Селекция микроорганизмов

Селекция микроорганизмов
Работу выполнила
Ученица 9 «а» класса
Терентьева Анастасия
Содержание
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
1. Определение селекции и основные ее направления
2. Условия успешной селекционной работы
3. История селекции в России
4. Микроорганизмы
5. Характерные особенности микроорганизмов
6. Основные методы селекции микроорганизмов
7. Описание основных методов селекции
8. Основные проблемы селекции микроорганизмов
9. Биотехнология
10. Генная инженерия
11. Список литературы
Селекция
Селекция – это наука о выведении новых и совершенствовании
существующих пород домашних животных, сортов культурных растений и
штаммов микроорганизмов, отвечающих потребностям человека и общества.
•
•
•
•
Задачи современной селекции
Повышение урожайности сортов культурных растений,
увеличение продуктивности пород домашних животных и
штаммов микроорганизмов
Улучшение качества продукции
Улучшение физиологических свойств
Повышение интенсивности развития
Условия успешной селекционной
работы
• Исходное сортовое и видовое разнообразие
растений и животных
• Изучение роли мутаций в проявлении и развитии
исследуемых признаков
• Исследование закономерностей наследования при
гибридизации
• Применение различных форм искусственного
отбора
История селекции в России
Неоценимый вклад в развитие селекции растений внес отечественный
селекционер, выдающийся преобразователь природы Иван Владимирович
Мичурин (1855–1935). Объектом селекции служили разнообразные плодовоягодные культуры: семечковые, косточковые; всего И.В. Мичуриным было
создано свыше 300 сортов культурных растений, часть которых
эксплуатируется до сих пор. Основные принципы работ И.В. Мичурина:
гибридизация, отбор и воздействие условий среды. И.В. Мичурину
принадлежит крылатое выражение; «Мы не можем ждать милостей от
природы, взять их у неё – наша задача».
Достижения отечественных селекционеров
Лукьяненко П.П. – озимая пшеница Безостая-1; всего более 40 сортов;
Ремесло В.Н. – озимая пшеница Мироновская-808;
Лорх А.Г., Букасов С.М., Юзепчук С.В. – картофель;
Пустовойт В.С. – высокомасличные сорта подсолнечника;
Жданов Л.А. – подсолнечник, устойчивый к заразихе;
Хаджинов М.И., Галеев Г.С. – межлинейные гибриды кукурузы на основе ЦМС;
Цицин Н.В. – пшенично-пырейные гибриды;
Мазлумов А.Л. – сахарная свекла.
Микроорганизмы
Микроорганизмы – это мельчайшие,
преимущественно одноклеточные, организмы, видимые
только в микроскоп: бактерии, микроскопические грибы и
водоросли, простейшие.
Характерные особенности
микроорганизмов
• Содержат значительно меньше генов, чем клетки
высокоорганизованных видов
• Имеют простую регуляцию генной активности
• Очень быстро размножаются
• Их гаплоидный геном позволяет проявляться
фенотипически любой мутации уже в первом
поколении
Основные методы селекции
микроорганизмов
Индуцированный
мутагенез
Ионизирующие
излучения
Искусственный отбор
Химические
мутагены
Гибридизация
Индуцированный мутагенез
Индуцированный мутагенез – искусственное получение мутаций.
Индуцированный мутагенез позволяет получить новые аллели, которые в
природе обнаружить не удается. Например, этим путем получены
высокопродуктивные штаммы микроорганизмов (продуцентов антибиотиков),
карликовые сорта растений с повышенной скороспелостью и т.д. Однако
применение индуцированных мутаций в селекции все же ограничено,
поскольку мутации приводят к разрушению исторически сложившихся
генетических комплексов. У животных мутации практически всегда приводят
к снижению жизнеспособности и/или бесплодию. К немногим исключениям
относится тутовый шелкопряд.
ГЕНЕТИ́ЧЕСКОЕ ДЕ́ЙСТВИЕ ИЗЛУЧЕ́НИЙ, возникновение под влиянием
ионизирующих излучений и ультрафиолетовых лучей наследственных изменений
(мутаций). Под действием излучений возникают качественно те же мутации, что и без
облучения, но значительно чаще; соотношение разных типов мутаций также может
быть иным. Используется в генетических исследованиях, в селекции промышленных
микроорганизмов, сельскохозяйственных и декоративных растений. Повышение
частоты вредных мутаций в результате увеличения содержания в биосфере
радиоактивных изотопов — одна из основных опасностей радиоактивного загрязнения
биосферы.
Отдельно выделена группа биологически активных веществ, которые влияют не
только на процессы роста и развития растений, но и вызывают наследственные
изменения в организме — химические мутагены. С помощью мутагенов можно
разорвать сцепленно наследуемые признаки, преодолеть нескрещиваемость между
отдаленными формами и стерильность собственной пыльцы, решить задачи, не
поддающиеся разрешению при использовании других методов селекции. В ряде
случаев возникают совершенно новые формы и признаки, не встречающиеся в природе,
что позволяет расширить естественное разнообразие форм культурных растений .
Искусственный отбор
Искусственный отбор — способ, с помощью которого наряду с
гибридизацией человек создал и создает высокопродуктивные породы
животных и сорта культурных растений. В последнее время искусственный
отбор применяется и для микроорганизмов, этим путем получены ценные
штаммы, например, плесневых грибов, вырабатывающих пенициллин.
Оставляя для размножения лучших особей с полезными хозяйственными
качествами, люди изменяют в нужную сторону частоту встречаемости
алеллей в размножаемой популяции.
Впервые огромную роль этого процесса отметил Ч. Дарвин.
Гибридизация
•
•
•
•
•
•
•
•
Скрещивание организмов с разным генотипом является
основным методом получения новых сочетаний признаков.
Иногда гибридизация является необходимой, например, для
предотвращения инбредной депрессии. Инбредная депрессия
проявляется при близкородственном скрещивании и
выражается в снижении продуктивности и жизненности
(виталитета).
Различают следующие типы скрещиваний:
Внутривидовые скрещивания
Близкородственные скрещивания
Межлинейные скрещивания
Возвратные скрещивания (бэк-кроссы)
Анализирующие скрещивания
Насыщающие (заместительные) скрещивания
Отдаленные скрещивания
Соматическая гибридизация
Основные проблемы селекции
микроорганизмов
•
Если микроорганизмы находятся в гаплоидной фазе, то новая мутация
(или внедренный аллель) сразу же проявляется в фенотипе, и мутантов можно легко
выявить. Затем полученных мутантов можно перевести в полиплоидное состояние
(например, увеличив число ядер, нуклеоидов или других носителей генетической
информации в клетках). В этом случае продуктивность штаммов резко возрастает.
Однако продуктивность микроорганизмов нельзя повышать до бесконечности:
например, если усиливается продуцирование антибиотиков, то снижается общая
жизнеспособность клеток. Поэтому одной из проблем селекции микроорганизмов
является повышение устойчивости, жизнеспособности и конкурентоспособности новых
штаммов.
Биотехнологии
Микроорганизмы используются в традиционных биотехнологиях
(хлебопечение, производство кисломолочных и других продуктов), а также в
современных биотехнологиях: для получения разнообразных чистых веществ
– ферментов, аминокислот, антибиотиков, биологически активных веществ, в
качестве бактериальных удобрений, для утилизации разнообразных отходов и
т. д.
•
Биотехнология — использование живых организмов и их биологических
процессов в производстве необходимых человеку веществ. Объектами
биотехнологии являются бактерии, грибы, клетки растительных и животных
тканей. Их выращивают на питательных средах в специальных биореакторах.
Перспективы развития биотехнологии
•
•
•
Все шире на промышленной основе применяется метод вегетативного
размножения сельскохозяйственных растений культурой тканей. Он
позволяет не только было размножить новые перспективные сорта растений,
но и получить незараженный вирусами посадочный материал.
Биотехнология позволяет получать экологически чистые виды топлива путем
биопереработки отходов промышленного и сельскохозяйственного
производств.
Биотехнологические разработки находят все большее применение в добыче и
переработке полезных ископаемых
Новейшими методами селекции микроорганизмов, растений и животных являются клеточная,
хромосомная и генная инженерия.
Клеточная инженерия
Методы клеточной инженерии связаны с культивированием отдельных клеток
в питательных средах, где они образуют клеточные культуры. Оказалось, что
клетки растений и животных, помещенных в питательную среду,
содержащую все необходимые для жизнедеятельности вещества, способны
делиться. Клетки растений обладают еще и свойством потипотентности, то
есть при определенных условиях они способны сформировать полноценное
растение.
Генная инженерия
•
Генная инженерия — совокупность методик, позволяющих выделять нужный ген из
генома одного организма и вводить его в геном другого организма. Растения и
животные, в геном которых внедрены «чужие» гены, называются трансгенными,
бактерии и грибы — трансформированными. Традиционным объектом генной
инженерии является кишечная палочка, бактерия, живущая в кишечнике человека.
Именно с ее помощью получают гормон роста — соматотропин, гормон инсулин,
который раньше получали из поджелудочных желез коров и свиней, белок интерферон,
помогающий справиться с вирусной инфекцией.
1 — клетка с исходной плазмидой; 2 — выделенная плазмида; 3 — создание вектора; 4 — рекомбинантная плазмида
(вектор); 5 — клетка с рекомбинантной плазмидой.
Хромосомная инженерия
•
Хромосомная инженерия — совокупность методик, позволяющих
осуществлять манипуляции с хромосомами. Одна группа методов основана на
введении в генотип растительного организма пары чужих гомологичных
хромосом, контролирующих развитие нужных признаков (дополненные
линии), или замещении одной пары гомологичных хромосом на другую
(замещенные линии). В полученных таким образом замещенных и
дополненных линиях собираются признаки, приближающие растения к
«идеальному сорту».
Список литературы
• 1. Биология. Весь школьный курс в таблицах/
сост. Л.В.Ёлкина. – Минск: Букмастер: Кузьма,
2012. – 6-е изд. – 416с.
• 2. http://afonin-59bio.narod.ru/2_heredity/2_heredity_lec/her_lec_09.ht
m
• 3. http://www.licey.net/bio/biology/lection25
Спасибо за внимание!