Полиплоидия – изменение хромосом в кариотипе, кратное гаплоидному набору.
Характеристика полиплоидов: увеличение количества хромосом – увеличение объема ядра – увеличение объема цитоплазмы – увеличение клетки – увеличение органа и больший запас питательных веществ. Более устойчивы к неблагоприятным условиям, болезням.
Автополиплоидия – умножение геномов (гаплоидного набора хромосом) одного и того же вида.
Растения, имеющие нечетный набор геномов – триплоиды, пентаплоиды, характеризуются резким снижением плодовитости. Причина этого – нарушение мейоза.
Созданы полиплоидные сорта пшеницы, ржи, гречихи, сахарной свеклы, картофеля, овса.
Аллоплоидия – умножение геномов разных видов.
Первый аллоплоид – капустно-редечный гибрид (рафанобрассика) получен Карпеченко в 20–е годы
Полиплоидия в селекции животных встречается крайне редко. Однако у некоторых видов она возможна. Известный советский ученый Б.Л. Астауров впервые создал полиплоидные формы тутового шелкопряда. Он использовал отдаленную гибридизацию и полиплоидию и создал форму тутового шелкопряда, объединившего в своем геноме хромосомы двух разных видов. У большинства раздельнополых животных полиплоидия практически не встречается. Это обусловлено тем, что полиплоидия, вызывая изменения соотношения половых хромосом и аутосом, приводит к нарушению коньюгации гомологичных хромосом и тем самым затрудняет определение пола. В результате такие формы оказываются бесплодными и маложизнеспособными. Это подтверждается тем, что у гермафродитных животных и животных, размножающихся партеногенетически, полиплоидия может осуществляться так же, как у растений. Например, у дождевых червей встречаются полиплоидные ряды. Однако у раздельнополых животных встречаются случаи полиплоидии. Известны полиплоиды у аскариды, тутового шелкопряда, бабочек, рыб, амфибий. У млекопитающих полиплоиды не выживают.
Искусственный мутагенез – созданный человеком процесс возникновения мутаций. Наиболее широко метод используется в селекции микроорганизмов (бактерии, одноклеточные водоросли, дрожжи). Например, получены плесневые грибы, продуцирующие антибиотики в тысячи раз эффективнее, чем исходные формы. На основе мутантных растений выводят высокоэффективные сорта. Например, сорт пшеницы Новосибирская-67 характеризуется укороченной и утолщенной соломиной, вследствие этого повысилась устойчивость к полеганию. Сорт был получен на основе мутантной формы, возникшей под влиянием обработки рентгеновыми лучами семян сорта пшеницы Новосибирская-7.
Успехи селекционеров
И.В. Мичурин – селекция плодовых деревьев и кустарников (сорта яблони, груши, малины, вишни…). В основном при своей работе использовал методы гибридизации и отбора. Мичурин установил зависимость развития признаков у гибридов от условий внешней среды. Он показал возможность управления доминированием. Выращивание гибридов на хорошо удобренных почвах способствует формированию у них свойств более культурного высокопродуктивного сорта, но приводит к снижению выносливости к неблагоприятным климатическим условиям.
П.П. Лукьяненко создал ряд сортов озимой пшеницы (Безостая-1, Краснодарская-57).
В.Н. Ремесло создал ряд сортов озимой пшеницы, приспособленных к разнообразным условиям (Мироновская-808).
В.С. Пустовойт создал сорта подсолнечника, отличающиеся повышенным содержанием масла.
М.Ф. Иванов создал породы всех видов домашних животных.
Биотехнология
Биотехнология – это использование организмов, биологических систем или биологических процессов в промышленном производстве.
Основными объектами биотехнологии являются микроорганизмы. Микроорганизмы быстро растут и размножаются, потребляют и производят широкий спектр химических соединений. С помощью генной инженерии можно заставить их производить полезные для человека продукты. К биотехнологии также можно отнести разведение и усовершенствование сельскохозяйственных животных и растений. Методы генной инженерии позволяют наделять живые организмы новыми желаемыми признаками.
Биотехнология имеет широкий спектр применения. Биотехнология, особенно с применением методов генной инженерии, позволяет получать разнообразные продукты, необходимые человеку:
· продукты питания (молочные продукты, хлебопечение, пивоварение);
С изготовлением пищевых продуктов и напитков связаны самые старейшие биотехнологии. Производство хлеба, сыра, йогурта, уксуса, пива и вина существует уже тысячи лет. В настоящее время производство этих продуктов осуществляется в условиях крупных производств, с использованием современных методов селекции микроорганизмов.
· медикаменты (гормоны, лекарства, антибиотики, вакцины);
Производство антибиотика пенициллина с момента открытия в 1928 году спасло, возможно, миллионы жизней. С тех пор благодаря селекции высокопродуктивных мутантных штаммов, а также разработке методов культивирования, выделения и очистки, производство пенициллина возросло примерно в 2000 раз.
Моноклональные антитела
Инсулин, соматотропин
· химические вещества (спирты, ацетон, полимеры);
· топливо (биогаз);
Запасы традиционных видов топлива (таких как нефть, древесина, уголь, торф) постепенно истощаются, поэтому разрабатываются новые методы использования живых организмов и биологических процессов в качестве источников топлива. Примером тому служит образование биогаза (метана) метаногенными бактериями, образующими метан из углекислого газа в анаэробных условиях. В качестве субстрата чаще всего используются отходы (из навоза, полученного от одной коровы за год, можно получить количество метана, эквивалентное приблизительно 227 л бензина). Например, в Китае такой газ используется для приготовления пищи, освещения, заправки тракторов и автомобилей, запуска электрических генераторов.
Достижения биотехнологии используются в сельском хозяйстве:
· получение кормового белка
Белок получают при крупномасштабном выращивании микроорганизмов, таких как бактерии, водоросли, а также дрожжи и другие грибы. Белок используется в качестве корма для животных и пригоден для употребления людьми. Он служит полезным источником минеральных веществ, витаминов, жиров и углеводов.
· силосование кормов;
Изготовление силоса это традиционных процесс, в основе которого лежит сбраживание клетчатки молочнокислыми бактериями, позволяющий сохранить питательную ценность травы для кормления сельскохозяйственных животных в зимнее время. В настоящее время для изготовления силоса используются культуры быстрорастущих молочнокислых бактерий, что повышает качество и время изготовления силоса
· азотфиксация.;
Культуры семейства бобовых (горох, бобы, клевер, люцерна), на протяжении многих веков использовались в системах севооборота, потому, что их корни обогащают почву азотом. В 19 веке было установлено, что наросты на корнях этих растений содержат симбиотические бактерии рода Rhizobium, которые могут усваивать азот из воздуха и превращать его в нитрат. В настоящее время штаммы этого микроорганизма выращивают промышленным способом, а затем добавляют в почву при посеве семян. Благодаря этому можно выращивать бобовые культуры в различных почвах, в том числе не содержащих симбиотических азотфиксаторов.
Для решения проблем окружающей среды:
· переработка отходов (бумажных, нефтяных, сельскохозяйственных, бытовых);
· нефтяные разливы;
· добыча металлов;
Необходимые человеку металлы (медь, железо, золото, свинец и др.) а природе встречаются в виде минералов, которые называются также рудами. Добывать металлы из руды – очень трудоемкий процесс. Сейчас стало известно, что процесс высвобождения металлов из руд (выщелачивания) происходит под действием бактерий, которые превращают нерастворимые металлические соединения в растворимые. Бактериальное выщелачивание сейчас используют во всем мире как дополнительный метод выделения металлов из руд, главным образом медных и урановых.
· очистка сточных вод.
Генетическая инженерия исследует возможность создания в лаборатории наследственно измененных организмов. Благодаря генетической инженерии стало возможным соединить в лабораторных условиях фрагменты ДНК разных организмов и получить совершенно новую (рекомбинантную) ДНК, не существующую в природе. Организм, получивший такую ДНК, может сочетать в себе желаемые признаки растений и животных, бактерий и человека, которые в естественных условиях не могли бы сочетаться благодаря межвидовым барьерам.
Сущность генетической инженерии сводится к конструированию генетических систем вне организма и последующему введению их в живой организм. При этом рекомбинантные ДНК становятся составной частью генетического аппарата организма и привносят в него новые генетические и физиолго-биохимические свойства, полезные для человека. К числу таких свойств можно отнести синтез аминокислот, белков, гормонов, ферментов, витаминов и др.