організму і перенесення їх на поживні середовища, де ці клітини в стерильних умовах продовжують жити і розмножуватись. Такі клітини можуть продукувати цінні речовини, як і цілісний організм.

Методи клітинної інженерії:

а) злиття соматичних клітин або протопластів різних клітин одного виду або навіть різних видів організмів (соматична гібридизація);

б) перенесення ядер із клітини в клітину;

в) клонування організмів — перспективний напрям клітинної інженерії. Клон (від грецького клон — гілка) — це сукупність клітин або особин, що виникли від спільного предка нестатевим шляхом.

Генна інженерія

Генна інженерія— галузь молекулярної біології і генетики, метою якої є конструювання генетичних структур за попередньо складеним планом створення організмів з новою генетичною програмою.

Основні методи генної інженерії були розроблені у 60-70-х роках 20 ст. Вони включають три основні етапи:

а) отримання генетичного матеріалу (штучний синтез або виділення природніх генів). У 1969 р. у США Г. Хоран синтезував ген аланілової т-РНК дріжджів, що складається з 77 пар нуклеотидів;

б) включення цих генів у генетичну структуру, яка реплікується автономно (векторну молекулу), і створення рекомбінантної молекули ДНК;

в) введення векторної молекули (з включеним у неї геном) у клітину — реципієнт, де вона вмонтовується у хромосомний апарат.

Експериментальне перенесення генів в інший геном називається транс-

езом. Векторні молекули - це молекули ДНК, здатні переносити включені

их гени в клітини, де ці молекули можуть реплікуватися автономно або в

• егрованому ₃ _геном _СТані, та забезпечувати інші етапи реалізації генетичної

інформації.

В сучасній біотехнології використовують два способи синтезу генів поза організмом: хімічний і ферментативний.

Об'єктом роботи генної інженерії є кишкова паличка Е.соїі, яка входить до складу звичайної флори кишок людини.

Ембріональна інженерія

Ембріональна інженерія— галузь біотехнології, що займається штучними змінами організмів у ході ембріогенезу.

Ембріональна індукція— взаємовплив частин зародка під час його розвитку.

За допомогою біотехнологічних прийомів розроблені методи внесення генів патогенних вірусів у бактеріальні клітини і виготовлення із синтезованих ними білків противірусних сироваток. Так, отримана сироватка проти однієї із форм гепатиту, а також вірусного грипу.

Проводяться роботи по створенню рослин, які здатні засвоїти атмосферний азот, це не тільки збагатить рослинну їжу білками, але і звільнить від використання азотовмісних мінеральних добрив, завдяки чому навколишнє середовище буде менше забруднене. Створюються мікроорганізми, які руйнують вуглеводи нафти, синтезують речовини, що згубно діють на комах. Ці речовини можуть бути використані для біологічної боротьби зі шкідниками сільського господарства і переносниками збудників хвороб.

У майбутньому біотехнологія та її галузь — генна інженерія, допоможе людству позбутися ряду спадкових хвороб.

У 1974 році в США відбулась Міжнародна конференція, де було розроблено певні правила, яких необхідно дотримуватися при маніпуляціях з генетичним матеріалом, і запропоновано ряд засобів, які б забезпечили неможливість випадкового виходу з лабораторій у природу патогенних рекомбінативних мікроорганізмів.