Матеріали для Нової української школи 1 клас - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити

БІОЛОГІЯ - Золота колекція рефератів - 2018

ЗАГАЛЬНА БІОЛОГІЯ

МЕТОДИ БІОТЕХНОЛОГІЇ РОСЛИН

Біотехнологія (від грецьк. біос —життя, технос — мистецтво, майстерність, логос — слово, навчання) — це сукупність промислових методів, використовуваних для виробництва різних речовин із застосуванням живих організмів, біологічних процесів і явищ. Найпочесніше місце в ній займає, крім генної інженерії, наука про штучне культивування ізольованих клітин і тканин та про ростові або інгібувальні речовини.

Окрема клітина в пробірці зберігає генетичну інформацію, закладену батьками. Але вона втрачає спеціалізацію й утворює при діленні щось аморфне, що нагадує за формою морську губку — калусну (калус у перекладі з латини означає «мозоля») культуру клітин. Це тканина, що виникає не тільки в пробірці, але й у природних умовах при пораненні рослини.

Крім втрати вузької спеціалізації клітина часом починає поводитися незвичайно, тому що втрачає вплив організму. Наприклад, активні гени її раптом перестають функціонувати, а в етапі спокою починають інтенсивно працювати. Клітина в пробірці може різко змінити співвідношення ферментних і структурних білків. У ній збільшується кількість молекул РНК, що синтезують у достатку ті білки, які клітина раніше майже не виробляла.

Однак при створенні певних умов вона знову набуває спеціалізації, причому не обов’язково тієї, яку мала. Узята з кореня або листа клітина може утворити цілу рослину. Регенерація повноцінних рослин з калусу можлива двома шляхами: диференціацією пагонів і коріння за допомогою зміни співвідношення гормонів цитокініну й ауксину або утворенням ембріонів (одержують методом генної інженерії — гібридизацією соматичних клітин). Соматичний ембріогенез уперше був простежений 1959 р. у моркви, а згодом його почали застосовувати при виробництві життєздатних рослин різних видів.

Ізольовані клітини зберігають здатність синтезувати речовини (вітаміни, гормони, алкалоїди, кумарини, стероїди тощо), властиві їй in vivo, тобто в тілі живого організму. Це зацікавило вчених з позиції синтезу речовин для промисловості.

У лабораторіях була виявлена ще одна особливість клітин: при відділенні однієї від інших або пересадженні її на поживне середовище окремо від родичів вона перестає ділитися й розмножуватися. Крім того, клітини калусу, які мають одного предка, через кілька поколінь стають генетично різними.

Зміни, спостережувані в ізольованій культурі, можуть виникати внаслідок мутацій специфічних генів і хромосомних перебудов. Частота, тип і стабільність мінливості залежать від генотипу вихідної рослини й фізіолого-біохімічного стану клітини. Ученими висловлене припущення, що умови ізольованої культури призводять до глибокої клітинної дестабілізації. Широкий спектр варіантів, що утворюються з культивованого матеріалу, є відбиттям дестабілізації, за якою йдуть дія відбору й вторинні спадкові зміни в популяції клітин. Клітини в клітинній культурі поводяться не так, як в організмі, а як окрема самостійна специфічна структура.

Спостережувана мінливість має велике значення при застосуванні культури клітин і тканин для поліпшення сільськогосподарських культур. Частоту змінених клітин збільшує застосування мутагенів — факторів, що викликають спадкові зміни. Використання селективних умов (наприклад, підвищеного інфекційного тла) створює передумови для розмноження тільки змінених у потрібному людині напрямку клітин. Хоча мутантні клітинні лінії виникають у достатній кількості й без їхнього застосування.

У клітинах калусу може змінюватися кількість хромосом. Наприклад, калус рослини гаплонаннус через дна роки виявився на 95 % складеним з поліплоїдних клітин із числом наборів основного (базисного) числа хромосом, що дорівнює восьми й більше. У США з клітин калусу, культивованих поза організмом, були отримані поліплоїдні форми тютюну. Вони відрізняються рядом цінних ознак. Вихід поліплоїдних форм виявився настільки значним, що метод був рекомендований для експериментального одержання поліплоїдів.

Регенеровані з калусу рослини часто відрізняються від своїх батьків кількістю хромосом. Сьогодні генетично ідентичне відтворення генотипів у культурі калусу можна здійснити лише в порівняно нечисленних видах.

Завдяки генетичній мінливості клітин калусу в культурі тканин і органів рослин на основі регенерації отримані високопродуктивні форми соняшника. Застосування цього методу утруднене для таких найважливіших сільськогосподарських культур, як зернові й бобові, тому що активувати морфогенез на поживних середовищах вдається рідко.

У селекції організмів важливим є одержання гомозиготних особин (чистих ліній), що дозволяє за короткий термін домогтися появи бажаних ознак. Важливою подією виявилося відкриття методу вирощування на поживних середовищах високої інтенсивності освітлення рослин-гаплоїдів з пилкових зерен. При подвоєнні хромосом (наприклад, шляхом обробки колхіцином або закисом азоту під тиском) одержують дигаплоїди, тетрагаплоїди й т. н. Такі організми — гомозиготні. У них не з’являються нові ознаки (якщо немає мутацій). Гомозиготні лінії можуть використовуватися в селекції для одержання гетерозису, або гібридної сили.

У Китаї за допомогою культури пророщених пилкових зерен виведені короткостеблові скоростиглі й високоврожайні сорти рису. Застосування в цій країні поживних середовищ, що включають картопляний екстракт, призвело до раніше недосяжного — одержання гаплоїдів жита. Отримані гаплоїди ячменя, перцю, маку, люцерни, винограду, тополі, яблуні й олійного рапсу. У рапсі, вирощеному з пилкових зерен, трохи зменшили вміст шкідливих глікозидних сполук. До 1984 р. з пилкових зерен у Китаї вирощено близько 40 видів рослин.

Іноді гібридизацію вдається провести в посудинах, у яких поміщають ізольований від рослини насінний зачаток. У пробірці іноді можна перебороти несумісність віддалених видів і навіть родів рослин. Отримане від гібридизації насіння не завжди проростає. У таких випадках вдаються до відділення зародка від ендосперму на ранніх етапах розвитку й переведення зародка на штучне поживне середовище, яке складається з багатьох компонентів.

При вирощуванні молодих ембріонів домоглися зав’язування життєздатних насінин у міжродових гібридів: ячмінь і жито, томат культурний і томат перуанський, чина пурпурна й чина члениста, буркун жовтий і буркун білий, квасоля звичайна й квасоля гостролиста, слива північноамериканська й слива перська тощо.

У пробірці вдається злити воєдино соматичні клітини різних видів (метод гібридизації соматичних клітин). При цьому за допомогою спеціальних ферментів клітини звільняють від оболонки (одержують протопласти). Протопласти двох видів об’єднують в один, який називається гетерокаріот (зі сполученими ядрами). Ядра таких клітин можуть не зливатися, а знаходитися поруч. Протопласт через якийсь час обзаведеться новою клітинною стінкою. Цим методом можливо об’єднати навіть тваринні клітини з рослинними (наприклад, клітину тютюну з клітиною дрозофіли). Однак до ділення здатні лише злиті клітини видів у межах одного роду, зрідка — різних родів і сімейств.

До теперішнього часу вдалося сполучити протопласти й одержати соматичні гібриди картоплі й томату.

Несподівані результати одержав канадець К. Н. Као. Гетерокаріотичні клітини із злитих протопластів сої й тютюну сизого (тютюнового дерева) виявилися здатними до ділення. Окремі лінії клітин сої й тютюну мали синхронний розподіл хромосом.

Використання культури клітин і тканин дозволяє швидко розмножити новий сорт, якщо культуру у виробництві розмножують вегетативно, або лінію для виробництва гібридного насіння в овочевих, декоративних та інших оброблюваних рослин. Звичайно розмножують (клонують) верхівки пагонів. Зростає використання культур тканин для клонування суцвіть, квіток, бічних бруньок, листя й коріння, культури калусу та в окремих випадках — культури клітин.

Економічно вигідним є розмноження в культурі тканин селекційних сортів квітів: орхідеї, агави, бегонії, хризантеми, цикламена, драцени, ірису, лілії, нарциса, флокса та ін.

Новою галуззю застосування клонування в стерильному середовищі верхівок пагонів статеве розмноження порід чагарників, плодових культур і ананаса.

З калуса можна одержати рослини без вірусів.

Деяких фізіологів цікавлять біорегулятори рослин, особливо стимулятори росту. На початку Другої світової війни був відкритий ауксин. Спочатку його одержували з верхівки колеоптилю (безбарвного чохла, який захищає перший молодий лист) кукурудзи. Однак для того щоб таким шляхом добути 250 мг ауксину, довелося б пропрацювати, не перериваючись на сон і їжу, близько 400 років.

Пізніше було знайдене багате й доступне джерело ауксину. Ним виявилася людська сеча. Кожний житель планети щодня може давати для потреб біохімії, фізіології й сільського господарства приблизно 1-2 мг ауксину.

Під назвою «ауксин» об’єднаний цілий ряд речовин - регуляторів росту. Одна з них одержала назву «гетероауксин». Гетероауксин являє собою бета-індолілоцтову кислоту. Він удосталь утворюється мікроорганізмами: дріжджами, грибами й бактеріями. Його використовують для прискорення утворення коріння у черешків плодово-ягідних та інших рослин. Сьогодні синтезований цілий ряд ауксинів, серед яких особливо великою активністю характеризується бета-нафтилоцтова кислота.

Близькими до групи гетероауксинів є гербіциди, які представляють собою похідні феноксиоцтової кислоти. У культурі клітин, тканин і органів найчастіше застосовують 2,4- дихлорфеноксиоцтову кислоту (2, 4-Д), 2,4, 6-трихлор-феноксиоцтову кислоту й 4-хлорфеноксиоцтову кислоту. Використовуються й мають активність як вільні кислоти, так і розчинні у воді натрієві й амонійні солі цих кислот, а також їхні ефіри. Ці гербіциди були відкриті одночасно на початку Другої світової війни в США й Великобританії.

В Японії звернули увагу на захворювання молодих рослин рису, що викликається грибом Gibberella fujukuroi. У деяких екземплярів, які не загинули, можна було спостерігати енергійний ріст стебел і листя. Як з’ясувалося, прискорення росту викликають сполуки - продукти обміну речовин гриба. Ці речовини (терпеноїди), виділені в чистому вигляді, одержали назву гіберелінів. Гібереліни здатні стимулювати не тільки ріст, але й цвітіння. їх застосовують в основному для прискорення проростання ячменя для виготовлення солоду й для підвищення врожайності винограду.

Пізніше було відкрито ряд сполук, які характеризуються сильною стимулювальною дією на ділення рослинних клітин — цитокіпінів. Найактивнішим є кінетин.

Для прояву ефекту дії ростових речовин необхідні їх дуже малі концентрації. Наприклад, щоб розвести 1 г гетероауксину до недіяльної концентрації, необхідно 200 млрд л рідини, для доставки яких знадобилося б 400 тис. поїздів. Одного грама гетероауксину досить для 1013 рослин. Щоб розсадити ці рослини, надавши кожній площу живлення в 1 см2, потрібна була б рілля площею більше 900 км2.

У рослинництві широко застосовуються речовини-біорегулятори. Наприклад, для задоволення смаку споживачів (американці віддають перевагу апельсинам яскраво-жовтогарячого забарвлення), хіміки запропонували обробляти апельсини речовиною (2-парадіетиламіно-етоксибензаль)-параметоксиацетонфеноном. За десять днів обробки кількість каротиноїдів зросла в 16 разів. Забарвлення плодів стало яскравішим, провітаміну А — більше. При передозуванні препарату в кірці нерідко утворювалися червоні каротиноїди, які додали цитрусовим зловісного бордового кольору. Застосування інших біорегуляторів (діетилоктиламіну й діетилноніламіну) дозволило збільшити вміст каротиноїдів усього в 2- 5 разів. Плоди при цьому набули яскраво-жовтогарячого кольору.

Існують речовини, які підсилюють аромат цитрусових.

Усі відомі біорегулягори активують або депресують (пригноблюють) гени, або ж взагалі їх дезактивують.

Штучному дозріванню зелених плодів томату допомагає обробка їх регуляторами росту. Оброблені цими препаратами плоди за 7-10 днів зберігання при температурі 18-20 °С дозрівають на 90 %. Штучно дозрілі плоди за поживною цінністю не поступаються тим, що дозріли природно.

У люцерни був виявлений природний регулятор росту триаконтанол. Це сполука спиртової природи, яка включає 30 атомів вуглецю. Вона концентрується переважно в кутикулі (надшкір’ї), що покриває поверхню листя. Припускають, що триаконтанол активує деякі ферменти й впливає на мембрани, інтенсифікуючи процеси метаболізму—обміну речовин. У концентрації 1 мкг на літр триаконтанол підвищує врожай картоплі на 20 %. Обробка ним насіння овочевих культур підсилює ріст рослин і підвищує врожайність на 17-25 %.

Це далеко не повний перелік досягнень біотехнології рослин. Завдання біотехнології, селекції рослин — неодержання високоврожайних перспективних нових сортів рослин, поліпшення відомих сортів, застосування нових методів для цього, використання нових технологій для одержання цінних рослинних продуктів.









загрузка...

Віртуальна читальня освітніх матеріалів для студентів, вчителів, учнів та батьків.

Наш сайт не претендує на авторство розміщених матеріалів. Ми тільки конвертуємо у зручний формат матеріали з мережі Інтернет які знаходяться у відкритому доступі та надіслані нашими відвідувачами. Якщо ви являєтесь володарем авторського права на будь-який розміщений у нас матеріал і маєте намір видалити його зверніться для узгодження до адміністратора сайту.

Дозволяється копіювати матеріали з обов'язковим гіпертекстовим посилання на сайт, будьте вдячними ми затратили багато зусиль щоб привести інформацію у зручний вигляд.

© 2008-2019 Всі права на дизайн сайту належать С.Є.А.