Биотехнология и биометоды в защите растений переработке и хранении сельскохозяйственной продукции

Обновлено: 05.10.2024

Функция "чтения" служит для ознакомления с работой. Разметка, таблицы и картинки документа могут отображаться неверно или не в полном объёме!

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

Кафедра биохимии и биотехнологии

Реферат на тему:

Биотехнологии в сельском хозяйстве.

Окутина Анастасия Проверил:

Доктор биологических наук, доцентФархутдинов Р. Г.

Введение 2История и развитие биотехнологии в сельском хозяйстве. 3Целесообразность применения биотехнологии в сельском хозяйстве. 4Биотехнологические процессы в сельском хозяйстве 4Биологические средства защиты растений. 9Средства защиты растений от фитопатогенных микроорганизмов: 12Заключение 13Список используемой литературы 14

Биотехнология - междисциплинарная область научно-технического прогресса, возникшая на стыке биологических, химических и технических наук.

Биотехнологический процесс, включает ряд этапов: подготовку объекта, его культивирование, выделение, очистку, модификацию и использование продуктов. Многоэтапность процесса обусловливает необходимость привлечения к его осуществлению самых различных специалистов: генетиков и молекулярных биологов, биохимиков и биооргаников, вирусологов, микробиологов и клеточных физиологов, инженеров-технологов, конструкторов биотехнологического оборудования и др.

В Комплексной программе научно-технического прогресса стран, в качестве первоочередных задач биотехнологии определены создание и широкое народнохозяйственное освоение:

- новых биологически активных веществ и лекарственных препаратов для медицины (интерферонов, инсулина, гормонов роста человека, моноклональных антител и т.д.), позволяющих осуществить в здравоохранении раннюю диагностику и лечение тяжелых заболеваний - сердечно-сосудистых, злокачественных, наследственных, инфекционных, в том числе вирусных;

- микробиологических средств защиты растений от болезней и вредителей, бактериальных удобрений и регуляторов роста растений; новых высокопродуктивных и устойчивых к неблагоприятным факторам внешней среды сортов и гибридов сельскохозяйственных растений, полученных методами генетической и клеточной инженерии;

- ценных кормовых добавок и биологически активных веществ (кормового белка, аминокислот, ферментов, витаминов, ветеринарных препаратов и др.) для повышения продуктивности животноводства; новых методов биоинженерии для эффективной профилактики, диагностики и терапии основных болезней сельскохозяйственных животных;

- новых технологий получения хозяйственно ценных продуктов для использования в пищевой, химической, микробиологической и других отраслях промышленности;

- технологий глубокой и эффективной переработки сельскохозяйственных, промышленных и бытовых отходов, использования сточных вод и газовоздушных выбросов для получения биогаза и высококачественных удобрений.

История и развитие биотехнологии в сельском хозяйстве.

Работы по генетической модификации растений начались в 80е гг. прошлого века в США. В начале 90-х первые трансгенные культуры появились на

БИОТЕХНОЛОГИИ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ

(Уральский государственный аграрный университет)

Главной задачей сельскохозяйственного производства является обеспечение населения страны в соответствии с медицинскими нормами качественными, биологически полноценными продуктами питания из сырья растительного и животного происхождения.

В геополитическом плане это обеспечение продовольственной независимости государства. Решение таких социально значимых задач объективно требует устойчивого экономического развития сельского хозяйства и всего агропромышленного комплекса страны, что напрямую связано с увеличением объемов производства сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия, с урожайностью сельскохозяйственных культур и продуктивностью сельскохозяйственных животных и птиц. Таких показателей можно добиться при условии технологической модернизации и внедрения в аграрное производство новейших научных достижений в селекционной деятельности и племенном животноводстве. Принятые за последние годы органами государственной власти меры экономико-правового характера оказывают свое позитивное воздействие на развитие отечественного сельского хозяйства. Вместе с тем остаются реальные проблемы, связанные с качественными показателями в растениеводстве и животноводстве.

Для повышения продуктивности животноводства, прежде всего молочного, необходим высокобелковый корм из кукурузы, сои, рапса и других масличных культур. Это обстоятельство требует улучшения селекционной деятельности для того, чтобы названные культуры могли вызревать в условиях Сверд-ловской области и отпала бы необходимость ежегодного закупа семенного материала из других регионов или из-за рубежа. То же касается и картофеля и семян овощных культур, по которым в отдельных случаях импорт семян достигает 90-95 %.

Мы ведем разговор об известных культурах, но в мире в настоящее время начинают выращивать по ресурсосберегающим технологиям новые культуры, отличающиеся высокой продуктивностью и хорошими качественными характеристиками.

Не менее сложная задача стоит и в области сельскохозяйственного животноводства. С ростом надоев резко снижается продуктивное долголетие коров. Так, в Свердловской области в среднем это 2,8 лактации, а по отдельным регионам России - до 2,3 лактаций. То есть 3 отела - и на мясокомбинат.

Снижается выход телят до 70 голов от 100 коров, что не позволяет резко увеличить поголовье коров за счет ремонтного молодняка.

По-прежнему остаются очаги заболеваний крупного рогатого скота и других видов животных, а также птицы, и рыб в организациях сельскохозяйственного рыбоводства.

Сегодня у всех на слуху африканская чума свиней (АЧС). Этот вирус в свое время был обнаружен в Испании, Мадагаскаре, а затем и на территориях Грузии и Армении. В Российской Федерации впервые выявили заболевания АЧС в Краснодарском и Ставропольском краях. На Кубани были уничтожены крупные свиноводческие комплексы по 20 тыс. и более голов каждый. Вирус АЧС сейчас обнаружили в Смоленской, Белгородской, Тверской, Воронежской, Ростовской областях и в других субъектах Российской Федерации. Кроме африканской чумы свиней на территории нашей страны имеются и другие заболевания сельскохозяйственных животных (ящур, бешенство, лейкоз, бруцеллез, и др.).

В условиях ВТО с увеличением потока сырья и продукции животного происхождения из других стран возможен завоз и таких новых вирусов, как блутанг, вирус Шмалленберга и др. Опасность вышеперечисленных заболеваний заключается в том, что многие из них передаются человеку и животным, находящимся в окружающей природной среде.

Так, в настоящее время ящур обнаружен в Кавказском биосферном заповеднике, в котором обитают зубры, олени и другие дикие животные. Выполнить вакцинацию этих животных не всегда возможно, а значит, этот вирус парнокопытных может получить дальнейшее распространение.

Рассматриваемые в настоящей статье проблемы не исчерпываются этим. Так, еще с 1 января 1990 г. в России запрещена химическая обработка в закрытом грунте, где должны применяться биологические методы защиты огурцов, томатов, зеленых и других культур, выращиваемых в теплицах. Должна вестись селекционная работа по выведению сортов овощей, устойчивых к различным заболеваниям. Однако вырастить высокие урожаи сельскохозяйственной продукции на полях или в закрытых помещениях невозможно без применения удобрений - органических или минеральных. Таким образом, чтобы решить проблему плодородия почв, продуктивности растений и животных, их защиты от сорняков, вредителей, вирусов и других болезней, необходима переориентация на развитие биотехнологий.

Именно биотехнологии в разумном сочетании с генетикой и селекцией позволяют создавать хозяйственно ценные сорта растений и породы сельскохозяйственных животных.

В Комплексной программе развития биотехнологий в Российской Федерации на период до 2020 года, утвержденной Правительством РФ (Постановление от 24 апреля 2012 г. № 1853п-П8), среди приоритетов развития биотехнологий выделены сельскохозяйственная и пищевая биотехнологии.

Использование биотехнологии в сельском хозяйстве ориентировано на стабильное развитие сельскохозяйственного производства, решение проблемы продовольственной безопасности, получение высококачественных и экологически безопасных продуктов питания, переработку отходов сельскохозяйственного производства, восстановление плодородия почв.

В данном направлении наиболее приоритетными являются:

- создание новых сортов сельскохозяйственных растений и животных с использованием современных постгеномных и биотехнологических методов;

- разработка и внедрение методов геномной паспортизации для повышения эффективности селекционно-племенной работы, технологий клонирования животных-производителей;

- производство биопрепаратов для растениеводства;

- производство кормовых добавок для сельскохозяйственных животных;

- производство ветеринарных биопрепаратов.

Рассмотрим более детально отдельные направления развития биотехнологий, обозначенные в программе.

1. Биологическая защита растений

В течение последних 10 лет биотехнологическими методами удалось создать новые поколения биологических средств защиты растений, которые по стоимостным характеристикам вполне могут конкурировать с химическими средствами защиты. В результате наблюдается масштабный рост объемов применения биологических средств практически во всех крупных аграрных регионах мира. Меры биологической защиты растений позволяют повысить урожайность, снизить потери в растениеводстве, внедрить интегрированные системы защиты растений, ведут к снижению остатков действующего ве-щества в конечной продукции, что крайне важно при контроле в странах - импортерах российской сельскохозяйственной продукции (на данном этапе - зерновых). В Европейском союзе в настоящее время действует директива, утвердившая программу REACH, определяющую резкое повышение тре-бований к использованию химикатов (причем не только в сельском хозяйстве). Развитие направления биологической защиты растений ведет к значительному снижению химической нагрузки на растениеводство, способствуя долгосрочной конкурентоспособности сектора.

2. Сорта растений, созданные с использованием методов биотехнологии

В настоящее время в Российской Федерации практически не создаются сорта и гибриды нового поколения, устойчивые к засухе, болезням, гербицидам, насекомым-вредителям и неблагоприятным условиям среды, с использованием постгеномных технологий (методы селекции, основанные на применении молекулярных маркеров) и генетической инженерии, которые все шире используются во всем мире. Без использования биотехнологических инноваций сельскохозяйственное производство России по-прежнему будет оставаться высокозатратным и проигрывать в конкурентоспособности зарубежным странам. Такая ситуация будет негативно сказываться и на отечественном секторе производства питания. Комплекс мероприятий будет содействовать развитию передовых постгеномных и биотехнологических методов в растениеводстве и формированию динамичных рынков трансгенных семян и растений, востребованных сельскохозяйственными производителями.

3. Молекулярная селекция животных и птицы

Развитие технологий молекулярной селекции обусловлено разработкой современных методов анализа генома, позволяющих выявлять большое число мутаций (полиморфизмов), связанных с уровнем развития экономически значимых селекционных признаков сельскохозяйственных животных, и про-водить их скрининг. Комплексом мероприятий будет предусмотрено создание конкурентоспособных отечественных технологий молекулярной селекции в животноводстве и птицеводстве, направленных на повышение уровня хозяйственно полезных признаков, на улучшение качества животноводческой продукции и, как следствие, на повышение эффективности производства продукции животноводства.

4. Трансгенные и клонированные животные

Основным рыночным фактором роста данного сегмента является то, что трансгенные животные во много раз производительней существующих методов получения рекомбинантных белков и/или антител. Комплексом мероприятий будут созданы условия для вхождения российских производителей в сегменты рынка с высокой добавленной стоимостью и формирования научно-технического задела, способствующего долгосрочной конкурентоспособности сектора.

5. Биотехнология почв и биоудобрения

В рамках комплекса мероприятий будут созданы условия для развития биотехнологий улучшения почв и производства биоудобрений. Биотехнология почв за счет использования растений, содержащих необходимые бактерии, способна существенно повысить качество и производительность почв без использования химических удобрений или со значительным уменьшением объемов их применения. Использование бактерий при переработке органических отходов способно существенно ускорить и удешевить процессы создания органических удобрений, что будет способствовать расширению ор-ганического земледелия в России и положительно повлияет на снижение экологического ущерба от сельского хозяйства.

6. Биопрепараты для животноводства

Биологические препараты для лечения, профилактики и диагностики заболеваний животных представлены широким ассортиментов продуктов как импортных, так и российского производства. Как правило, зарубежные компании занимают сегменты дорогостоящих высокоэффективных препаратов, в том числе полученных с применением генно-инженерных методов. Наиболее важным конкурентным преимуществом отечественных иммунобиологических лекарственных средств для ветеринарного применения является использование для их изготовления местных, выделенных в России или ближайшем зарубежье, штаммов микроорганизмов. Это обеспечивает, как правило, наиболее высокую специфическую эффективность указанных средств при их применении на территории Российской Федерации и на Евразийском континенте. Реализация комплекса мероприятий приведет к вхождению отечественных производителей в сегменты с высокой добавленной стоимостью при сохранении существующих конкурентных преимуществ.

7. Кормовой белок

Кормовой микробиологический белок (кормовые дрожжи) - это сухая концентрированная биомасса дрожжевых клеток, специально выращиваемая на корм сельскохозяйственным животным, птице, пушным зверям, рыбе. Добавление кормового белка в корма резко улучшает их качество и способствует повышению производительности в животноводстве. Комплексом мероприятий будет предусмотрено развитие производства кормового белка в России и создание новых научно-технических заделов, совершенствующих технологии его производства и виды использования.

8. Переработка сельскохозяйственных отходов

9. Биологические компоненты кормов и премиксов

Современный уровень технологий кормления сельскохозяйственных животных опирается на широкое применение биологических компонентов (ферментов, аминокислот, БВК, пробиотиков и др.). В результате развития животноводства в России, которое в основном опирается на импорт технологий и поголовья, сформировался емкий рынок этих продуктов биотехнологии. Однако формирование рынка не привело пока к развитию производственной и технологической базы, появлению новых продуктов, созданных на основе научных достижений российских ученых. В 2010 г. в животноводстве в качестве кормов было использовано 45 млн т зерна, что говорит о крайне низкой эффективности кормопроизводства в стране. Доля зерна в комбикормах составляет 70 % (в странах Европейского союза - 40-45 %), кроме того, в непереработанном виде было использовано более половины от общего количества зерна, предназначенного для кормов. Важно отметить, что производство комбикормов и премиксов в значительной степени ведется без использования биопрепаратов (ферментов, ветеринарных и кормовых антибиотиков, пробиотиков и т. д.). При таком кормлении конверсия корма в животноводческую продукцию существенно отстает от мировых показателей, что снижает конкурентоспособность российского животноводства. Комплексом мероприятий будут созданы условия для развития производственной и технологической базы биотехнологических компонентов кормов и премиксов.

Реализация указанных комплексов мероприятий позволит решить вопросы создания высокоэффективного сельского хозяйства и обеспечения населения полноценным сбалансированным питанием.

Современная волна научно-технического прогресса в сельском хозяйстве основана на проникновении в отрасль новой продукции аграрных биотехнологий генных модификаций.

По прогнозам Международной службы по внедрению агробиотехнологий (75AAA), на период 20102015 гг. главным приоритетом в этой области должно стать наличие эффективной, ответственной, экономичной и уместной системы регулирования генно-инженерных биотехнологий в аграрном секторе. К 2015 г. ГМ-культуры будет применять 20 млн фермеров в 40 странах на 200 млн га, будут разработаны и внедрены новые эффективные биотехнологические культуры, отвечающие нуждам мирового общества, особенно в развивающихся странах Азии, Латинской Америки и Африки.

Генетически модифицированные организмы (ГМО) - это живые организмы, которым путем внедрения чужеродных генов были приданы новые свойства. В науке технологию, позволяющую создать ГМО, именуют генной инженерией.

В частности, под генной инженерией понимается управление генетической основой организмов посредством внедрения или удаления специфических генов с использованием техники современной молекулярной биологии.

Важно отметить, что отличительной особенностью генно-инженерных биотехнологий является возможность получения у растений новых признаков, достижение которых в рамках селекционной деятельности не представляется возможным.

С другой стороны, по мнению ряда исследователей, опыт использования ГМ-культур в разных странах позволяет говорить о том, что до сих пор отсутствуют объективные данные, подтверждающие их преимущества перед традиционными культурами. Кроме того, уже известны многочисленные факты негативного влияния ГМО на окружающую среду, здоровье человека и социально-экономическое развитие регионов. К числу наиболее часто встречающихся проблем в данной сфере относятся:

- генетическое загрязнение традиционных и органических культур;

- увеличение объемов использования химических средств защиты;

- аллергические реакции на ГМ-продукты, прежде всего у детей.

Очевидно, что проблемы широкого распространения ГМ-растений требуют теоретического осмысления, разработки объективных методов и критериев оценки риска, интеграции с другими областями знаний и, наконец, выбора оптимальных возможностей широкого распространения конечного продукта.

Поступательная интеграция России в международный рынок сельскохозяйственной продукции и вступление в ВТО ставят вопрос о неизбежной торговой экспансии на российский рынок семян генетически модифицированных сортов и гибридов зарубежных производителей. Не секрет, что в России состояние этой активно развивающейся отрасли хозяйства, требующей сочетания современных методов и подходов биотехнологии, нанотехнологии и традиционного сельского хозяйства, пока еще отстает от уровня сельского хозяйства и биотехнологии в развитых странах.

В данной ситуации обеспечение продовольственной безопасности России во многом зависит от создания условий наращивания объемов сельскохозяйственного производства при одновременном внедрении высокоэффективных агробиотехнологий, которые позволяют безболезненно ввести генетически модифицированные культуры (желательно отечественные) в широкую сельскохозяйственную практику. На первых порах из-за неоправданной боязни потенциальной опасности ГМ пищевых и кормовых культур речь может идти по крайней мере о технических культурах.

В связи с этим проблема разработки методов молекулярной селекции и создания трансгенных сортов основных сельскохозяйственных культур в России приобретает стратегическое значение с точки зрения продовольственной безопасности и независимости страны, а владение современными методами агробиотехнологии и генетической идентификации растений является основой для предотвращения превращения России в свалку отходов биотехнологической индустрии развитых стран.

Таким образом, следует считать, что проблема развития биотехнологий в российском сельском хозяйстве является более чем актуальной.

1. Воронин Б. А. Правовые проблемы развития биотехнологий и использование генно-инженерных методов в сельском хозяйстве // Биотехнологии и перспектива развития сельского хозяйства: сборник статей научно-практической конференции (22 ноября 2007 г.). Екатеринбург: УрГСХА, 2008. С. 13-19.

2. Комплексная программа развития биотехнологий в Российской Федерации на период 2020 года, утв. Постановлением Правительства РФ от 24.04.2012 г. № 1853п-П8.

3. Новиков Ю. В. Экология, окружающая среда и человек. М., 2012.

4. Овчинников Ю. Г. ГМ-культуры укрепляют позиции // Экономика сельского хозяйства России. 2007. № 7. 2007. С. 39-40.

5. Проблемы агробиотехнологии / под ред. П. Н. Харченко. М., 2012.

6. Сельскохозяйственная биотехнология: учебник / под ред В. С. Шевелухи. М.: Высшая школа, 1998.

Биотехнология — это наука о методах и технологиях производства различных ценных веществ и продуктов с использованием природных биологических объектов (микроорганизмов, растительных и животных клеток), частей клеток (клеточных мембран, рибосом, митохондрий, хлоропластов) и процессов(Биотехнология…, 2008).

Введение
1. Методы биотехнологии, и ее перспективы
2. Биотехнология сельскохозяйственных растений
3. Естественная защита растений
4. Устойчивость к гербицидам
5. Устойчивость к неблагоприятным факторам среды
Заключение
Список использованных источников

Введение

Корни биотехнологии уходят в далёкое прошлое и связаны с хлебопечением, виноделием и другими способами приготовления пищи, известными человеку еще в древности. Например, такой биотехнологический процесс, как брожение с участием микроорганизмов, был известен и широко применялся еще в древнем Вавилоне, о чем свидетельствует описание приготовления пива, дошедшее до нас виде записи на дощечке, обнаруженной в 1981 г. при раскопках Вавилона.

Наукой биотехнология стала благодаря исследованиям и работам французского ученого, основоположника современной микробиологии и иммунологии Луи Пастера (1822-1895).

В ХХ веке происходило бурное развитие молекулярной биологии и генетики с применением достижений химии и физики. Важнейшим направлением исследований явилась разработка методов культивирования клеток растений и животных. И если еще совсем недавно для промышленных целей выращивали только бактерии и грибы, то сейчас появилась возможность не только выращивать любые клетки для производства биомассы, но и управлять их развитием, особенно у растений. Таким образом, новые научно-технологические подходы воплотились в разработку биотехнологических методов, позволяющих манипулировать непосредственно генами, создавать новые продукты, организмы и изменять свойства уже существующих. Главная цель применения этих методов — более полное использование потенциала живых организмов в интересах хозяйственной деятельности человека (Биотехнология…, 2008).

1. Методы биотехнологии

Генная и клеточная инженерия — являются важнейшими методами (инструментами), лежащими в основе современной биотехнологии. Методы клеточной инженерии направлены на конструирование клеток нового типа.

Они могут быть использованы для воссоздания жизнеспособной клетки из отдельных фрагментов разных клеток, для объединения целых клеток, принадлежавших различным видам с образованием клетки, несущей генетический материал обеих исходных клеток, и других операций.

Генно-инженерные методы направлены на конструирование новых, не существующих в природе сочетаний генов.

Нужна помощь в написании реферата?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

Наибольшее применение генная инженерия нашла в сельском хозяйстве и в медицине.

Люди всегда задумывались над тем, как можно научиться управлять природой, и искали способы получения, например, растений с улучшенными качествами: с высокой урожайностью, более крупными и вкусными плодами или с повышенной холодостойкостью. С давних времен основным методом, который использовался в этих целях, была селекция. Она широко применяется до настоящего времени и направлена на создание новых и улучшение уже существующих сортов культурных растений, пород домашних животных и штаммов микроорганизмов с ценными для человека признаками и свойствами.

Селекция строится на отборе растений (животных) с выраженными благоприятными признаками и дальнейшем скрещивании таких организмов, в то время как генная инженерия позволяет непосредственно вмешиваться в генетический аппарат клетки. Важно отметить, что в ходе традиционной селекции получить гибриды с искомой комбинацией полезных признаков весьма сложно, поскольку к потомству передаются очень большие фрагменты геномов каждого из родителей, в то время как генно-инженерные методы позволяют работать чаще всего с одним или несколькими генами, причем их модификации не затрагивают работу других генов.

В результате, не теряя других полезных свойств растения, удается добавить еще один или несколько полезных признаков, что весьма ценно для создания новых сортов и новых форм растений. Стало возможным изменять у растений, например, устойчивость к климату и стрессам, или их чувствительность к насекомым или болезням, распространённым в определённых регионах, к засухе и т. д. Учёные надеются даже получить такие породы деревьев, которые были бы устойчивы к пожарам. Ведутся широкие исследования по улучшению пищевой ценности различных сельскохозяйственных культур, таких как кукуруза, соя, картофель, томаты, горох и др (Биотехнология в с/х…,2009).

Вторая волна — начало 2000-х годов — создание растений с новыми потребительскими свойствами: масличные культуры с повышенным содержанием и измененным составом масел, фрукты и овощи с большим содержанием витаминов, более питательные зерновые и т. д.

Генно-инженерные работы в животноводстве имеют другую задачу. Вполне достижимой целью при современном уровне технологии является создание трансгенных животных с определённым целевым геном. Например, ген какого-нибудь ценного гормона животного (например, гормона роста) искусственно внедряется в бактерию, которая начинает продуцировать его в больших количествах.

Еще один пример: трансгенные козы, в результате введения соответствующего гена, могут вырабатывать специфический белок, фактор VIII, который препятствует кровотечению у больных, страдающих гемофилией, или фермент, тромбокиназу, способствующий рассасыванию тромба в кровеносных сосудах, что актуально для профилактики и терапии тромбофлебита у людей. Трансгенные животные вырабатывают эти белки намного быстрее, а сам способ значительно дешевле традиционного (Биотехнология в с/х…,2009).

2. Биотехнология сельскохозяйственных растений

Начиная с каменного века люди отбирали растения с удовлетворяющими их характеристиками и сохраняли их семена на следующий год. Отбирая лучшие семена, первые агрономы осуществили первичное генетическое модифицирование растений и таким образом одомашнили их задолго до того, как были открыты основные генетические закономерности. Сотни лет фермеры и селекционеры растений пользовались перекрестным скрещиванием, гибридизацией и другими подходами к модификации генома, приводящими к увеличению урожайности, улучшению качества продукции и повышению устойчивости растений к насекомым-вредителям, болезнетворным микроорганизмам и неблагоприятным условиям среды.

По мере углубления знаний о генетике растений человек начал осуществлять целенаправленное перекрестное скрещивание (кроссбридинг) обладающих желаемыми характеристиками или не имеющих нежелательных признаков сортов растений и межвидовую гибридизацию с целью получения новых сортов, сохранивших лучшие качества обеих родительских линий. В настоящее время практически любая сельскохозяйственная культура является результатом кроссбридинга, гибридизации или применения обоих подходов. К сожалению, эти методы нередко дороги, требуют больших затрат времени, неэффективны и имеют существенные практические ограничения. Например, для создания с помощью традиционного кроссбридинга сорта кукурузы, устойчивого к определенным насекомым, потребовался бы не один десяток лет, причем без гарантированного результата (Биотехнологические проблемы…,1982).

Нужна помощь в написании реферата?

Биотехнологические подходы — позволяют современным селекционерам выделять отдельные гены, отвечающие за желаемые признаки, и перемещать их из генома одного растения в геном другого.

Этот процесс гораздо более точен и избирателен, чем традиционное скрещивание, в ходе которого тысячи генов, обладающих неизвестными функциями, перемещаются из одного сорта или вида растений в другой.

Биотехнология позволяет и то, что не под силу природе — перемещение генов между растениями, животными и микроорганизмами. Это открывает огромные возможности для улучшения качества урожая. Например, мы можем взять бактериальный ген, токсичный для болезнетворного грибка, и встроить его в геном растения. Растение при этом начинает синтезировать фунгицидный белок и в борьбе с грибком не нуждается в помощи извне.

Современные селекционеры-биотехнологи ставят перед собой те же задачи, что и при традиционном кроссбридинге и других методах модификации генома: повышение урожайности; устойчивость к болезнетворным бактериям, грибкам и вирусам; способность выживать в неблагоприятных условиях среды (при заморозках и засухах); устойчивость к вредителям, таким как насекомые, сорняки и круглые черви (нематоды) (С/х биотехнология…,2003).

3. Естественная защита растений

Растения, как и животные, обладают врожденными механизмами защиты от различных насекомых и заболеваний. В настоящее время ученые ведут активный поиск соединений, которые активизировали бы эти естественные механизмы, не нанося при этом вреда окружающей среде.

Биотехнология также открывает большие перспективы в работе над созданием новых биопестицидов, таких как белки микроорганизмов и жирные кислоты, токсичные для определенных сельскохозяйственных вредителей, но безвредные для человека, животных, рыб, птиц и полезных насекомых. Уникальность механизмов действия биопестицидов обеспечивает защиту от вредителей, устойчивых к традиционным средствам.

Уже в 30-х годах прошлого века фермеры начали использовать в качестве биопестицида микроорганизм Bacillusthuringiensis (Bt), естественной средой обитания которого является почва. Некоторые белки, синтезируемые B. thuringiensis, смертельны для определенных насекомых, в том числе для кукурузного мотылька (Ostrinianubilalis), ежегодно наносящего сельскому хозяйству США урон в 1,2 миллиарда долларов. Использование аэрозолей, содержащих бактерии Bt, позволяет уничтожить насекомых-вредителей, не прибегая к химическим средствам (С/х биотехнология…,2003).

Возможности биотехнологии позволяют нам переносить гены белков, ядовитых для определенных вредителей (но не для людей, животных и полезных насекомых), в геном растений, которыми эти вредители питаются. Растение, которое раньше было источником пищи, становится смертельным для вредителя, что отменяет необходимость опрыскивания плантаций химическими пестицидами.

4. Устойчивость к гербицидам

Продуктивность сельскохозяйственной культуры зависит от присутствия в среде обитания сорняков, вступающих с основной культурой в конкуренцию за питательные вещества и влагу. Для уничтожения нежелательных растений сельскохозяйственные плантации, как правило, опрыскиваются гербицидами, которые в большей или меньшей степени токсичны не только для сорняков.

С помощью биотехнологических приемов можно повысить устойчивость культурных растений к гербицидам и таким образом в несколько раз уменьшить поступление токсичных веществ в окружающую среду.

Нужна помощь в написании реферата?

5. Устойчивость к неблагоприятным факторам среды

Кроме описанных выше биологических факторов, препятствующих росту и развитию растений, существует еще целый ряд абиотических стрессорных воздействий, регулярно оказываемых природой на сельскохозяйственные культуры — это засухи, холод, жара, повышенная кислотность или засоленность почв. Селекционерам с помощью кроссбридинга удалось создать достаточное количество сортов растений, устойчивых к биологическим факторам окружающей среды, однако в отношении устойчивости к абиотическим стрессам все не так просто. Основным лимитирующим моментом в данном случае является отсутствие у многих видов культурных растений диких родственников, обладающих устойчивостью к тому или иному фактору среды.

Репродуктивная несовместимость, ограничивающая возможности традиционного кроссбридинга, совершенно не влияет на возможности биотехнологии растений, т. к. гены практически любого организма могут использоваться для улучшения существующих сортов сельскохозяйственных культур. В настоящее время ученые делают большие достижения в разработке сортов, способных расти и давать урожай в различных природных условиях. В качестве примера можно привести генетически модифицированные сорта помидоров и канолы (разновидность рапса), которые могут переносить в 100 раз более высокий уровень солености почвы, чем традиционные сорта.

Исследователи также идентифицировали большое количество генов, ответственных за естественную устойчивость некоторых растений и бактерий к холоду, жаре и засухе. Мексиканские ученые создали сорта кукурузы и папайи, устойчивые к повышенному содержанию в почве алюминия, оказывающему негативное влияние на продуктивность сельского хозяйства многих развивающихся стран.

Кроме увеличения продуктивности сортов за счет придания им устойчивости к заболеваниям, вредителям, сорнякам и воздействиям окружающей среды, сельскохозяйственные биотехнологи работают над непосредственным повышением урожайности культур. Японские ученые встроили гены, обеспечивающие фотосинтез растений кукурузы, в геном риса.

Это повысило эффективность усвоения энергии солнечного света и накопления в зерне крахмала, и урожайность нового сорта риса оказалась на 30 % выше по сравнению с исходным уровнем. Другим подходом, но с той же конечной целью, является блокирование определенных генов растения, что приводит к перераспределению питательных веществ между различными частями растения. Урожайность значительно возрастает при преимущественном накоплении крахмала или жирных кислот не в листьях растения, а, например, в клубнях картофеля или семенах рапса (Биотехнология в с/х…,2009).

Биотехнологические методы также позволяют повышать эффективность усвоения растениями необходимых им микроэлементов. Например, мексиканские ученые создали генетически модифицированные растения, корни которых секретируют в окружающую среду лимонную кислоту. В результате происходит небольшое подкисление почвы и переход содержащихся в ней минералов, в том числе кальция, фосфора и калия, в растворимую форму, что делает их доступными для растений.

Азот — является важнейшим элементом, лимитирующим рост растений.

Ученые, работающие в разных областях, шаг за шагом приближаются к разгадке секретов симбиотических отношений, позволяющих азотфиксирующим бактериям поглощать атмосферный азот и отдавать его растениям, предоставляющим им убежище в корневых клубеньках:

1. Генетики-ботаники из Венгрии и Англии идентифицировали растительный ген и соответствующий белок, позволяющий растениям вступать во взаимодействие с почвенными азотфиксирующими бактериями.

2. Генетики-микробиологи из университета Квинсленда (Австралия) идентифицировали бактериальный ген, стимулирующий формирование корневых клубеньков.

Нужна помощь в написании реферата?

3. В результате совместной работы молекулярных биологов Европейского Союза, США и Канады был полностью расшифрован геном одного из видов азотфиксирующих бактерий.

4. Ученые, занимающиеся химией белков, расшифровали точную структуру фермента, превращающего атмосферный азот в приемлемую для растений форму (Биотехнологические проблемы…,1982).

Заключение

Центральная проблема биотехнологии — интенсификация биопроцессов как за счет повышения потенциала биологических агентов и их систем, так и за счет усовершенствования оборудования, применения биокатализаторов (иммобилизованных ферментов и клеток) в промышленности, аналитической химии, медицине.

В основе промышленного использования достижений биологии лежит техника создания рекомбинантных молекул ДНК. Конструирование нужных генов позволяет управлять наследственностью и жизнедеятельностью животных, растений и микроорганизмов и создавать организмы с новыми свойствами.

В частности, возможно управление процессом фиксации атмосферного азота и перенос соответствующих генов из клеток микроорганизмов в геном растительной клетки.

Биотехнология открывает новые горизонты перед человеческим разумом. Проблемы биотехнологии чрезвычайно много образны, начиная от чисто технических (например, снижение каталитической активности ферментов при их иммобилизации) и кончая тонкими интеллектуальными проблемами, связанными с обеднением фундаментальной науки в связи с доминированием чисто проблемно-прикладных разработок (Биотехнологические проблемы…,1982).

Список использованных источников

Биотехнологии в сельском хозяйстве внесли большой вклад в развитие и становление отрасли. Несмотря на то, что биологическая сущность биотехнологических процессов была раскрыта совсем недавно, использование их продолжается на протяжении тысячелетий.
С точки зрения современной науки, биотехнология в сельском хозяйстве — это промышленное использование биологических процессов и агентов на основе получения высоко — эффективных форм микроорганизмов, культур клеток и тканей растений и животных с заданными свойствами.

Таким образом, биотехнология является междисциплинарной областью научно-технического прогресса, возникшая на стыке биологических, химических и технических наук.
Применение биотехнологических методов и приемов перспективная, но, к сожалению, не всегда реализуемая задача. Сложность использования биотехнологий обусловлена сложностью используемых процессов и объектов. Любой биологический объект — это самодостаточная система, в которой сложно изменить какой либо элемент, не меняя остальных, нельзя произвольно рекомбинировать их, придавая организму то или иное желаемое свойство.
Биотехнология и растениеводство
Возделываемые культуры растений подвержены негативному влиянию ряда факторов — сорняков, грызунов, насекомых-вредителей, нематод, фитопатогенных грибов, бактерий, вирусов, неблагоприятных погодных и климатических условий. Влияние перечисленных факторов способно значительно снизить урожайность возделываемых культур, а значить уменьшить потенциальную прибыль. Так, например, только один колорадский жук и Фитофтора(Phytophtora) – возбудитель фитофторозной гнили, способны на 40-50 % снизить урожайность картофеля. Отмечен рост количества заболеваемости растений вирусными инфекциями, которые не только губят урожай, но и способствуют вырождению генофонда.

Современная биотехнология предлагает ряд решений, способных значительно облегчить решение ряда проблем:

выведение сортов растений, устойчивых к вредителям и неблагоприятным факторам среды;
разработка биологических средств борьбы с вредителями , использование их естественных врагов и паразитов, а также токсических продуктов, образуемых живыми организмами;
повышение продуктивности сельскохозяйственных культур и их пищевой (кормовой) ценности.

Выведение новых сортов растений. Традиционные методы по выведению новых сортов — это селекция на основе гибридизации, спонтанных и индуцированных мутаций. Современная наука шагнула намного дальше и позволяет конструировать генетический код растения для получения необходимых свойств – урожайность, устойчивость к факторам среды и вредителям, накопление тех или иных компонентов. Уже сегодня выведены сорта, способные к фиксации атмосферного азота, устойчивые к действию гербицидов и ряда вредителей.
Разработанные технологии клонирования позволяют надеяться на получение здоровых (без вирусов) растений, тем самым способствуют поддержанию ценного генофонда.
При этом существует ряд спорных методов, связанных с вмешательством в генетический код – получение так называемых ГМО. До сегодняшнего дня нет достоверных данных о безопасности генетически модифицированных организмах. По мнению специалистов ЭкоВсё , использование ГМО в перспективе будет возможно, при этом процесс исследования вновь получаемых организмов должен быть сильно усложнен, мало того – исследовать необходимо каждую генетическую модификацию, даже в рамках одного сорта. Обязательным условием являются исследования о влиянии ГМО на организм в динамике (на протяжении ряда поколений). Еще одним условием получения ГМО является безопасность используемых методов для окружающей среды, т.к. используемые методики и сами ГМО, являясь чужеродным для природы материалом, могут спровоцировать непредсказуемые последствия. Проблема здесь заключается в том, что попадая в природные условия, ГМО сталкиваются с вирусами, которые в норме являются векторами переноса генетического материала, что может спровоцировать появление новых, непредсказуемых и чрезвычайно опасных генетических мутаций. Таким образом, использование ГМО – это дело далекого будущего.
Использование ГМО в России сегодня нецелесообразно ввиду больших резервов земельных ресурсов, возможности применения биологических методов и препаратов, способных значительно повысить урожайность и устранить ряд существующих проблем.

Биологические средства — важная составная часть комплексной программы защиты растений. Эта программа предусматривает проведение защитных мероприятий агротехнического, биологического и химического плана наряду с использованием устойчивых сортов растений. Задачей комплексной программы является поддержание численности вредителей растений на экологически сбалансированном уровне, не наносящем ощутимого вреда культурным растениям.
Биотехнология и животноводство
Биотехнологии широко используются в животноводстве.
Разработанные биопрепараты с успехом используются для лечения инфекционных заболеваний, в качестве кормовых добавок и заменителей цельного молока( ЗЦМ ), силосных заквасок и прочее. Так, 1 т кормовых дрожжей позволяет получить 0,4- 0,6 т свинины, до 1,5 т мяса птиц, 25—30 тыс. яиц и сэкономить 5—7 т зерна. Это имеет большое народнохозяйственное значение, поскольку 80% площадей сельскохозяйственных угодий в мире отводятся для производства корма скоту и птице.

Микроорганизмы способны накапливать высокий процент легкоусваиваемого белка (до 90%), витамины, ферменты , микроэлементы и пр. Выращивание микроорганизмов – автоматизированный процесс, не требующий наличия больших площадей под выращивание технических культур. Особую роль в кормопроизводстве выполняют витамины и ферменты, которые способны значительно повысить биодоступность используемых кормов.
Используемые силосные закваски способствуют качественному процессу консервации заготавливаемых кормов, препятствуют развитии гнилостной микрофлоры и порче корма.

Читайте также: