полный текст - Белорусская государственная

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА
И ПРОДОВОЛЬСТВИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
ГЛАВНОЕ УПРАВЛЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ, НАУКИ И КАДРОВ
Учреждение образования
БЕЛОРУССКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ
Кафедра сельскохозяйственной биотехнологии и экологии
БИОТЕХНОЛОГИЯ
В РАСТЕНИЕВОДСТВЕ
Методические указания для выполнения контрольной работы
для студентов агробиологического факультета специальности
1- 33 01 06 Экология сельского хозяйства
Горки
БГСХА
2014
3
МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА
И ПРОДОВОЛЬСТВИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
ГЛАВНОЕ УПРАВЛЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ, НАУКИ И КАДРОВ
Учреждение образования
БЕЛОРУССКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ
Кафедра сельскохозяйственной биотехнологии и экологии
БИОТЕХНОЛОГИЯ
В РАСТЕНИЕВОДСТВЕ
Методические указания для выполнения контрольной работы
для студентов агробиологического факультета специальности
1 - 33 01 06 Экология сельского хозяйства
Горки
БГСХА
2014
4
УДК 581.08:573.6 (075.8)
Рекомендовано методической комиссией
агробиологического факультета.
Протокол № 4 от 6 мая 2013 г.
Авторы:
кандидат биологических наук, доцент Т. В. Никонович;
кандидат сельскохозяйственных наук, доцент В. В. Французёнок;
кандидат сельскохозяйственных наук, доцент А. Н. Иванистов;
ассистент М. О. Моисеева
Рецензенты:
кандидаты сельскохозяйственных наук, доценты М. М. Добродькин,
А. Г. Чернуха
Биотехнология в растениеводстве : методические указания для
выполнения контрольной работы / Т. В. Никонович [и др.]. – Горки :
БГСХА, 2014. – 16 с.
Приведены указания по самостоятельному изучению дисциплины, рекомендуемая
литература , вопросы для выполнения контрольной работы.
Для студентов агробиологического факультета специальности 1-33 01 06 Экология
сельского хозяйства.
© УО «Белорусская государственная
сельскохозяйственная академия», 2014
5
ВВЕДЕНИЕ
Программой предмета «Биотехнология в растениеводстве» для
специальности 1-33 01 06
Экология сельского хозяйства
предусмотрено изучение основных вопросов клеточной и
генетической инженерии, клонального микроразмножения растений,
фитогормональной регуляции роста и развития растений, а также
возможностей использования биотехнологических методик в
различных отраслях: сельском хозяйстве, промышленности, медицине,
энергетике, охране окружающей среды. В перечне вопросов
контрольной работы значительное место уделено практическому
использованию
методов
биотехнологии
в
растениеводстве.
Раскрываются широкие возможности и перспективы использования
биотехнологических методов в селекции и семеноводстве.
Дисциплина тесно связана с такими науками, как физиология и
биохимия растений, генетика, микробиология, ботаника, экология и
другими.
В результате изучения предмета учащиеся должны знать:
- содержание и структуру предмета;
- возможные направления использования биотехнологии в
сельском
хозяйстве
(растениеводстве
и
животноводстве),
промышленности, медицине и охране окружающей среды;
- классификацию фитогормонов, механизмы регуляции роста и
развития растений, возможности использования регуляторов роста в
культуре in vitro и сельскохозяйственной практике;
- основные вопросы клеточной инженерии и использование ее
методов
в
селекции,
семеноводстве
и
при клональном
микроразмножении растений;
- методы оздоровления растений от вирусной инфекции;
- методы тестирования растений на наличие вирусной инфекции;
- основные положения генетической инженерии и ее практическое
значение для современного сельского хозяйства.
Учащиеся должны уметь:
- использовать в практической деятельности приобретенные
навыки и знания;
- правильно
организовывать
семеноводство
безвирусного
посадочного материала картофеля и других культур;
6
- использовать в производственных процессах регуляторы роста и
развития растений.
1. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО САМОСТОЯТЕЛЬНОМУ
ИЗУЧЕНИЮ ДИСЦИПЛИНЫ
Данную дисциплину следует изучать в последовательности,
указанной в методических указания. Не рекомендуется переходить к
следующей теме, если предыдущая усвоена недостаточно.
Контроль знаний по каждой теме осуществляется путем ответов на
вопросы для самопроверки. Во время самостоятельного изучения
дисциплины могут возникнуть вопросы, вызванные отсутствием
литературы или сложностью изложения материала в рекомендованной
литературе. В этом случае необходимо обращаться за консультацией
непосредственно на кафедру сельскохозяйственной биотехнологии и
экологии.
Материалами, необходимыми для изучения дисциплины, являются
настоящие методические указания и рекомендуемая учебная
литература.
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
Основная
1. Биотехнология – сельскому хозяйству / А. Г. Лобанок [и др.]. – Минск: Ураджай,
1988.
2. Биотехнология. Кн. 3 : Клеточная инженерия / Р. Г. Бутенко [и др.]. – М.: Высш.
шк., 1987.
3. К а р т е л ь, Н. А. Генетика: энциклопедический словарь / Н. А. Картель, Е. Н.
Макеева, А. М. Мезенко. – Минск: Тэхналогiя, 1999.
4. К а р т е л ь, Н. А. Биоинженерия: методы и возможности / Н. А. Картель. –
Минск: Ураджай, 1989.
5. К а р т е л ь, Н. А. Биотехнология в растениеводстве / Н. А. Картель, А. В.
Кильчевский. – Минск: Тэхналогія, 2005.
6. Основы сельскохозяйственной биотехнологии / Г. С. Муромцев [и др.]. – М.:
Агропромиздат, 1990.
7. Основы химической регуляции роста и продуктивности растений / Г. С.
Муромцев [и др.]. – М.: Агропромиздат, 1987.
8. П и р у з я н, Э. С. Основы генетической инженерии растений / Э. С. Пирузян. –
М.: Наука,1988.
9. Сельскохозяйственная биотехнология / В. С. Шевелуха [и др.]. – М.: Высш. шк.,
1998. – Режим доступа: http://download.nehudlit.ru/nehudlit/self0006/shevelukha.rar.
10. Сельскохозяйственная биотехнология / В. С. Шевелуха [и др.]. – М.: Высш. шк.,
2003. – 467 с.
7
Дополнительная
1. А р т а м о н о в, В. И. Биотехнология – агропромышленному комплексу / В. И.
Артамонов. – М.: Наука, 1989.
2. Б е к е р, М. Е. Биотехнология / М. Е. Бекер, Г. К. Лиепиньш, Е. П. Райпулис. –
М.: Агропромиздат,1990.
3. Биотехнология растений: культура клеток / Г. П. Болвелл [и др.]. – М.:
Агропромиздат, 1989.
4. Биотехнология. Принципы и применение / под ред. И. Хиггинса, Д. Беста и
Дж. Джонса. – М.: Мир,1988.
5. В о л о в а, Т. Г. Биотехнология / Т. Г. Волова. – Новосибирск: Изд-во Сибирского
отделения РАН, 1999. – Режим доступа: http:// window.edu.ru/window-catalog / files /
r26462 / krasu 009.pdf.
6. Генная инженерия растений. Лабораторное руководство / под ред. Дж. Дрейпера,
Р. Скотта, Ф. Армитиджа, Р. Уолдена. – М.: Мир,1991.
7. Г л и к, Б. Молекулярная биотехнология. Принципы и применение / Б. Глик,
Дж. Пастернак; пер. с англ. – М.: Мир, 2002. – Режим доступа: http:// bookmed.com /
microbiologiya / 898-moleculyarnaya-biotexnologiya-glik-pasternak.html.
8. Г р о м о в а, Н. Ю. Технология синтеза и биосинтеза биологически активных
веществ : учеб. пособие / Н. Ю. Громова, Ю. Ю. Косивцов, Э. М. Сульман. – Тверь:
ТГТУ, 2006. – Режим доступа: http: // window. edu.ru / window-catalog / files / r58627/tstutver33.pdf.
9. Методы культуры тканей в физиологии и биохимии растений / Ф. Л. Калинин
[и др.]. – Киев: Наук. думка, 1980.
10. К а т а е в а, Н. В. Клональное микроразмножение растений / Н. В. Катаева, Р. Г.
Бутенко – М.: Наука, 1983.
11. К у з ь м и н а, Н. Биотехнология: учебник / Н. Кузьмина. – Режим доступа:
http:// biotechnolog.ru.
12. П о л е в о й, В. В. Физиология растений / В. В. Полевой. – М.: Высш. шк., 1989.
13. Р ы б ч и н, В. Н. Основы генетической инженерии / В. Н. Рыбчин. – Минск:
Вышэйш. шк.,1986.
14. С и д о р о в, В. А. Биотехнология растений. Клеточная селекция / В. А.
Сидоров. – Киев: Наук. думка, 1990.
2. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Биотехнология как наука возникла в начале 40-х годов прошлого
века и получила ускоренное развитие с 1953 года, после открытия
Дж. Уотсоном и Ф. Криком химической структуры и
пространственной организации двойной спирали молекулы ДНК. В 50е годы в биотехнологии возникает еще одно важное направление –
клеточная инженерия. Основателями его являются П. Ф. Уайт (США)
и Р. Готре (Франция). Новое биотехнологическое направление –
генетическая инженерия – появилось в 1972 году, когда в лаборатории
П. Бэрга впервые была синтезирована рекомбинантная молекула ДНК.
Генетическая и клеточная инженерия определила главные направления
8
современной биотехнологии, методы которой широко используются во
многих областях науки и производства в нашей стране и за рубежом.
В традиционном, классическом понимании биотехнология – это
наука о методах и технологиях производства различных веществ и
продуктов с использованием природных биологических объектов и
процессов (хлебопечение, квашение, виноделие и др.).
Новейшая биотехнология – это наука о генно-инженерных и
клеточных методах и технологиях создания и использования
генетически трансформированных (модифицированных) растений,
животных и микроорганизмов в целях интенсификации производства и
получения новых видов продуктов различного назначения.
Т е м а 1. Биотехнология как наука,
связь биотехнологии с производством.
Регуляторы роста и развития растений в биотехнологии
Биотехнологические и биоинженерные методы применяются во
многих отраслях науки и экономики. Их использование может оказать
существенное влияние на развитие агропромышленного комплекса. С
учетом реальных достижений и значимости приоритетных научных
направлений ведущие биотехнологи мира прогнозируют увеличение
масштабов реализации биотехнологической продукции на мировом
рынке в ближайшие годы на 20 – 25 % от общего объема товарооборота.
Одним из важных направлений биотехнологии является
использование регуляторов роста и развития растений, которые
широко применяются как для воздействия на процессы морфогенеза
растений в культуре in vitro, так и для регуляции формирования
урожая растений в полевых условиях. Регуляторы роста и развития
растений – обширная группа природных и синтетических
органических соединений, которые в малых дозах активно влияют на
обмен веществ высших растений, что приводит к значительным
изменениям в их росте и развитии. К природным регуляторам
относятся фитогормоны – соединения, образующиеся в малых
количествах в одной части растения, транспортирующиеся в другую
его часть и вызывающие специфический ростовой или
формообразовательный
эффект.
С
помощью
фитогормонов
осуществляется взаимосвязь организма с окружающей средой,
взаимодействие клеток, тканей и органов, запуск физиологических
программ на отдельных этапах онтогенеза.
9
Вопросы для выполнения контрольной работы
1. Основные направления и задачи биотехнологии.
2. Биотехнология в промышленности.
3. Биотехнология в сельском хозяйстве.
4. Экологическая биотехнология.
5. Фитогормоны как основная регуляторная система растений.
Классификация фитогормонов.
6. Особенности метаболизма, транспорта и физиологическое
действие ауксинов.
7. Особенности метаболизма, транспорта и физиологическое
действие цитокининов.
8. Особенности метаболизма, транспорта и физиологическое
действие гиббереллинов.
9. Особенности метаболизма, транспорта и физиологическое
действие брассиностероидов.
10. Особенности метаболизма, транспорта и физиологическое
действие ингибиторов роста.
11. Молекулярный механизм действия фитогормонов.
12. Взаимодействие фитогормонов. Фитогормоны в онтогенезе
растений.
13. Применение фитогормонов в сельскохозяйственной практике.
Т е м а 2. Клеточная инженерия
Клеточная биотехнология базируется на способности клеток к
существованию и размножению in vitro, их тотипотентности и
регенерации. Метод культивирования изолированных тканей на
искусственных питательных средах в стерильных условиях (in vitro)
используют в биотехнологии для сохранения и размножения ценных
генотипов, эмбриогенеза, оздоровления посадочного материала и т. д.
Роль культуры изолированных клеток и тканей в биотехнологии
следует рассматривать в трех направлениях. Первое связано со
способностью изолированных растительных клеток продуцировать
ценные для медицины, парфюмерии, косметики и других отраслей
вещества вторичного синтеза: алкалоиды, стероиды, гликозиды,
гормоны, эфирные масла и др.
10
Второе направление – это использование культуры изолированных
тканей для размножения и оздоровления посадочного материала.
Третье направление – использование изолированных клеток в
селекции растений, дающее возможность получать быстрорастущие
растения, устойчивые к различным неблагоприятным факторам среды:
засуха, засоление, низкие и высокие температуры, фитопатогены,
тяжелые металлы и др. Это направление предусматривает создание
новых растений путем слияния изолированных протопластов и
получения неполовых (соматических) гибридов. Культивирование
изолированных пыльников и семяпочек на искусственных
питательных средах дает возможность получать гаплоиды,
культивирование зародышей позволяет получать растения из
невсхожих (с плохо развитым эндоспермом) гибридных семян.
Оплодотворение в пробирке позволяет преодолеть нескрещиваемость
некоторых видов растений.
Успех в применении культуры клеток и тканей в первую очередь
зависит от оптимизации физиологических процессов, обеспечивающих
нормальное деление клеток, их дифференцировку и регенерацию
растений из отдельных клеток.
Вопросы для выполнения контрольной работы
14. Условия культивирования клеток и тканей на искусственных
питательных средах.
15. Методы стерилизации при работе с культурой in vitro.
16. Основные принципы составления искусственных питательных
сред для тканевых и клеточных культур.
17. Культура каллусных тканей, получение, культивирование и
использование.
18. Регенерация растений в культуре in vitro.
19. Суспензионные культуры, их получение, культивирование и
использование.
20. Культура изолированных клеток и протопластов.
21. Соматическая гибридизация.
22. Культура изолированных зародышей (эмбриокультура).
23. Гаплоидия в селекции растений.
24. Клеточная селекция.
25. Криосохранение и создание банков клеток и тканей.
11
Т е м а 3. Клональное микроразмножение растений
Достижения в области культуры клеток и тканей привели к
созданию принципиально нового метода вегетативного размножения –
клонального микроразмножения. В основе метода лежит уникальная
способность растительной клетки реализовывать присущую ей
тотипотентность, т. е. под влиянием экзогенных воздействий давать
начало целому растительному организму. Область применения
микроразмножения разнообразна и имеет тенденцию постоянно
расширяться. Это в первую очередь относится к размножению in vitro
картофеля, плодовых, ягодных, декоративных, лесных растений.
Вопросы для выполнения контрольной работы
26. Клональное микроразмножение растений методом in vitro и его
основные цели.
27. Классификация методов клонального микроразмножения.
28. Этапы клонального микроразмножения.
29. Методы оздоровления посадочного материала от вирусной,
бактериальной и грибной инфекции.
30. Технология производства оздоровленного посадочного
материала картофеля.
31. Технология производства оздоровленного посадочного
материала плодовых, ягодных и декоративных культур.
32. Преимущества и недостатки клонального микроразмножения
растений.
33. Масштабы и перспективы использования клонального
микроразмножения в сельском хозяйстве.
Т е м а 4. Основы генетической инженерии
Генетическая инженерия изучает проблемы направленного
конструирования живых существ с заданными наследственными
признаками и свойствами. Основными составляющими методологии
генетической инженерии являются: конструирование и клонирование
рекомбинантных ДНК, создание трансгенных организмов и их
молекулярно-генетический анализ. Главной задачей генетической
12
инженерии растений является создание генетически измененных
растений, представляющих ценность для селекционной работы,
растений – источников биомассы и источников важнейших
фармацевтических веществ и ферментов, растений, способных
очищать почву от техногенных загрязнений.
Вопросы для выполнения контрольной работы
34. Сущность и задачи генетической инженерии.
35. Ферменты генетической инженерии.
36. Методы выделения и клонирования генов.
37. Векторы для генетической инженерии.
38. Методы прямого переноса генов.
39. Роль генетической инженерии в селекции растений.
3. ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЕ ВОПРОСЫ
1. Основные направления и задачи биотехнологии.
2. Использование достижений биотехнологии в промышленности.
3. Использование достижений биотехнологии в сельском хозяйстве.
4. Использование достижений биотехнологии в защите
окружающей среды.
5. Фитогормоны как основная регуляторная система растений.
Классификация фитогормонов.
6. Функция ауксинов. Применение в культуре in vitro.
7. Функция цитокининов. Применение в культуре in vitro.
8. Функция гиббереллинов. Применение в культуре in vitro.
9. Функции брассиностероидов. Применение в культуре in vitro.
10. Функция ингибиторов роста. Применение в культуре in vitro.
11.Условия культивирования клеток и тканей на искусственных
питательных средах.
12. Методы стерилизации.
13. Основные принципы составления искусственных питательных
сред.
14. Культура каллусных тканей.
15. Регенерация растений в культуре in vitro.
16.Суспензионные культуры, их получение, культивирование и
использование.
13
17. Культура протопластов, их получение, культивирование и
использование.
18. Соматическая гибридизация.
19. Культура изолированных зародышей (эмбриокультура).
20. Гаплоидия в селекции растений.
21. Клеточная селекция.
22. Криосохранение и банк клеток и тканей.
23. Клональное микроразмножение растений в культуре in vitro.
24. Методы оздоровления посадочного материала (термотерапия,
метод апикальных меристем, химиотерапия).
25. Технология выращивания безвирусного посадочного материала
картофеля.
26. Методы контроля вирусной инфекции в процессе оздоровления
и
размножения
семенного
материала
картофеля
(метод
иммуноферментного анализа, метод электронной микроскопии).
27. Получение микроклубней картофеля in vitro и использование в
элитном семеноводстве.
28. Получение миниклубней картофеля и их использование.
29. Технология выращивания безвирусного посадочного материала
плодовых, ягодных и декоративных культур.
30. Сущность и задачи генетической инженерии.
31. Ферменты генетической инженерии.
32. Методы выделения и клонирования генов.
33. Векторы для генетической инженерии.
34. Методы прямого переноса генов.
35. Роль генетической инженерии в селекции растений.
4. ВЫПОЛНЕНИЕ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ
Вариант контрольных
вопросов
определяется по таблице
самостоятельно в соответствии с шрифтом: по горизонтали берется
последняя, а по вертикали – предпоследняя цифры шифра.
Защита контрольной работы осуществляется во время сессии (в
течение первой недели) в устной форме.
14
15
Варианты контрольных вопросов
Предпоследняя
цифра
шифра
Последняя цифра шифра
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0
6, 20,
26, 34
1, 13,
33, 39
11, 25,
31, 35
2, 21,
30, 38
10, 17,
33, 36
12, 19,
27, 37
3, 14,
29, 34
2, 13,
26, 34
7, 14,
33, 39
11, 24,
27, 35
1
4, 18,
29, 37
8, 15,
27, 36
5, 18,
32, 34
7, 16,
26, 37
9, 23,
28, 38
2, 24,
26, 35
10, 21,
31, 39
3, 17,
32, 36
12, 20,
28, 38
1, 22,
31, 37
2
3, 17,
31, 35
11, 19,
26, 34
6, 20,
28, 36
3, 13,
29, 39
1, 19,
27, 34
5, 14,
30, 37
9, 15,
29, 38
8, 16,
29, 35
10, 21,
26, 37
6, 15,
30, 39
3
4, 25,
28, 39
8, 17,
32, 37
2, 15,
30, 38
4, 21,
33, 36
12, 16,
30, 35
11, 23,
28, 34
6, 17,
26, 36
7, 18,
33, 39
5, 23,
31, 38
9, 13,
27, 37
4
11, 13,
27, 38
12, 21,
31, 35
3, 22,
28, 34
1, 14,
29, 39
8, 18,
27, 37
7, 20,
31, 38
2, 21,
27, 39
10, 16,
30, 36
8, 19,
32, 39
4, 17,
26, 38
5
10, 16,
32, 36
9, 25,
29, 39
4, 24,
32, 38
5, 17,
30, 35
6, 19,
29, 36
1, 22,
26, 34
8, 16,
32, 37
3, 20,
27, 36
6, 23,
29, 35
11, 21,
31, 34
6
5, 15,
33, 34
9, 22,
26, 36
11, 24,
28, 37
7, 16,
32, 39
3, 18,
27, 37
6, 20,
29, 35
12, 23,
26, 36
4, 14,
30, 38
2, 18,
31, 39
1, 17,
27, 35
7
8, 13,
28, 35
10, 23,
30, 39
6, 14,
32, 36
5, 20,
33, 37
1, 22,
27, 38
2, 15,
29, 39
3, 21,
32,38
5, 16,
26, 36
8, 18,
28, 35
10, 24,
30, 34
8
12, 18,
30, 38
1, 21,
26, 37
9, 20,
31, 39
7, 14,
28, 36
8, 17,
32, 34
10, 15,
27, 35
2, 19,
33, 37
9, 23,
26, 38
4, 14,
30, 39
3, 13,
29, 38
9
2, 17,
29, 36
8, 18,
27, 34
6, 15,
30, 38
5, 22,
3, 36
12, 24,
26, 29
3, 14,
31, 37
11, 19,
28, 35
7, 17,
32, 36
1, 21,
29, 34
5, 13,
30, 37
3
СОДЕРЖАНИЕ
Введение…………...………………………………………………………………….... 3
1. Рекомендации по самостоятельному изучению дисциплины ………...................
4
2. Содержание дисциплины……………………………………................................
5
3. Экзаменационные вопросы……………..…………………………………………. 10
4. Выполнение контрольной работы………………………………………………….. 11
3
Учебное издание
Никонович Тамара Владимировна
Французёнок Василий Владимирович
Иванистов Александр Николаевич
Моисеева Мария Олеговна
БИОТЕХНОЛОГИЯ В РАСТЕНИЕВОДСТВЕ
Методические указания для выполнения контрольной работы
Редактор О. Г. Толмачёва
Технический редактор Н. Л. Якубовская
Подписано в печать 13.01.2014. Формат 60×84 1/16. Бумага офсетная.
Ризография. Гарнитура «Таймс». Усл. печ. л. . Уч.-изд. л. .
Тираж 50 экз. Заказ
.
УО «Белорусская государственная сельскохозяйственная академия».
Свидетельство о ГРИИРПИ № 1/52 от 09.10.2013.
Ул. Мичурина, 13, 213407, г. Горки.
Отпечатано в УО «Белорусская государственная сельскохозяйственная академия».
Ул. Мичурина, 5, 213407, г. Горки.
4