Реферати » Реферати по біології » Біотехнологія

Біотехнологія

з хворобами, що залишають видимі сліди на культурних рослинах
(мозаїчна хвороба тютюну і бавовнику, зимова хвороба томатів), віруси викликають приховані інфекційні процеси, що значно знижують врожайність сільськогосподарських культур і ведучі до їх виродження.
Біотехнологічні шляхи захисту рослин від розглянутих шкідливих агентів включають: 1) виведення сортів рослин, стійких до несприятливих факторів; 2) хімічні засоби боротьби (пестициди) з бур'янами (гербіциди), гризунами (ратицидів), комахами (інсектициди), нематодами (нематоциди), фітопатогенними грибами (фунгіциди), бактеріями, вірусами; 3) біологічні засоби боротьби зі шкідниками, використання їхніх природних ворогів і паразитів, а також токсичних продуктів, утворених живими організмами.
Поряд із захистом рослин ставиться завдання підвищення продуктивності сільськогосподарських культур, їх харчовий (кормовий) цінності, завдання створення сортів рослин, що ростуть на засолених грунтах, у посушливих і заболочених районах. Розробки націлені на підвищення енергетичної ефективності різних процесів в рослинних тканинах, починаючи від поглинання кванта світла і кінчаючи асиміляцією СО2 і водно-сольовим обміном.

Виведення нових сортів рослин. Традиційні підходи до виведення нових сортів рослин - це селекція на основі гібридизації, спонтанних і індукованих мутацій. Методи селекції не настільки віддаленого майбутнього включають генетичну і клітинну інженерію.
Генетичну інженерію пропонують використовувати для виведення азотфіксуючих рослин. В природних умовах азотфиксирующие бульбочкові бактерії, представники роду Rhizobium, вступають в симбіоз з бобовими.
Комплекс генів азотфіксації (nif) з цих чи інших бактерій пропонують включити в геном злакових культур. Труднощі пов'язані з пошуком відповідного вектора, оскільки широко використовувані для подібних цілей Agrobacterium з плазмідами Ti і Ri НЕ заселяють злаки. Планують модифікацію генома
Agrobacterium, щоб бактерія могла вступати в симбіоз зі злаками і передавати їм генетичну інформацію. Іншим рішенням проблеми могла б бути трансформація рослинних протопластів за допомогою ДНК. До компетенції клітинної інженерії відносять створення нових азотфіксуючих симбіотичних асоціацій «рослина - мікроорганізм» .
В даний час виділені і клоновані гени sym, що відповідають за встановлення симбіотичних стосунків між бульбочкових фіксують азот і рослиною-господарем. Шляхом перенесення цих генів в свободноживущие азотфиксирующие бактерії (Klebsiella, Azotobacter) представляється можливим змусити їх вступити в симбіоз з цінними сільськогосподарськими культурами.
Методами генетичної інженерії припускають також підвищити рівень збагачення грунту азотом, ампліфіці-ю чи гени азотфиксации у Klebsiella і
Azotobacter.
Розробляються підходи до міжвидового переносу генів asm, що обумовлюють стійкість рослин до нестачі вологи, спеки, холоду, засоленості грунту.
Перспективи підвищення ефективності біоконверсії енергії світла пов'язані з модифікацією генів, відповідальних за світлові і темнові стадії цього процесу, в першу чергу генів cfx, регулюючих фіксацію СО2 рослиною.
У цьому зв'язку становлять великий інтерес розробки по межвидовому переносу генів, які кодують хлорофіл а / b-зв'язуючий білок і малу субодиницю рибулозо-біс-фосфаткарбоксілази - ключового ферменту в фотосинтетичної фіксації СО2.
Гени стійкості до деяких гербіцидів, виділені з бактерій і дріжджів, були успішно перенесені в рослини тютюну. Розведення стійких до гербіцидів рослин відкриває можливість їх застосування для знищення бур'янів безпосередньо на угіддях, зайнятих сільськогосподарськими культурами. Проблема полягає, однак, у тому, що масивні дози гербіцидів можуть виявитися шкідливими для природних екосистем.
Деякі культурні рослини сильно страждають від нематод. Обговорюється проект введення в рослини нових генів, що обумовлюють біосинтез і виділення нематоцидов кореневими клітинами. Важливо, щоб ці нематоциди не виявляли токсичності по відношенню до корисної прикореневій мікрофлорі.
Можливо також створення грунтових асоціацій «рослина - бактерія» або
«рослина - гриб (мікориза)» так, щоб бактеріальний (грибний) компонент асоціації відповідав за виділення нематоцидов .
Важливе місце у виведенні нових сортів рослин займає метод культивування рослинних клітин in vitro. Регенеріруемой з таких клітин «молода поросль» складається з ідентичних по генофонду примірників, які зберігали цінні якості обраного клітинного клона. В Австралії з культивованих in vitro клітинних клонів вирощують червоні камедние дерева (австралійські евкаліпти), що відрізняються здатністю рости на засолених грунтах. Передбачається, що коріння цих рослин будуть викачувати воду з таких грунтів і тим самим знижувати рівень грунтових вод. Це призведе до зниження засоленості поверхневих шарів грунту внаслідок переносу мінеральних солей в більш глибокі шари з потоками дощової води. В
Малайзії з клітинного клона отримана олійна пальма з підвищеною стійкістю до фітопатогенів і збільшеною здатністю до утворення масла (приріст на 20-30%). Клонування клітин з наступним їх скринінгом і регенерацією рослин з відібраних клонів розглядають як важливий метод збереження і поліпшення деревних порід помірних широт, зокрема хвойних дерев. Рослини-регенеранти, вирощені з клітин або тканин меристеми, використовують нині для розведення спаржі, суниці, брюссельської та цвітної капусти, гвоздик, папоротей, персиків, ананасів, бананів.
З клонуванням клітин пов'язують надії на усунення вірусних захворювань рослин. Розроблено методи, що дозволяють отримувати регенеранти з тканин верхівкових нирок рослин. Надалі серед регенерованих рослин проводять відбір особин, вирощених з незаражених клітин, і вибракування хворих рослин. Раннє виявлення вірусного захворювання, необхідне для подібної вибракування, може бути здійснено методами иммунодиагностики, з використанням моноклональних антитіл або методом ДНК / РНК-проб.
Передумовою для цього є отримання очищених препаратів відповідних вірусів або їх структурних компонентів.
Клонування клітин - перспективний метод отримання не тільки нових сортів, а й промислово важливих продуктів. При правильному підборі умов культивування, зокрема при оптимальному співвідношенні фітогормонів, ізольовані клітини більш продуктивні, ніж цілі рослини. Іммобілізація рослинних клітин або протопластів нерідко веде до підвищення їх синтетичної активності. Табл. 6 включає біотехнологічні процеси з використанням культур рослинних клітин, найбільш перспективні для промислового впровадження.
Комерційне значення в основному має промислове виробництво шиконіну.
Застосування рослинних клітин, які є високоефективними продуцентами алкалоїдів, терпенів, різних пігментів і масел, харчових ароматичних добавок (суничної, виноградної, ванільною, томатної, сельдерейной, спаржевої) наштовхується на певні труднощі, пов'язані з дорожнечею використовуваних технологій, низьким виходом цільових продуктів, тривалістю виробничого процесу.
Таким чином, біотехнологія відкриває широкі перспективи в області виведення нових сортів рослин, стійких до несприятливих зовнішніх впливів, шкідникам, патогенам, що не вимагають азотних добрив, що відрізняються високою продуктивністю.


Таблиця 1 Приклади клітинних культур - високоефективних продуцентів цінних сполук (по О. Sahai, M. Knuth, 1985. К. Hahlbrock. 1986)

| Вид рослини | Цільовий продукт | Передбачуване застосування |
| Lithospermum | Шиконин і його | Червоний пігмент, |
| erithrorhizon | похідні | використовуваний в косметиці |
| (воробейник) | | як «біологічна губна |
| | | помада» , |
| | | антибактеріальний агент, |
| | | використовуваний при лікуванні |
| | | ран, опіків, геморою |
| Nicotiana tabacum | Убіхінон-10 | Важливий компонент |
| (тютюн) | | дихальної і |
| | | фотосинтетичної ланцюгів |
| | | перенесення електронів, |
| | | застосовуваний як вітамін і |
| | | в аналітичних цілях |
| To ж | Глутатіон | Учасник багатьох |
| | | окисно-відновник |
| | | вих реакцій в клітині, |
| | | прирівнюється до вітаміну |
| Morinda citrifolia | Антрахинони | Сировина для лакофарбової |
| | | промисловості |
| Coleus blumei | Розмаринова | Жарознижуюче засіб, |
| | кислота | минаюче клінічні |
| | | випробування |
| Berberis stolonifera | Ятроррізін | Спазмолитическое |
| (барбарис) | | лікарський засіб |

Биодеградация пестицидів. Пестициди володіють потужним, але недостатньо виборчим дією. Так, гербіциди, змиваючись дощовими потоками або грунтовими водами на посівні площі, завдають шкоди сільськогосподарським культурам. Крім цього, деякі пестициди тривало зберігаються в грунті, що теж призводить до втрат врожаю. Можливі різні підходи до вирішення проблеми: 1) удосконалення технології застосування пестицидів, що не входить в компетенцію біотехнології; 2) виведення рослин, стійких до пестицидів; биодеградация пестицидів у грунті.
До руйнування багатьох пестицидів здатна мікрофлора грунту. Методами генетичної інженерії сконструйовані штами мікроорганізмів з підвищеною ефективністю біодеградації отрутохімікатів, зокрема штам Pseudomonas ceparia, руйнуючий 2, 4, 5-тріхлорфеноксіацетат. Стійкість того чи іншого пестициду в грунті змінюється при додаванні його в поєднанні з іншим пестицидом. Так, стійкість гербіциду хлорпро-Фама збільшується при його внесенні спільно з інсектицидами з групи метілкарбаматов. Виявилося, що метілкарбамати ингибируют мікробні ферменти, що каталізують гідроліз хлорпрофама.
Мікробна трансформація пестицидів має й зворотний бік. По-перше, швидка деградація пестицидів зводить нанівець їх корисний ефект. По-друге, в результаті мікробного перетворення можуть утворитися продукти, сильно отруйні для рослин. При використанні гербіциду тіобенкарба в Японії спостерігали придушення росту і розвитку рису. Встановлено, що пригнічує не саме гербіцид, а його дехлорірованную похідне S-бензил-N, N-діетілтіокарбамат. Щоб запобігти утворенню такого похідного, тіобенкарб застосовують в комбінації з метоксифеніл, інгібітором дехлорирует ферменту мікроорганізмів.
Біологічний захист рослин від шкідників і патогенів. З широкого спектра біологічних засобів захисту рослин обмежимося розглядом засобів боротьби з комахами-шкідниками та патогенними мікроорганізмами.
Саме в цих областях є найбільші перспективи.
До традиційних біологічним засобам, спрямованим проти комах, належать хижі комахи. В останні роки арсенал «зброї» инсектицидного дії поповнений грибами, бактеріями, вірусами, патогенними для комах (ентомо--патогенними). Багато видів комах-шкідників (тля, колорадський жук, яблунева плодожерка, озима совка та ін.) Сприйнятливі до захворювання, що викликається грибом Beauveria bussiana. Препарат боверин з лиофильно висушених конідій гриба зберігає Ентомопатогенні протягом року після обробки грунту або рослин. Препарат пецілолін з гриба
Poecilomyces fumoso-roseus застосовують для боротьби з шкідниками чагарників, наприклад смородини.
Важливим джерелом бактеріальних ентомопатогенних препаратів служить Bacillus thuringiensis. Ці препарати мають високу стійкість і патогенні для кількох сотень видів комах-шкідників, в тому числі для листогризучих комах - шкідників яблунь, винограду, капусти, лісових дерев. Гени, що відповідають за синтез одного з токсинів В. thuringiensis, були ізольовані і перенесені в рослини тютюну. Необхідно, щоб такі «ентомопатогенниє» рослини не містили речовин, токсичних

Сторінки: 1 2 3 4 5 6 7 8

енциклопедія  з сиру  аджапсандалі  ананаси  узвар