Введение в биотехнологию - Основные образовательные

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего профессионального образования
«ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Филиал ТЮМГУ в г. Тобольске
Естественнонаучный факультет
Кафедра биологии, экологии и методики преподавания естествознания
«УТВЕРЖДАЮ»:
Директор филиала «ТюмГУ» в г. Тобольске
_______________________ /Е.А. Короткова /
__________ _____________ 201__г.
Мирюгина Татьяна Андреевна
ВВЕДЕНИЕ В БИОТЕХНОЛОГИЮ
Учебно-методический комплекс. Рабочая программа
для студентов направления 06.03.01 Биология
очная форма обучения
Тюменский государственный университет
Филиал в г.Тобольске
2014г.
1
1. Цели и задачи освоения дисциплины
Целью освоения дисциплины «Введение в биотехнологию» является формирование у
студентов современных представлений об уровне научных достижений в области биоинженерии и биотехнологии, клеточной и генетической инженерии, энзимологии и т.д. и знакомство с
существующими промышленными биотехнологическими процессами различного уровня.
Задачи: формирование у студентов современных представлений о достижениях в
области биотехнологии и биоинженерии, клеточной и генетической инженерии, энзимологии;
знакомство с существующими промышленными биотехнологическими процессами различного
уровня; рассмотрение теоретических основ биотехнологии и знакомство студентов с ее отдельными разделами и методами.
2. Место дисциплины в структуре ООП бакалавриата (магистратуры)
Дисциплина «Введение в биотехнологию» относится к базовой части профессионального
цикла.
«Введение в биотехнологию» — это ознакомительная дисциплина, которая изучает основные понятия и теоретические принципы генной и клеточной инженерии, методы получения
биотехнологических продуктов, достижения биотехнологии и перспективы её использования.
Биотехнология междисциплинарная наука, которая возникла и развивается на стыке нескольких
биологических наук, включая микробиологию, биохимию, физиологию растений, молекулярную биологию, генетику.
Для освоения данного курса обучающийся должен владеть базовыми знаниями по следующим дисциплинам: «Химия», «Микробиология и вирусология», «Биохимия с основами молекулярной биологии и биофозики», «Генетика и эволюция».
Параллельно с дисциплиной «Введение в биотехнологию» изучается дисциплина «Современные проблемы биологии».
Освоение данной дисциплины необходимо для изучения таких дисциплин, как «Иммунология», «Основ биоэтики», профессиональной деятельности выпускников, а также для последующего прохождения практик, подготовки к итоговой государственной аттестации.
3. Требования к результатам освоения дисциплины
3.1. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины
В результате освоения ОП выпускник должен обладать следующими компетенциями:
- способностью применять современные представления об основах биотехнологических
и биомедицинских производств, генной инженерии, нанобиотехнологии, молекулярного моделирования – ОПК 11
3.2. В результате освоения дисциплины обучающийся должен:
Знать: основные понятия и терминологию, методы получения биотехнологических
продуктов, достижения биотехнологии и перспективы её использования; методы управления в
сфере биотехнологии, природопользования и восстановления и охраны биоресурсов.
Уметь: объяснять основные понятия и методы биотехнологии; объяснять основные теоретические положения генной и клеточной инженерии.
Владеть: основными терминами биотехнологии; методами поиска и анализа биотехнологической информации; современными представлениями об основах биотехнологии.
2
Карта критериев оценивания компетенций
Код
Критерии в соответствии с уровнем освоения ОП
компетенции
пороговый
Базовый
повышенный
(удовл.)
(хор.)
(отл.)
61-75 баллов
76-90 баллов
91-100 баллов
Виды занятий (лекции,
семинарские, практические,
лабораторные)
Оценочные
средства (тесты, творческие работы,
проекты и
др.)
ОПК
11
лекции, семинарские
занятия
тесты, эссе,
контрольные
работы, презентации
лекции, семинарские
занятия
тесты, эссе,
контрольные
работы, презентации
лекции, семинарские
занятия
тесты, эссе,
контрольные
работы, презентации
Знает: фундаментальные
основы биотехнологии
Знает: фундаментальные
основы биотехнологии,
имеет базовые
представления
об основах
биотехнологических производств
Умеет: демонстрировать
знания о фундаментальных
основах биотехнологии
Умеет: демонстрировать
знания о фундаментальных
основах биотехнологии,
способен освоить базовые
методики, необходимые при
биотехнологическом производстве
Владеет: навыками
демонстрации знаний
о
фундаментальных основах биотехнологии
Владеет: навыками
демонстрации знаний
о
фундаментальных основах биотехнологии, навыками
освоения
базовых методик, необходимых при биотехнологическом производстве
Знает: фундаментальные основы биотехнологии, генной
инженерии, имеет базовые представления об основах биотехнологических и
биомедицинских
производств,
нанотехнологиях
Умеет: демонстрировать и передавать знания
о фундаментальных основах
биотехнологии,
генетической
инженерии способен освоить
базовые методики, необходимые
при биотехнологическом производстве
Владеет: навыками демонстрации и передачи
знаний о фундаментальных основах биотехнологии, генетической инженерии,
навыками освоения базовых методик, необходимых при биотехнологическом производстве
3
4. Структура и содержание дисциплины
Общая трудоемкость дисциплины составляет 2 зачетные единицы (72 часа)
4.1. Структура дисциплины
Таблица 1
№
Наименование раздела дисциплины
Семестр
Виды учебной работы
(в академических часах)
аудиторные занятия
СР
ЛК
КСР
ЛБ
4
4
14
7
2
Краткая история развития биотехнологии.
Генная и клеточная инженерия.
7
6
2
4
14
3
Экологическая биотехнология.
7
4
2
6
12
14
4
14
40
1
Итого
4.2. Содержание дисциплины
1
Таблица 2
Наименование разСодержание раздела
дела дисциплины
(дидактические единицы)
Краткая история
Введение в биотехнологию. Определение, основные понятия и
развития биотехноло- терминология. Краткая история развития биотехнологии: исгии.
пользование природных штаммов дрожжей; использование
селекции штаммов дрожжей; культура меристемных клеток,
тканевые культуры клеток животных и человека.
2
Генная и клеточная
инженерия.
Рекомбинантная ДНК, методы её получения. Использование
методов клеточной инженерии для получения ряда белков.
Генно-инженерные подходы к решению проблемы усвоения
азота.
Клеточная инженерия. Получение, культивирование и гибридизация протопластов. Создание искусственных ассоциаций клеток высших растений с микроорганизмами как способ
модификации растительной клетки.
Получение трансгенных растений и животных.
3
Экологическая биотехнология.
Биотехнология получения и использования ферментов. Экологическая биотехнология. Перспективы развития биотехнологии в свете решения глобальных проблем человечества и
проблемы биоэтики.
№
4
5. Образовательные технологии
Таблица 3
№
№
Тема занятия
занятия раздела
Виды образовательных технологий
Колво
часов
1
1
Предмет и задачи биотехнологии. Экономические и социальные аспекты развития
биотехнологии
Информационнокоммуникационные
технологии
2
2
1
Биотехнология получения и использования
ферментов
Интерактивные технологии
2
3
1
Правила стерильной работы в лаборатории
Традиционные образовательные технологии
2
4
1
Питательные среды для микроорганизмов и Традиционные образоих приготовление
вательные технологии
2
5
2
Генетическая инженерия, принципы, возможности.
Интерактивные технологии
6
2
Клеточная инженерия. Культура эукариотических клеток животных
Интерактивные технологии
2
7
2
Получение, культивирование и гибридизация Интерактивные технопротопластов
логии
2
8
2
Методики культивирования клеток
Традиционные образовательные технологии
2
9
2
Микроразмножение томатов или табака че- Традиционные образоренкованием побегов
вательные технологии
2
10
3
2
11
3
Биотехнология получения и использования
ферментов. Промышленные процессы с использованием иммобилизованных ферментов
и клеток
Экологическая биотехнология. Защита окружающей среды
12
3
13
3
14
3
Интерактивные технологии
Информационнокоммуникационные
технологии
Получение каллусной ткани у разных расти- Традиционные образотельных объектов
вательные технологии
Получение и культивирование каллуса из Традиционные образостебля картофеля
вательные технологии
Поддержание
культур
и
сохранение
5
клеточных Традиционные образовательные технологии
2
2
2
6. Самостоятельная работа студентов
Таблица 4
№
1
2
3
Наименование раздела
дисциплины
Трудоемкость
(в академических
часах)
Вид самостоятельной работы
Краткая история развития Конспектирование текста; составление
биотехнологии.
таблиц для систематизации учебного
материала
Генная и клеточная инже- Ответы на контрольные вопросы; изунерия.
чение дополнительных тем занятий; работа с конспектом лекции (обработка
текста)
Экологическая биотехноло- Использование аудио- и видеозаписей,
гия.
компьютерной техники и Интернета;
составление таблиц для систематизации
учебного материала
10
14
16
7. Компетентностно-ориентированные оценочные средства
7.1. Оценочные средства диагностирующего контроля
В качестве входящего контроля проводится контрольная работа по основным разделам
биологии
1). Отличия живой материи от неживой.
2). Особи каких возрастных стадий образуют ценопопуляцию растений?
3). Сущность биохимической теории возникновения жизни.
4). Отличия клетки растительного организма от клетки животных.
5). Своеобразие живой материи на клеточном уровне.
6). Отличия многоклеточного растительного организма от многоклеточного животного организма.
7). Раскройте характеристики геохимических функций живого вещества.
7.2. Оценочные средства текущего контроля: модульно-рейтинговая технология
оценивания работы студентов
7.2.1. Распределение рейтинговых баллов по модулям и видам работ
Таблица 5
Виды работ
Аудиторные занятия
Лекции
Лабораторные занятия
Самостоятельная работа
Итого за работу в семестре
Обобщающий контроль
Итого
Максимальное количество баллов
Модуль 1
Модуль 2
Модуль 3
Итого
10
2
8
15
25
11
3
8
14
25
14
2
12
16
30
33
9
24
47
80
20
100
6
7.2.2. Оценивание аудиторной работы студентов
Таблица 6
№
Наименование раздела
дисциплины
Формы оцениваемой работы
Максимальное
количество
баллов
Модуль (аттестация)
Работа на лекциях
1
2
3
1
2
3
Краткая история развития Конспектирование лекци2
биотехнологии.
онного материала
Генная и клеточная инже- Конспектирование лекци3
нерия.
онного материала
Экологическая биотехноло- Конспектирование лекци2
гия.
онного материала
Работа на практических (семинарских, лабораторных) занятиях
Краткая история развития Посещение занятий
биотехнологии.
Выполнение аудиторной
контрольной работы Фронтальный опрос по теме
Генная и клеточная инже- Посещение занятий Вынерия.
полнение аудиторной контрольной работы
Фронтальный опрос по теме
Экологическая биотехноло- Посещение занятий
гия.
Выполнение аудиторной
контрольной работы
Фронтальный опрос по теме
1
2
3
8
1
8
2
12
3
7.2.3. Оценивание самостоятельной работы студентов
Таблица 7
№
1
2
Наименование
раздела (темы)
дисциплины
Краткая история
развития биотехнологии.
Генная и клеточная
инженерия.
Формы оцениваемой работы
Составление таблицы «Классификация современных биологических
агентов»
Составление аннотаций нескольких
научно-популярных биологических
изданий.
Составить конспект «История формирования биотехнологии и периодизация ключевых этапов».
Составление аннотированных списков информационных ресурсов по
биотехнологии.
Составление таблицы «Технологии
получения, области и перспективы
применения трансгенных растений».
7
МаксимальМодуль
ное количе- (аттестация)
ство баллов
5
1
6
4
6
2
4
3
Экологическая биотехнология.
Составить конспект «Мифы и реальные риски генноинженерных технологий и продуктов».
Составление тематического глоссария «Биотехнология»
Подготовка презентации «Генная и
клеточная нженерия»
Подготовка реферата по тематике
модуля (1 реферат для каждого студента, тема модуля – по выбору ).
4
5
6
3
5
7.2.4. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости
Примерные тесты для аудиторной контрольной работы:
1.
Процесс анаэробного расщепления органических веществ под влиянием микроорганизмов или выделенных им ферментов называется:
а) брожение;
б) дыхание;
в) окисление.
2.
Ферменты, расщепляющие крахмал – это:
а) амилазы;
б) протеазы;
в) лактоза.
3.
Бактерии, вызывающие порчу пищевых продуктов:
а) стафилококки;
б) лактобациллы;
в) стрептомицеты.
4.
Биотоплива третьего поколения – это топлива полученные из … .
а) бактерий;
б) водорослей;
в) древесины.
5.
Для разрушения клеточной стенки растений используют фермент
а) пектиназу;
б) целлюлазу;
в) лактазу.
Примерная тематика рефератов
Биотехнологии, не требующие генной инженерии
1) Анаэробная очистка сточных вод.
2) Экстенсивная аэробная очистка сточных вод: биопруды, поля фильтрации и орошения.
3) Биофильтры; строение очистных сооружений.
4) Ферменты, производимые биотехнологически. Особенности производства ферментов.
5) Применение антибиотиков в сельском хозяйстве.
Принципы использования генной инженерии в биотехнологии:
1) Способы отбора рекомбинантных клонов.
2) Методы нерестрикционного и рестрикционного получения фрагментов ДНК.
3) Векторная молекула. Способы введения ДНК в векторную молекулу.
4) Первые использованные векторы - плазмиды, основные их характеристики, определяемые
плазмидами свойства микроорганизмов.
5) Требования к векторной молекуле.
Особенности используемых в биотехнологии генно-инженерных методов:
1) Способы улучшения секреции белка. Секреторные векторы.
2) Регуляция репликации плазмид. Факторы, ограничивающие экспрессию генов.
8
3) Векторы на основе фага лямбда.
5) Синтез секретируемых белков бактерий. Сигнальный пептид и прочие факторы, определяющие секрецию пептидов.
Разнообразие организмов продуцентов:
1) Актиномицеты, коринебактерии.
2) Использование клеток насекомых, бакуловирусы.
3) Вирусные векторы для животных: паповавирусы, вирус осповакцины, аденовирусы, парвовирусы, ретровирусы.
4) Растительные векторы: транспозоны, вирусы. Способы трансформации растительных организмов.
5) Роль генной инженерии в сельском хозяйстве.
Частные примеры использования биотехнологии:
1) Интерфероны и их получение.
2) Иммуноглобулины - особенности их строения и получения.
3) Белковые гормоны человека и животных: соматотропин, инсулин.
4) Схема получения генно-инженерных вакцин, примеры.
5) Генная инженерия и наука: Использование сигнальных пептидов и флуоресцирующих белков.
7.3 Оценочные средства промежуточной аттестации
7.3.1. Рубежные баллы рейтинговой системы оценки успеваемости студентов
Таблица 8
Вид аттестации
Допуск к
аттестации
Зачёт
40 баллов
61 балл
Экзамен (соответствие рейтинговых баллов
и академических оценок)
Удовл.
Хорошо
Отлично
61-72 баллов 73-86 баллов
87-100 баллов
7.3.2. Оценочные средства для промежуточной аттестации
Вопросы для зачета, 7 семестр
1. Предмет и задачи биотехнологии.
2. История развития биотехнологии, как науки.
3. Характеристика основных отраслей биотехнологии.
4. Характеристика клеточных технологий применяемых в биотехнологии.
5. История развития метода культуры клеток, тканей и органов высших растений.
6. Дедифференцировка растительных клеток и каллусогенез in vitro.
7. Характеристика клеточных культур высших растений.
8. Вторичная дифференциация и морфогенез in vitro.
9. Методы получения генов in vitro для растительных организмов.
10. Описание и характеристика векторы и коструирование рекомбинантных ДНК.
11. Гибридизация клеток в культуре растительных организмов.
12. Трансплантация ядер в растительных клетках.
13. Микроклетки и изолированные хромосомы растительных клеток.
14. Культура клеток высших растений.
15. Культивирование растительных клеток и их особенности.
16. Андрогенез: получение гаплоидных растений в культуре пыльников.
17. Гиногенез: Получение гаплоидов через культуру неоплодотворенных семяпочек и
завезей.
18. Проблемы регенерации гаплоидных растений.
19. Теоретические аспекты и практическое значение гаплоидии.
20. Характеристика протопластов растительных клеток.
9
21. Методы получения мутантов растений in vitro и их оценка.
22. Получение мутантов in vitro характеризующихся устойчивостью к антибиотикам.
23. Получение мутантов in vitro характеризующихся устойчивостью к гербицидам.
24. Получение мутантов in vitro характеризующихся устойчивостью к аминокислотам и
их аналогам.
25. Получение мутантов in vitro характеризующихся устойчивостью к абиотическим
стрессам.
26. Генно-инженерные подходы к решению вопроса усвоения почвенного и атмосферного азота.
27. Устойчивость высших растений фитопатогенам и вредителям сельскохозяйственных
культур.
28. Методологические основы соматической гибридизации растительных организмов.
29. Соматическая гибридизация отдаленных видов растений.
30. Характеристика прикладных аспектов соматической гибридизации.
31. Характеристика опухолей, интродуцируемых агробактериями.
32. Классификация агробактерий и свойства онкогенных плазмид.
33. Характеристика основных векторов переноса генетической информации.
34. Методы трансформации высших растений.
35. Характеристика основных проектов получения трансгенных растений.
36. Основные этапы клонирование растительных генов.
37. Характеристика методов клонирования генов.
38. Характеристика факторов влияющих на процесс микроклонального размножения
высших растений.
39. Характеристика прямого соматического эмбриогенеза.
40. Практическое значение метода микроклонального размножения растительных организмов.
8. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
а) основная литература:
1. Ксенофонтов Б.С. Основы микробиологии и экологической биотехнологии. [Электронный ресурс] / Б.С. Ксенофонтов. - М.: ИД ФОРУМ: НИЦ ИНФРА-М, 2015. - 224 с. Режим
доступа: http://znanium.com/catalog.php?bookinfo=482844 (27.02.2014)
2. Сазыкин, Ю.А. Биотехнология : учеб. пособие / Ю. А. Сазыкин, С. Н. Орехов, И.И.
Чакалёва ; под ред. А. В. Катлинского. - 3-е изд. - М. : Академия, 2008. - 256 с.; УМО
Б) дополнительная литература:
1. Белокрылова, Е. А. Особенности правового обеспечения отношений в области экологической безопасности нанотехнологий и наноматериалов [Электронный ресурс] / Е. А. Белокрылова // Право и экология: материалы VIII Международной школы-практикума молодых
ученых-юристов (Москва, 23-24 мая 2013 г.) / Отв. ред. Ю. А. Тихомиров, С. А. Боголюбов. М.:
ИЗиСП:
ИНФРА-М,
2014.
с.
167
172.
Режим
доступа:
http://znanium.com/catalog.php?bookinfo=471904 (27.02.2014)
2. Загребельный С.Н. Биотехнология : учебное пособие для студ. / С. Н. Загребельный.
- Новосибирск : НГУ, 2005. - 299 с.
3. Неверова О.А. Пищевая биотехнология продуктов из сырья растительного происхождения: учебник.- Новосибирск: Сиб.унив.изд-во, 2007.
4. Шевердин, А. В. Биотехнологии и экологическая безопасность человека [Электронный ресурс] / А. В. Шевердин // Право и экология: материалы VIII Международной школыпрактикума молодых ученых-юристов (Москва, 23-24 мая 2013 г.) / Отв. ред. Ю. А. Тихомиров,
С. А. Боголюбов. - М.: ИЗиСП: ИНФРА-М, 2014. - с. 200 - 203. - Режим доступа:
http://znanium.com/catalog.php?bookinfo=472024 (27.02.2014)
10
в) периодические издания:
Журналы:
1. Вестник МГУ. Серия №16. Биология
2. В мире науки
3. Журнал общей биологии
4. Журнал экспериментальной биологии
5. Наука в России
6. Успехи современной биологии
Газеты
1. Реферативные журналы ВИНИТИ
2. Биология: -Раздел 04Р. Биотехнология. Бионанотехнологии. Бионаноматериалы.
3. Охрана природы и воспроизводство природных ресурсов
4. Системы, приборы и методы контроля качества окружающей среды
г) мультимедийные средства:
1. Введение в биотехнологию. Версия 1.0 [Электронный ресурс] : электрон. учеб.-метод.
комплекс / Т. Г. Волова, Н. А. Войнов, Е. И. Шишацкая, Г. С. Калачева. – Электрон. дан. (91
Мб). – Красноярск : ИПК СФУ, 2008. – (Введение в биотехнологию : УМКД № 143-2007 / рук.
творч. коллектива Т. Г. Волова). – 1 электрон. опт. диск (DVD). – Систем. требования : Intel
Pentium (или аналогичный процессор других производителей) 1 ГГц ; 512 Мб оперативной памяти ; 54 Мб свободного дискового пространства ; привод DVD ; операционная система
Microsoft Windows 2000 SP 4 / XP SP 2 / Vista (32 бит) ; Adobe Reader 7.0 (или аналогичный
продукт для чтения файлов формата pdf). – (Номер гос. регистрации в ФГУП НТЦ «Информрегистр» 0320802394 от 21.11.2008 г.).
2. Волова, Т. Г. Введение в биотехнологию. Банк тестовых заданий Версия 1.0 [Электронный ресурс] : контрольно-измерительные материалы / Т. Г. Волова, Н. А. Войнов, Е. И. Шишацкая. – Электрон. дан. (50 Мб). –Красноярск : ИПК СФУ, 2008. – (Введение в биотехнологию :
УМКД № 143-2007 / рук. творч. коллектива Т. Г. Волова). – 1 электрон. опт. диск (DVD). –
Систем. требования : Intel Pentium (или аналогичный процессор других производителей) 1 ГГц ;
512 Мб оперативной памяти ; 50 Мб свободного дискового пространства ; привод DVD ; операционная система Microsoft Windows 2000 SP 4 / XP SP 2 / Vista (32 бит) ; Adobe Reader 7.0 (или
аналогичный продукт для чтения файлов формата pdf). – (Номер гос. регистрации в ФГУП
НТЦ «Информрегистр» 0320802383 от 22.11.2008 г.).
д) Интернет-ресурсы:
1. http://www.bio.pu.ru/index.php Санкт-Петербургский государственный университет, биологический факультет.
2. http://www.soil.msu.ru/ Московской государственный университет им. М.В. Ломоносова,
факультет биологии.
3. http://ru.wikipedia.org/ электронная энциклопедия.
4. http://www.mgul.ac.ru/info/flh/soil/ Московский государственный университет.
5. http://www.bio.vsu.ru/soil/ Воронежский государственный университет.
9. Материально-техническое обеспечение дисциплины
Лекционная мультимедийная аудитория: компьютер «Pentium - 4», плазменный телевизор, документ-камера «AVerVision 300», имеется возможность дополнительного подключения
аудиовизуальных средств.
Лаборатория цифровой микроскопии: компьютеры «Core 2 Duo E 4400» - 6шт., электронные микроскопы «Motic DM-52» - 5 шт., цифровой стереоскопический микроскоп «Motic DM39» - 1 шт., биологический микроскоп со встроенной камерой «Motic DMBA300» - 1 шт., документ-камера «AVerVision 300».
11
Стерилизатор воздушный, микротом санный МС 2, ламинарный шкаф, аппарат для гистологической заливки тканей с нагревающей и охлаждающей платой, фотометр фотоэлектрический КФК-3, центрифуга ОПН-8 с ротором РУ.
10. Паспорт рабочей программы дисциплины
Разработчик(и) : Мирюгина Т.А., к.с-х.н, доцент кафедры биологии, экологии и МПЕ
Программа одобрена на заседании кафедры __________________________________________
от «___»_______________г., протокол №________
Согласовано:
Зав. кафедрой ______________________
«___» ________________г.
Согласовано:
Специалист по УМР _________________
«___» ________________г.
12
Приложение 1.
Лекционный курс по дисциплине «Биотехнология»
Раздел 1.
Тема 1 «Предмет и задачи биотехнологии. Экономические и социальные аспекты
развития биотехнологии»
Использование научных достижений в области физико-химической биологии и фундаментальных биологических дисциплин в биоиндустрии. Отличие современной биотехнологии
от традиционных микробиологических производств. Предмет и задачи биотехнологии. Использование научных достижений в области физико-химической биологии и фундаментальных биологических дисциплин в биоиндустрии. Отличие современной биотехнологии от традиционных
микробиологических производств. Экономические и социальные аспекты развития биотехнологии.
Тема 2. «Биотехнология получения и использования ферментов»
Промышленные процессы с использованием иммобилизованных ферментов и клеток».
Получение микробных высокоочищенных ферментных препаратов. Культивирование продуцентов ферментов. Переработка культуральной жидкости. Методы иммобилизации ферментов.
Носители для иммобилизации ферментов.
Биотехнология в молочной промышленности; приготовление молочнокислых продуктов, сыра, молочного сахара. Сахароза и ее заменители. Пищевые кислоты. Дрожжи и продукты дрожжевого брожения. Производство алкогольных напитков.
Раздел 2.
Тема 3 «Генетическая инженерия, принципы, возможности»
Основы генетической и генной инженерии. Биотехнология конструирования рекомбинированной ДНК. Системы переноса рекомбинированных молекул в реципиентную клетку. Векторные системы на основе Ti–плазмид. Физические методы переноса генов в растительные
клетки: микроинъекция ДНК; бомбардировка микрочастицами; применение репортерных генов
при трансформации клеток растений; электропорация; слияние липосом.
Создание трансгенов, устойчивых к вирусным, бактериальным и грибковым инфекциям.
Создание биопестицидов (микробиологические пестициды).
Генная инженерия растений: выведение растений, устойчивых к насекомым-вредителям,
вирусам и гербицидам. Получение растений, противостоящих к неблагоприятным воздействиям
и старению.
Трансгенные животные. Трансгенные мыши: методология. Использование ретровирусных векторов; метод микроиъекций ДНК; использование модифицированных эмбриональных
стволовых клеток; клонирование с помощью переноса ядра. Трансгенные мыши: применение.
Тема 4 «Клеточная инженерия. Культура эукариотических клеток животных»
Культура клеток эукариотных организмов. Дедифференцировка и каллусогенез - как основа создания пересадочных клеточных культур. Генетическая и физиологическая гетерогенность клеточных культур. Стерилизация - как необходимое условие культивирования клеток in
vitro. Питательные среды, их состав. Культуры каллусных клеток, их возможное использование.
Суспензионные культуры и их использование для получения веществ вторичного синтеза.
Культивирование отдельных клеток
Тема 5 «Получение, культивирование и гибридизация протопластов»
Перенос клеточных органелл. Использование изолированных протопластов в клеточной
селекции и генной инженерии.
Создание искусственных ассоциаций культивируемых клеток высших растений с микроорганизмами как способ модификации растительной клетки и растения в целом.
Введение цианобактерий в клетки растений, возможности их использования.
Получение, культивирование и гибридизация протопластов.
Перенос геномов путем трансплантации ядер и метафазных хромосом. Гибридизация
соматических и половых эмбриональных клеток. Технология получения гибридом. Биотехнология производства моноклональных антител.
13
Клональное микроразмножение растений и его классификация Тотипотентность растительных клеток. Регенерация растений из каллусов. Индукция развития меристематических
тканей. Оздоровление растений, с помощью клонального микроразмножения.
Раздел 3.
Тема 6. «Биотехнология получения и использования ферментов. Промышленные
процессы с использованием иммобилизованных ферментов и клеток»
Получение микробных высокоочищенных ферментных препаратов. Культивирование продуцентов ферментов. Переработка культуральной жидкости.
Методы иммобилизации ферментов. Носители для иммобилизации ферментов.
Ферментная биотехнология
Получение микробных высокоочищенных ферментных препаратов. Культивирование
продуцентов ферментов. Переработка культуральной жидкости. Хроматрграфическое фракционирование.
Инженерная энзимология
Методы иммобилизации ферментов. Носители для иммобилизации ферментов. Производства, основанные на применении иммобилизированных ферментов (превращение крахмала в
глюкозу; получение L-аминокислот из рацемических смесей; производство фруктозной патоки;
синтез органических кислот). Иммобилизованные ферменты в тонком органическом синтезе.
Иммобилизованные ферменты в медицине. Будущее технологии иммобилизованных ферментов.
Биотехнологические процессы в пищевой промышленности
Биотехнология в молочной промышленности: приготовление молочнокислых продуктов,
сыра, молочного сахара. Производство кормового белка. Дрожжи и продукты дрожжевого брожения. Производство алкогольных напитков. Использование водорослей и грибов.
Тема 7. «Экологическая биотехнология. Защита окружающей среды»
Биотехнология как наукоемкая ("высокая") технология и ее преимущества в экологическом аспекте перед традиционными технологиями. Направления дальнейшего совершенствования биотехнологических процессов применительно к проблемам охраны окружающей среды.
Малоотходные технологии. Итоги и перспективы их внедрения на биотехнологических производствах. Особенности биотехнологических производств применительно к их отходам.
Классификация отходов. Соотношение различных видов отходов. Очистка жидких отходов. Схемы очистки. Аэротенки. Активный ил и входящие в него микроорганизмы.
Создание методами генетической инженерии штаммов микроорганизмов-деструкторов с
повышенной способностью к деструкции веществ, содержащихся в жидких отходах, Основные
характеристики штаммов деструкторов. Их неустойчивость в природных условиях. Сохранение
штаммов на предприятиях. Нормы внесения биомассы штаммов при пиковых нагрузках на
очистные сооружения.
Уничтожение или утилизация твердых (мицелиальных) отходов. Биологические, физикохимические, термические методы обезвреживания мицелиальных отходов. Утилизация мицелиальных отходов в строительной промышленности. Использование отдельных фракций мицелиальных отходов в качестве пеногасителей и др.
Очистка выбросов в атмосферу. Биологические, термические, физико-химические и другие методы рекуперации и обезвреживания выбросов в атмосферу.
14
Приложение 2.
Лабораторный практикум
Лабораторная работа 1. «Правила стерильной работы в лаборатории»
Выращивание изолированных клеток, тканей, органов, растений-регенерантов, водных
культур и грибов, используемых в биотехнологии, проводят в условиях полной асептики, т.е.
стерильно. Особое внимание следует обратить на чистоту посуды, предназначенной для приготовления питательных сред и их компонентов; на подготовку объектов к пересадке, пассированию и культивированию. Только некоторые объекты (хлорелла, азолла) можно выращивать в
нестерильных условиях.
Приемы и методы стерилизации
Стерилизация - полное уничтожение микроорганизмов и их покоящихся форм (например, спор). Существуют разные методы стерилизации: с помощью влажного пара, сухого пара,
облучения ультрафиолетовыми лучами, обработки химическими веществами и микрофильтрации.
Обработка влажным паром производится в автоклавах. Вегетативные клетки бактерий и грибов
гибнут через 5-10 минут уже при температуре около 60оС; для гибели спор дрожжей и грибов
требуется температура 120оС в течение 15 минут. Продолжительность автоклавирования зависит от величины (теплоемкости) пробирок, колб и объема питательной среды в них. Иногда автоклавируют несколько раз - дробная стерилизация. Этот прием используют для стерилизации
как питательных сред, так и посуды.
Стерилизация посуды. Большинство культур в лабораторных условиях выращивают в
пробирках, колбах Эрленмейера различного объема и чашках Петри одно- или многоразового
использования. Вначале посуду тщательно моют с использованием детергентов, а также раствора двухромовокислого калия в серной кислоте (хромпика). Вымытую посуду ополаскивают
водопроводной, затем дистиллированной водой и высушивают в сушильном шкафу. Чтобы избежать заражения стерильных предметов из воздуха, перед стерилизацией их закрывают ватными пробками, заворачивают в оберточную бумагу или закрывают фольгой (у стаканов, колб
достаточно завернуть только горлышко). Затем посуду можно стерилизовать двумя способами:
1. Посуду выдерживают в автоклаве под давлением в течение 20-40 минут при температуре 100-130oС. Продолжительность автоклавирования зависит от его режима: при давлении 0.5
атмосферы - 20-40 минут, при 1 атм. - 15 минут.
2. При сухом способе стерилизации чашки Петри, колбы, стаканы, завернутые в плотную бумагу, стерилизуют в сушильном шкафу при температуре 140 оС в течение 2 часов, при
температуре 180оС - 30 минут. При более высоких температурах ватные пробки буреют, а бумага становится ломкой.
Стерилизация инструментов. Инструменты (скальпели, пинцеты, иглы и т.д.) стерилизуют в сушильном шкафу способом № 2. Шприцы, ножницы, пробочные сверла удобнее кипятить. Металлические предметы нельзя автоклавировать: под воздействием пара они ржавеют и
тупятся. Непосредственно перед работой и в процессе её инструменты помещают в стакан со
спиртом и обжигают в пламени спиртовки. Стерильный инструмент используют только для одноразовой манипуляции! Перед повторным употреблением его снова окунают в спирт и обжигают.
Стерилизация материалов. Вату, марлю, ватные пробки, фильтровальную бумагу, халаты, косынки стерилизуют в автоклаве под давлением 2 атм. в течение 25-30 мин.
Стерилизация питательных сред. Автоклавирование питательных сред для выращивания культур тканей проводят после их разлива в пробирки или колбы под давлением 0.7-0.8 атм.
при температуре 115-120оС в течение 15 - 30 минут, в зависимости от объема среды. Если в результате стерилизации среда помутнела, следовательно, неправильно выбран режим стерилизации.
15
Холодная стерилизация. Органические жидкости, не выносящие нагревания, освобождаются от бактерий при пропускании через стерильные мелкопористые бактериальные фильтры
с диаметром пор 0.45 мкм.
Как изготовить микробиологическую пробку
Для предотвращения заражения культур из воздуха и их преждевременного высыхания
пробирки и колбы закрывают пробками. Пробки для посуды условно можно разделить на ватные (традиционные микробиологические) и крышечки из фольги.
С ватными пробками проще работать начинающим - меньше риска получить ожог.
Пробки должны плотно входить в пробирку (колбу) на 2-3 см, или на 2/3 своей длины; при открывании
хорошо
закрытой
посуды
раздается
характерный
хлопок.
Недостки микробиологических пробок - довольно трудоемки в изготовлении, часто прожигаются, не очень удобны при долговременном культивировании. Если для микробиологических
культур сроки культивирования редко превышают 2 недели, то для растительных клеток продолжительность субкультивирования - как минимум 3 недели. За это время среда начинает подсыхать. Поэтому в таких случаях важно закрывать ватную пробку сверху герметично парафильмом или пищевой пленкой.
Крышечка из фольги проще в работе - легко изготавливается (вырезается кружочек или
квадратик по диаметру горлышка пробирки или колбы + один - полтора сантиметра для отгибания вниз).
Фольгу нужно брать плотную. Если нет плотной - тонкая фольга складывается в 3-4 раза.
При обжигании краешков такой пробки нужно быть аккуратным, чтобы не получить ожог, так
как фольга металлическая и хорошо проводит тепло. После одевания пробки самый краешек,
загнутый вниз на пробирку или колбу, оборачивается узенькой полоской парафильма или пищевой пленки в 2-3 оборота, таким образом краешки плотно прилегают к посуде, и крышка
держится надежнее, герметичнее закрывает, снижается риск контаминации (занесения посторонней микрофлоры)
Изготовление микробиологической пробки
Сложить вдвое кусок марли, накрыть им верхнюю часть пробирки. На середину куска,
закрывающего отверстие пробирки, положить вату, протолкнуть в пробирку на глубину примерно 3-4 см. Вату очень плотно утрамбовать, затем концы марли скрутить в центре, обвязать
ниткой, лишнее обрезать. Обрезки марли можно использовать вместе с ватой при изготовлении
пробок. Проверить качество пробок: хлопок в момент открывания пробирки, очень твердая
(“каменная”) на ощупь.
Для колб пробки готовят следующим образом: прямоугольный слой ваты скатать в виде
очень плотного, до твердости валика нужных размеров, учитывая диаметр и длину горла колбы,
обернуть его двойным марлевым слоем.
Не использовать пробки, изготовленные только из ваты - они легко воспламеняются при обжигании!
Стерилизация растительного экспланта
Стерильная культура - культура, свободная от эпифитных и ризосферных микроорганизмов.
Работающий должен вымыть руки с мылом и протереть их спиртом, надеть стерильный
халат, завязать волосы стерильной косынкой.
Перед стерилизацией объекта его тщательно моют теплой водой с мылом, промывают
дистиллированной водой, очищают от излишних тканей, снимают кожуру у корнеплодов и корней, кору у побегов, поверхностные листья у верхушек побегов, промывают дистиллированной
водой и помещают на несколько секунд в 70% спирт (семена на 1-2 минуты). После этого сегменты корней, побегов, стеблей, клубней или семена переносят в стерилизующий раствор.
Вид стерилизующего агента, его концентрация и время действия, зависящие от особенностей тканей исходных растений, необходимо подобрать таким образом, чтобы убить микроорганизмы и не повредить ткани экспланта. Для поверхностной стерилизации растительных
16
объектов применяют следующие средства стерилизации: сулему (двуххлористая ртуть) (0.1%),
хлорамин (2-10%), гипохлорит кальция (7-10% Ca(ClO)2) или натрия (NaOCl), перекись водорода (13-18%) и др. Хлорамин можно купить в аптеке. Для стерилизации можно использовать
также хлорсодержащие растворы отбеливателей из хозяйственных магазинов, например, средство "Белизна". Свежие растворы отбеливателей при стерилизации нежных эксплантов, таких
как молодые листочки, нужно разводить в 2 или даже в 3 раза. Эффективность стерилизации
возрастает при добавлении нескольких капель твина-80 и твина-20 на литр стерилизующего
раствора.
Продолжительность стерилизации меристем сулемой - 5 минут, семян - 15-20 минут,
пергидролем соответственно 15 и 30 минут.
После стерилизации материал переносят в стерильную дистиллированную воду, выдерживают 10 минут, затем меняют воду ещё два раза, выдерживая в каждой порции по 15-20 минут. В стерильных чашках Петри или на стерильных листах бумаги, или на обожженной кафельной плитке обрезают стерильным скальпелем концы сегментов исходного материала, где
клетки могут быть повреждены, и из средних зон нарезают кусочки тканей, которые высаживают на инициальную среду для образования каллусов. При стерилизации отрезков стебля или
верхушечных почек в растворах сулемы или гипохлорита рекомендуется парафинировать срезы, чтобы стерилизатор не проник в сосуды, что может привести к интоксикации ткани.
Ход работы:
Простерилизовать инструменты, посуду и питательные среды, необходимые для проведения работ по выращиванию стерильных проростков и выращивания каллусных тканей.
1. Завернуть в плотную бумагу и простерилизовать сухим жаром в сушильном шкафу
стеклянную посуду - колбы, чашки Петри.
2. Подвергнуть предварительной стерилизации в сушильном шкафу скальпели и пинцеты. Перед помещением в сушильный шкаф завернуть инструменты в плотную бумагу.
3. Простерилизовать в автоклаве дистиллированную воду в колбе. Для получения стерильной воды налейте в колбу 1/3 часть объема дистиллированной воды, закройте ватной пробкой, а сверху плотной бумагой или целлофаном, можно обернуть горлышко фольгой. Автоклавировать 30 минут при 1 атмосфере.
4. Простерилизовать в автоклаве в течение 20 мин при давлении 1 атм. пробирки с питательной средой, закрытые фольгой или ватными пробками, обернутыми плотной бумагой или
целлофаном.
Лабораторная работа 2. Питательные среды для микроорганизмов и их приготовление
1. Приготовление бобового агара
В 1 литре воды кипятят 100 г белой фасоли или белых бобов до готовности, избегая растрескивания бобов и превращения крахмала в клейстер. Отвар фильтруют в горячем виде и добавляют 2% агара. Стерилизуют в автоклаве как обычно.
2. Приготовление среды для хлореллы
В качестве среды для культивирования зеленых водорослей можно использовать раствор Кнопа (г/литр раствора):
Ca(NO3)2 - 0.25
MgSO4*7H2O - 0.06
KH2PO4 - 0.06
KCl - 0.08
Fe2Cl6 - одна капля 1% раствора (можно заменить раствором хелатного железа из среды МС, 50
мл маточного раствора).
На растворе Кнопа можно также выращивать и ряску.
3. Приготовление среды для цианобактерий
Для культивирования цианобактерий рекомендуется среда Чу N 10 (г/литр раствора):
Ca(NO3)2 - 0.04
17
MgSO4*7H2O - 0.025
KH2PO4 - 0.01
Na2CO3 - 0.02
Na2SiO3*9H2O - 0.025
FeCl3*6Н2О - 0.0008 (также можно заменить хелатом железа)
4. Приготовление питательного агара для грибов (агар Чапека)
Состав среды Чапека (г/литр раствора):
Сахароза - 30 г
NaNO3 - 3 г
KH2PO4 - 1 г
MgSO4 * 7H2О - 0.5 г
KCl - 0.5 г
FeSO4* 7H2O - 0.01 г
Агар-агар 15 г
На дно колбы насыпать агар (можно брать поллитровые обычные бутылки, тогда на 1
литр среды необходимы 3 бутылки, в каждую их которых насыпать 1/3 агара, т.е. 5 грамм) и
залить раствором солей. Колбу или бутылки поставить в автоклав на стерилизацию на 20 минут. После стерилизации, покачивая колбу, тщательно перемешать содержимое, иначе агар
останется
на
дне,
и
застынет
только
нижний
слой
среды.
В боксе среду разлить по стерильным чашкам Петри или пробиркам. Проверить на бактериальное заражение, выдержав 3-4 дня при комнатной температуре. В дальнейшем лучше хранить в
холодильнике, так как там среда меньше испаряется.
5.
Среда
Прата
для
хранения
коллекции
культур
водорослей
Длительно выдерживать зеленые водоросли без пересева не рекомендуется, так как водоросли
могут прекратить свой рост в результате самоотравления продуктами жизнедеятельности. Признаками такого угнетения могут служить пожелтение культуры, появление белесого оттенка на
среде и ее помутнение. Сохранить коллекцию водорослей можно на твердых питательных средах, где рост культуры замедлен, поэтому частые пересевы не требуются (раз в месяц, а если
хранить при слабом рассеянном свете при температуре 10-15оС, то и раз в два месяца).
Состав среды Прата (г/литр раствора):
КNO3 - 0.10
MgSO4*7H2O - 0.01
K2HPO4 - 0.01
FeCl3*6Н2О - 0.001
агар-агар - 12 г
Среду простерилизовать.
Приложение А
Питательные среды для растительных биотехнологических объектов
Успех в культивировании объектов зависит от правильного выбора питательной среды и
тщательности её приготовления. В состав питательных сред входят макро- и микроэлементы
(N, P, K, Ca, S, Mg, Fe, B, Zn, Cu, Co, Mn, J, Mo); витамины В1, В6, В12, РР и другие; углеводы
(сахароза, глюкоза, маннит); фитогормоны (чаще всего цитокинины и ауксины в определенном
соотношении). Ауксины вызывают клеточную дедифференцировку, цитокинины индуцируют
деление дедифференцированных клеток и необходимы для получения каллусных тканей.
На
средах
без
гормонов
растут
“привыкшие”
и
опухолевые
ткани.
Для получения стеблевого морфогенеза снижают содержание ауксинов. Из ауксинов чаще всего
применяют 2,4-дихлорфеноксиуксусную кислоту (2,4-Д) - 0.1-10 мг/л, нафтилуксусную кислоту
(НУК) - 0.1-2 мг/л, ИУК - 1-30 мг/л. Для индукции каллусогенеза используют более высокие
концентрации ауксинов, в дальнейшем ткань может расти при более низком содержании ауксинов. В качестве цитокининов используют кинетин, 6-бензиламинопурин (БАП), зеатин (0.00110 мг/л); из них кинетин наименее активен. В состав некоторых сред входит аденин. Иногда ис18
пользуют гибберелловую кислоту (ГК). В качестве ростактиваторов применяют также кокосовое молоко, дрожжевой экстракт, гидролизат казеина и др.
Состав питательных сред для культивирования биотехнологических объектов зависит от
типа их питания:
- среда без глюкозы - для хлореллы, цианобактерий;
- среда без витаминов и гормонов - для грибов (фузариума, ботритиса) и для ряски
(Lemna);
- среда с азотом, сахарами, витаминами и гормонами - для культивирования клеток и
тканей высших растений.
Разработано много питательных сред, но большинство из них представляют модификации основных: Мурасиге-Скуга (МС), Уайта, Шенка-Хильдебрандта, Гамборга (В5), Линсмайера-Скуга, Хеллера, Чапека и др. Составы питательных сред, получивших наибольшее распространение приведены в справочниках по физиологии растений и биотехнологии. На сайте вы
найдете прописи для базовых сред для культивирования растительных клеток: среда МурасигеСкуга и среда Гамборга, некоторые микробиологические среды.
Последовательность приготовления питательных сред для растительных клеток
Составление питательной среды начинают с приготовления концентрированных (маточных) растворов.
Почему готовят маточные растворы, а не отвешивают соли для приготовления 1 среды?
Для удобства - чтобы не взвешивать все необходимые соли всякий раз, когда вздумается завести культуру. С другой стороны, концентрированные растворы менее подвержены опасности
быть съеденными микроорганизмами, которая существует даже при хранении разбавленных
растворов в холодильнике. Ведь соленые огурцы у вас хранятся гораздо дольше, чем свежие.
Вторая причина, по которой мы готовим маточные растворы - снижение погрешности
при отмеривании необходимого количества солей. Согласитесь, взвесить 5 граммов проще, чем
50 миллиграмов - во всяком случае мерную емкость, которой потом можно будет отмерить 5, 10
или 20 миллилитров найти проще, чем аналитические весы.
Обычно готовят несколько маточных растворов - макроэлементы, хелатное железо,
микроэлементы, хлористый кальций, витамины, хранят их в отдельных колбах, а при приготовлении среды сливают в той последовательности, в какой они перечислены выше. Делается
это для того, чтобы при взаимодействии солей не происходило образование осадка.
Макросоли взвешивают на технических весах, растворяют по отдельности в небольшом
количестве бидистиллята и доводят в цилиндре до объема, в 10 меньшего, чем требуется по
прописи среды, т.е. на 1 литр общего объема питательной среды берут 100 мл раствора макросолей. Иногда эта пропорция изменяется, и концентрация увеличивается не в 10 раз, а более,
соответственно меняется и объем маточного раствора, который берется для приготовления 1
литра питательной среды.
Например, если мы готовим 1 литр (1000 мл) маточного раствора, увеличивая концентрацию солей в нем в 20 раз (масса навески каждой соли * 20), то для приготовления среды берется 50 мл такого концентрированного раствора (как в случае среды Мурасиге-Скуга). Таким
образом, в этим 1 литре маточного раствора у нас 20 порций по 50 мл для приготовления 20
сред (20*50=1000). Если концентрация увеличивается в 25 раз, то берется 40 мл и т.д.
Навески микросолей для хелатного железа растворяют по отдельности, смешивают и доводят до объема с конечной концентрацией 50 мл/л. Раствор должен получится ярко-желтого
цвета, рН 8.0. Неправильное приготовление хелатного железа может привести к выпадению в
осадок после автоклавирования фосфатов кальция или магния.
Навески микроэлементов взвешивают на аналитических весах, растворяют так, чтобы
конечная концентрация соответствовала 5 мл раствора на 1 литр готовой среды, то есть для
приготовления
питательной
среды
мы
будем
брать
по
5
миллилитров.
Полученные растворы сливают в склянки с притертыми крышками, снабжают этикеткой и хранят в холодильнике. Железо-хелатный комплекс хранят в темной склянке.
19
Витамины готовить несколько сложнее. Обычный "чайник" имеет в своем распоряжении витамины в виде растворов - из аптеки, в капсулах. Самая большая проблема - правильно
определить, сколько же граммов или миллиграммов искомого вещества может содержать капсула с витамином. Обычно на коробочке пишут 1%, 5%, 6% раствор тиамин-хлорида, никотиновой кислоты или другого необходимого вам витамина. Это означает, что для его приготовления 1% раствора было взято 1000 миллиграмм вещества, которые растворили в 100 мл воды.
Следовательно, каждый миллилитр этого раствора содержит 10 миллиграмов витамина. Стандартная аптечная расфасовка - капсулы по 1 миллилитру. Значит, в каждой капсуле содержится
10 миллиграммов витамина, если это 1% раствор, 50 мг - если 5%. Если вам требуется 10 миллиграммов определенного витамина, а вы имеете в распоряжении капсулу объемом 1 мл, содержащую 50 мг вещества, то что вы сделаете? Правильно - добавите содержимое этой капсулы
в мерный цилиндр, доведете объем до 50 мл (лучше всего вытянуть раствор из капсулы шприцем и потом несколько раз промыть дистиллятом и шприц, и куапсулу, сливая воду в цилиндр,
где вы производите разбавление. И уже разведенного раствора вы возмете 10 миллилитров.
Витамины разливают по 5 мл в пенициллиновые флакончики или пробирки, ставят в
морозилку и хранят в замороженном виде. Концентрированные растворы готовят с расчетом
добавления 5 мл на 1 литр среды. При составлении среды флакончик с витаминами достают из
холодильника, размораживают, опуская в горячую воду, и выливают в колбу с питательной
средой.
Гормоны (ауксины и цитокинины) сначала растворяют в 2 мл 96oC этилового спирта
(или 0.1 н NaCl) и добавляют 98 мл воды, доводя объем до 100 мл, хранят при температуре 24оС. Гиббереллин легко растворим в воде.
Необходимую навеску агар-агара растворяют 300 мл дистиллированной воды (можно
при подогревании), добавляют сухие органические компоненты, перемешивают. С помощью
мерного цилиндра и пипеток отбирают маточные растворы макросолей, микроэлементов, хелатного железа, гормонов, витаминов и переносят их в колбу на 1 литр с уже растворенным
агаром, доводят рН до необходимого значения с помощью 0.1 н NaOH или HCl. Доводят объем
готовой среды до литра . Среду варят на водяной бане при постоянном помешивании минут 20
до полного растворения агара. Готовую среду разливают в горячем виде по пробиркам или колбам.
Колбы или пробирки закрывают ватными пробками, накрывают целлофаном и затягивают резинкой. Можно закрывать плотной фольгой вместо пробок. Если нет целлофана, то перед
автоклавированием пробирки или колбы закрываются сверху крафтовой бумагой.
Автоклавированную среду, содержащую ауксины, лучше использовать сразу; если среду
необходимо хранить продолжительное время, её помещают в холодильник при 2-4оС.
Некоторые фитогормоны, например гибберелловую кислоту и зеатин, а также аминокислоты
автоклавировать нельзя по причине их термолабильности. В таких случаях среду готовят без
этих веществ, автоклавируют, охлаждают до 50оС, в стерильных условиях добавляют термолабильный компонент, пропущенный через бактерицидный фильтр с размером пор 0.45 мкм, разливают по пробиркам и колбам.
Лабораторная работа 3. Методики культивирования клеток
Начнем с того, что растительные и животные клетки предъявляют совершенно различные требования к условиям культивирования.
Для животных клеток диапазон оптимального существования очень узок. Это касается
и температурных условий, и состава питательных сред (необходимо строго выдерживать pH,
молярность и т.д.), и газового состава. Пожалуй, наименее требовательны они к освещению.
Для выращивания животных клеток всегда используют готовые фабричные питательные среды,
а для длительного поддержания линии нужен термостат. Для некоторых видов клеток газовый
состав воздуха можно обеспечить, поместив флаконы с культурой в эксикатор (емкость с притирающейся крышкой) в который также помещают горящую свечку. Когда эксикатор плотно
закрыт, свеча затухает сама при концентрации углекислого газа в воздухе 5%.
20
Заводить
и
вести
культуру
растительных
клеток
гораздо
проще.
о
Растительные культуры поддерживают при температурах от 22 до 27 С, в темноте или при
освещении. Среды для них - несложные, и их легко приготовить самому.
Культивировать можно на твердых питательных средах с добавлением агар-агара, крахмала или на жидких питательных средах, с использованием мостиков из ваты и фильтровальной
бумаги.
Суспензионные культуры растительных клеток поддерживать гораздо сложнее - необходима мешалка для постоянного перемешивания среды. Иначе эксплант погибнет, в первую очередь, от отсутствия доступа кислорода.
Условия освещения различны в зависимости от поставленных вами задач. Каллусную
ткань обычно получают в темноте. Клональное микроразмножение проводят при освещении. В
качестве источника света лучше пригодны лампы дневного света. Они не нагревают камеру и
имеют более или менее подходящий для растений спектральный состав света.
Лабораторная работа 4. «Микроразмножение томатов или табака черенкованием
побегов».
Материалы и оборудование:
пробирочные растения томатов или табака, пробирки с питательной средой МС, стерильные скальпели, пинцеты, чашки Петри.
Размножать некоторые растения можно путем черенкования в пробирочной культуре.
Для этого растения разрезают на части. Черенки пересаживают в пробирки с питательной средой МС. Размножение черенкованием основано на подавлении апикального доминирования и
активации пазушных меристем путем удаления верхушечного побега. При помещении побега
на питательную среду из пазушных меристем появляется побег. Черенкование проводят с интервалом 14-21 день. Из 1 растения получают 5-8 черенков, за 2-3 месяца это составит 3-5 тысяч
растений (при условии, что вы все делаете правильно и в условиях абсолютной стерильности).
Ход работы:
Пробирочное растение вынуть из пробирки, поместить в стерильную чашку Петри, разрезать на части (отрезок стебля с листом и пазушной почкой), часть стебля над листом должна
быть при этом в 2-3 раза меньше, чем часть ниже листа. Необходимо соблюдать строгую стерильность. Черенки перенести на свежую питательную среде в пробирки. Для предотвращения
попадания микроорганизмов в пробирки обжечь горлышко и ватную пробку в пламени спиртовки. Пробирку поставить в световую камеру. Наблюдать за развитием побега.
Лабораторная работа 5. Получение каллусной ткани у разных растительных объектов
Каллус - определенным образом организованная масса ткани, состоящая из дедифференцированных клеток. Образование и рост каллусной ткани контролируется фитогормонами типа
ауксинов и цитокининов. Под действием ауксинов происходит дедифференцировка, а под влиянием цитокининов - интенсивное деление, в результате которого образуется ткань.
Спонтанное образование каллусной ткани в природе мы можем наблюдать на месте повреждения. Каллусные клетки затягивают рану, а впоследствии дифференцируются в утраченные ткани растения. Например, когда вы черенкуете розы или другие древесные растения, то на
месте нижнего среза, погруженного в воду вырастает мозолеобразое образование - каллус, из
которого затем формируются корни, происходит укоренение черенка. Очень часто каллус формируется на поврежденных корнеплодах моркови (особенно в месте среза листьев), на черешках
кочанов
капусты.
Каллусную ткань также можно получить на искусственных питательных средах, включающих
фитогормоны, используя фрагменты самых разных частей растения: стеблей, корней, тканей
клубня, листьев, зародышей, семядолей и т.д. Такие фрагменты называются эксплантами.
21
Получение каллусной ткани из листьев табака
Табак - классический объект для получения каллусной ткани и дальнейших ее исследований. Клетки табака легко дедифференцируются и переходят к делению, образуя быстро растущую каллусную ткань. Кроме того, в каллусной ткани табака легко вызвать регенерацию.
Каллусообразование очень хорошо идет у основания листьев табака, особенно в зоне,
примыкающей к срединной жилке. Для получения каллуса пригодны как стерильные, так и нестерильные растения. Нестерильные растения стерилизуют в растворе хлорамина, перекиси водорода или других стерилизующих агентов.
Материалы и оборудование:
растения табака любого возраста, стерильные или нестерильные, этанол, 4% раствор
хлорамина, пробирки со стерильной водой (3 штуки), скальпель, пинцет, спиртовка, кафельная
плитка, стаканчик, подставки для инструмента, кисточка, чашка Петри, спички, пробирки со
средой МС с добавлением гормонов: 2 мг 2,4-Д и 0,2 мг кинетина на литр среды.
Ход работы:
Листья табака промыть в мыльном растворе, отмыть от мыла водопроводной водой, ополоснуть дистиллированной. Погрузить на 1 минуту в стаканчик с этанолом, вынуть, после чего
поместить в чашку Петри и залить стерилизующим раствором на 10 минут. Раствор слить, промыть трижды стерильной дистиллированной водой из пробирок, в каждой из порций держать
не менее 5 минут.
Если берутся пробирочные растения, то предварительная стерилизация не требуется.
Стерильные листья табака положить на предварительно обожженую кафельную плитку, стерильным скальпелем вырезать фрагменты у основания листьев, прилегающие к средней жилке,
длиной 1-1.5 см, шириной 1 см. Перенести подготовленные участки листьев в пробирки или
чашки Петри с питательной средой МС, содержащей гормоны, поместить в термостат при температуре 26оС. Через 3 недели рассмотреть и зарисовать результат.
Лабораторная работа 6. Получение и культивирование каллуса из стебля картофеля
Материалы и оборудование:
стерильные растения картофеля в пробирке или нестерильные проростки клубней картофеля, длиной 10-15 см., этанол, 4% раствор хлорамина, пробирки со стерильной водой (3 штуки), скальпель, пинцет, спиртовка, кафельная плитка, стаканчик, подставки для инструмента,
кисточка, стерильная чашка Петри, спички, чашки Петри или колбы со средой МС (с добавлением
гормонов
4
мг
2,4-Д
и
0.2
мг
кинетина
на
литр
среды).
В ответ на поранение паренхимные клетки, помещенные в питательную среду, содержащую
фитогормоны, дедифференцируются, переходят к делению и образуют каллус. У кар-тофеля
каллус может быть получен из тканей стебля, листа, клубня, пыльника.
Ход работы:
Если используется стерильное растение из пробирки, то горлышко пробирки обжечь
спиртом. Пинцетом вынуть стерильное растение из пробирки и поместить его в стерильную
чашку Петри. Если берется нестерильное растение, то после промывки его оставляют в чашке
Петри. Придерживая крышку в полуоткрытом состоянии, стерильным скальпелем вырезать
скальпелем участки стебля длиной 5-10 мм, не захватывая междоузлия. Обжечь инструменты,
перенести вырезанный участок на плитку, надсечь экспланты в нескольких местах для появления в дальнейшем раневого каллуса. Поместить их в колбу или чашку Петри со стерильной
средой, чуть вдавливая их пинцетом, для усиления контакта со средой. В одну чашку Петри
помещают 5-10 эксплантов. Закрыть колбу или чашку Петри. Чашки Петри заклеить парафилмом или пищевой пленкой. Поместить в термостат без освещения и выдержать 3 недели при
температуре 22-25оС. Через 3 недели рассмотреть и зарисовать образовавшийся каллус.
Получение и культивирование каллусной ткани из зародышей пшеницы
Материалы и оборудование:
22
Зрелые зерновки пшеницы, пробирки со стерильной средой Гамборга с добавлением 5
мг на литр 2,4-Д, стерильный пинцет, скальпель, кисточка, стаканчик с этанолом, 4% хлорамин,
чашка Петри, кафельная плитка, колба со стерильной водой, спиртовка, спички.
Каллусы, полученные из зародышей пшеницы, используют для селекции растений на солеустойчивость, засухоустойчивость, устойчивость к другим неблагоприятным факторам.
Ход работы:
Семена пшеницы промыть водой с мылом, затем водопроводной водой, ополоснуть дистиллированной водой. Поместить в чашку Петри, залить этанолом на 5 минут, этанол слить в
стаканчик, залить хлорамином на 15 минут, трижды промыть стерильной дистиллированной
водой, выдерживая по 5 минут в каждой смене. Зерновку пинцетом поместить на плитку, вычленить зародыш, разрезать его поперек на 2 части. Верхнюю половинку зародыша, обращенную в зерновке к центру, поместить срезом на поверхность питательной среды в пробирке. Поместить в климокамеру при температуре 25оС. Через три недели рассмотреть, зарисовать результаты.
Лабораторная работа 7. Поддержание и сохранение клеточных культур
Поддержание и сохранение культуры картофеля
Материалы и оборудование:
Пробирки с растениями картофеля, стерильный пинцет, скальпель, кисточка, стаканчик
с этанолом, чашка Петри, кафельная плитка, спиртовка, спички, пробирки с питательной средой МС.
Для замедления роста растений из черенков ТУР (ретардант, применяемый в сельском
хозяйстве против полегания стеблей растений - хлорхолинхлорид, ССС) в концентрации 0.4-0.5
мл/л добавляют в среду МС, при этом промежуток между двумя последующими черенкованиями увеличивается с 1 до 4 месяцев, а высота со сближенными междоузлиями не превышает 3-4
см. Растения приобретают темно-зеленую окраску.
Одним из способов сохранения и поддержания коллекции in vitro является клубнеобразование в пробирках. На процесс образования клубней in vitro оказывает влияние фотопериод,
температура, ростовые вещества, содержание сахарозы в питательной среде.
Ход работы:
Черенки переносят на модицифированную питательную среду МС для образования
клубней картофеля, ее компоненты:
Макроэлементы по прописи МС
Микроэлементы по прописи МС
Источники железа
Витамины по прописи МС + аденин - 0.25 мг/л
Источник углерода: сахароза - 70 г/л
Агар-агар - 7 г/л
Гормоны: ИУК - 1 мг/л
рН готовой среды 5.6-5.8.
Культивирование черенков проводится под люминесцентными лампами при 10 часовом
фотопериоде, освещенности 3.5-4 тыс. люкс, влажности 70%. После трехнедельного выдерживания на 10-часовом фотопериоде растения переносят на 2 суток в темноту, а затем на 16 часовой период и оставляют в этих условиях до завершения клубнеобразования. После отмирания
растений и достижения микроклубнями размера 0.7-1.4 см их извлекают из пробирок (в стерильных условиях) и хранят в пробирках, закрытых ватными пробками, в холодильнике, при
температуре +2 - +4оС.
2.2.Методические указания к выполнению лабораторных работ
Успешное освоение студентами курса данной дисциплины, зависит, прежде всего, от систематической подготовки к лабораторным занятиям, вдумчивого отношения к их выполнению.
23
Перед лабораторным занятием необходимо ознакомиться с теоретическими вопросами,
относящимися к рассматриваемой теме. Для этого используется материал учебников, учебных
пособий, конспектов лекций.
К каждому занятию представлены контрольные вопросы, на которые надо обратить
внимание при подготовке. По этим вопросам будет проводиться собеседование, тестирование и
другие формы контроля. Эти вопросы могут быть использованы преподавателем при отчете
студента за лабораторное занятие.
На лабораторном занятии студент должен внимательно прочитать содержание занятия и
методику выполнения лабораторной работы. При необходимости нужно уточнить у преподавателя объект и вариант исследования, просмотреть оборудование на своем и общем столах, затем
приступить к выполнению работы.
Лабораторные работы оформляются в рабочей тетради: указывается название работы,
задания, ход работы. Делаются необходимые рисунки, каждый из них должен иметь нумерацию, название, обозначаются и подписываются все элементы. После получения результатов
формулируются выводы.
Отчет по лабораторной работе может быть принят преподавателем на этом же занятии
либо на следующем.
Приложение 3.
Самостоятельная работа студентов
3.1.Задания для самостоятельной работы
Домашняя контрольная работа № 1
1. Какое из приведенных определений является правильным?
А) Гибридомы – это клетки, полученные путем слияния опухолевых клеток с нормальными клетками животного или растения.
Б) Гибридомы – это клетки, полученные путем слияния протопластов с нормальными
клетками животного или растения.
В) Гибридомы – это клетки, полученные путем слияния паренхимных клеток с нормальными клетками животного или растения.
Г) Гибридомы – это клетки, полученные путем слияния яйцеклеток с нормальными клетками животного или растения.
2. Вставьте в данное предложение необходимое слово – Методы диагностики заболеваний
основаны на обнаружении в крови больного человека или животного специфических ...... .
А) аминокислот, Б) ДНК, В) антител, Г) рибосом, Д) плазмид.
3. Распределите продукты генной инженерии по сферам их использования – фармакология
и пищевая промышленность. (ферменты, пищевые добавки, искусственные подсластители,
ароматические вещества, антибиотики, гормоны, пищевые красители, витамины)
4. Какие препараты являются продуктами микробиологического производства на основе
генно – инженерных технологий?
А) гормоны, Б) аминокислоты, В) витамины, Г) ферменты, Д) факторы иммунитета, Е)
инсектициды, Ж) подсластители, З) интерфероны.
24
5. Укажите последовательность реакций при синтезе белка в дрожжевой клетке. Используйте данные слова и словосочетания. (инициация транскрипции, транскрипция, абберация,
удаление интронов, трансляция, сплайсинг)
6. Что происходит с нуклеиновыми кислотами, попадающими в организм человека вместе
с продуктами питания?
А) проникают в клетки эпителия кишечника и там встраиваются в обмен веществ,
Б) разлагаются экзонуклеазами,
В) ничего не происходит,
Г) в продуктах питания нуклеиновые кислоты обычно не содержатся.
7. Если вы правильно решите кроссворд, то прочтете название вектора переноса генов.
1
2
3
4
5
1. РНК – зависимая ДНК полимераза.
2. Фермент, который осуществляет связывание фрагментов ДНК.
3. Фермент, который осуществляет синтез ДНК на матрице ДНК.
4. Фермент, который сокращает двойную спираль ДНК с обоих концов.
5. Фермент, который осуществляет синтез нуклеотидов на концевых участках ДНК.
Домашняя контрольная работа № 2
1. Расположите продукты в порядке уменьшения времени брожения
а) солома, б) рожь, в) посевы зерновых культур, г) редька, д) яйца, е) древесина.
2. Расположите данные организмы в порядке увеличения времени брожения
а) Clostridium thermocellum, б) Zymomonas, в) Clostridium thermoaceticum.
3.Какие процессы в метаногенезе являются промежуточными и в конечном итоге ведут к
образованию метана?
А) полное окисление углеводов, Б) маслянокислое брожение, В) уксуснокислое брожение,
Г) образование лизина, Д) разложение целлюлозы.
4. В метанотенк поместили слишком много древесных стружек. Выберите действия, в результате которых метаногенез ускорится.
а) энергичное перемешивание, б) добавление воды, в) добавление сернокислого аммония,
г) добавление водорода, д) добавление активного ила из метанотенка, е) добавление активной
массы из спиртового ферментера.
5. Какие микроорганизмы можно использовать для получения водорода?
А) метилтрофы, Б) метанотрофы, В) ацетогены, Г) цианобактерии, Д) дрожжи, Е) красные
водоросли.
6.
Вставьте пропущенные слова – В биотопливном элементе, работающем на основе
анаэробных микроорганизмов, функционируют катод и анод. Где находятся бактерии?
А) на аноде, Б) на катоде, В) в иле.
Что является топливом в биотопливном элементе?
А) питательная среда бактерий, Б) бензин, В) бактерии.
7. Можно ли купаться в биологическом пруду?
А) да, и очень приятно, там вода теплая,
Б) нет, там плохо пахнет,
В) нет, там могут быть патогенные бактерии,
Г) да, там вода очищена.
8. Зооглей – это …
а) один из компонентов активного ила,
б) сообщество бактерий, покрытых общей оболочкой,
в) иммобилизованные бактерии и водоросли,
25
г) симбиоз организмов, покрытых общей слизистой оболочкой.
9. Может ли активный ил содержать тяжелые металлы?
А) да, Б) нет.
10. Укажите допустимое количество кишечных палочек в 1л московской водопроводной
воды?
А) 1, Б) 10, В) 100, Г) много.
11. Расположите способы очистки стоков в порядке уменьшения степени эффективности а) биологические пруды,
б) поля фильтрации,
в) биологические фильтры,
г) поля орошения.
12 Где наблюдается самая сильная минерализация органических веществ при самоочищении водоемов?
А) в зоне сильной загрязненности,
Б) в зоне средней загрязненности,
В) в зоне слабой загрязненности.
13.При каких способах обработки может образоваться болотный газ?
А) анаэробное сбраживание отходов в метантенках,
Б) аэробная переработка сточных вод в аэротенках,
В) биокомпостирование твердых отходов,
Г) захоронение твердых бытовых отходов.
14. Укажите, как изменяются свойства культур при различных способах сохранения генофонда.
Субкультивирование Депонирование
Криосохранение
Генетическая стабильность
Генетическая изменчивость
Дыхание интенсивное
Дыхание ослабленное
Дыхание практически отсутствует
Питание интенсивное
Питание ослабленное
Питание практически отсутствует
15. Какой фактор может привести к оскудению генофонда Земли?
А) лес,
Б) человек,
В) токсины растений,
Г) хищные животные.
16.Какие явления недопустимы при криосохранении?
А) сохранение обмена веществ,
Б) обезвоживание протоплазмы,
В) сохранение генетического материала,
Г) образование льда.
17. Укажите, на какие факторы необходимо обращать внимание при различных способах
сохранения генофонда.
Субкультивирование Депонирование
Криосохранение
Температура умеренная
Температура пониженная
Температура очень низкая
Освещение интенсивное
26
Освещение ослабленное
Питание интенсивное
Питание ослабленное
Влажность повышенная
Влажность пониженная
Домашняя контрольная работа № 3
«Методы биотехнологии с использованием растительных и животных клеток»
1. Как следует модифицировать P. putida, чтобы получился штамм, эффективно разрушающий трихлорэтилен?
2. Опишите процедуру клонирования целлюлазных генов грибов.
3. Как используются альфа-амилаза и глюкоамилаза в промышленном производстве этанола? Какие манипуляции с кодирующими эти ферменты генами следует провести, чтобы повысить эффективность процесса?
4. Что представляет собой фермент глюкозо-изомераза? В чем состоит ее ценность? как и
зачем можно модифицировать кодирующий ее ген?
5. Опишите достоинства и недостатки использования Zymomonas mobilis вместо Saccharomyces cerevisiae при производстве этанола. Как повысить эффективность промышленного
использования Z. mobilis?
6. Как с помощью генноинженерных методов модифицировать Z. mobilis, чтобы можно
было пользовать этот микроорганизм для производства этанола из ксилозы?
7. Взяв три штамма Pseudomonas, один из которых используется фенол в качестве
единственного источника углерода при 0 С, второй расщепляет антрацен с образованием катехола пр 35 С, а третий расщепляет n-толуол с образованием протокатехоата при 35 С,
предложите стратегию создания штамма, который сможет использовать в качестве единственного источника углерода фенол, антрацен или n- толуол при 0 С.
8. Как модифицировать штамм Pseudomonas, несущий плазмиду pWWO и не способный
расщеплять 4-этилбензоат, чтобы он мог утилизировать это соединение?
9. Предложите стратегии выделения прокариотических эндоглюканазных и бета- глюкозидазных генов.
10. Что такое «супербацилла»?
11. Как повысить эффективность образования силоса, проводя манипуляции с Lactobacillus plantarum?
12. Как следует модифицировать бактерии рубца, чтобы они обеспечивали крупный рогатый скот незаменимыми аминокислотами?
Подготовка презентаций на тему: «Биотехнология и проблемы экологии и охраны
окружающей среды»
1.Рекомбинантные продуценты биологически активных веществ и проблемы объективной
информации населения.
2.Классификация отходов. Очистка жидких отходов.
3.Создание методами генетической инженерии штаммов микроорганизмов-деструкторов с
повышенной способностью к деструкции веществ, содержащихся в жидких отходах,
4.Основные характеристики штаммов деструкторов.
5.Уничтожение или утилизация твердых (мицелиальных) отходов.
Составить презентации по вышеперечисленным темам, для более глубокого раскрытия
экологических проблем, целесообразно использовать следующий план.
Презентации составляются группой студентов, состоящей из 3-5 человек, примерное количество слайдов - 10 -12. Вопросы предварительно необходимо распределить, что бы каждая
группа студентов работала над своей проблемой, затем презентации представляются всем студентам для ознакомления с проблемой.
27
 Рекомбинантные продуценты биологически активных веществ и проблемы объективной информации населения.
 Организация контроля за охраной окружающей среды в условиях биотехнологического производства.
 Классификация отходов. Соотношение различных видов отходов. Очистка жидких
отходов. Схемы очистки. Аэротенки. Активный ил и входящие в него микроорганизмы.
 Создание методами генетической инженерии штаммов микроорганизмовдеструкторов с повышенной способностью к деструкции веществ, содержащихся в жидких отходах.
 Основные характеристики штаммов деструкторов. Их неустойчивость в природных
условиях. Сохранение штаммов на предприятиях. Нормы внесения биомассы штаммов при пиковых нагрузках на очистные сооружения.
 Уничтожение или утилизация твердых (мицелиальных) отходов. Биологические, физико-химические, термические методы обезвреживания мицелиальных отходов. Утилизация
мицелиальных отходов в строительной промышленности. Использование отдельных фракций
мицелиальных отходов в качестве пеногасителей и др.
 Очистка выбросов в атмосферу. Биологические, термические, физико-химические и
другие методы рекуперации и обезвреживания выбросов в атмосферу.
Примерная тематика рефератов
Биотехнологии, не требующие генной инженерии:
1) Анаэробная очистка сточных вод.
2) Экстенсивная аэробная очистка сточных вод: биопруды, поля фильтрации и орошения.
3) Биофильтры; строение очистных сооружений.
4) Активный ил (характеристика, получение, факторы, влияющие на использование активного ила).
5) Ферменты, производимые биотехнологически. Особенности производства ферментов.
6) Применение антибиотиков в сельском хозяйстве.
7) Микробиологическая трансформация химических соединений.
8) Биотехнология в металлургии.
Принципы использования генной инженерии в биотехнологии:
1) Способы отбора рекомбинантных клонов.
2) Методы нерестрикционного и рестрикционного получения фрагментов ДНК.
3) Векторная молекула. Способы введения ДНК в векторную молекулу.
4) Первые использованные векторы - плазмиды, основные их характеристики, определяемые
плазмидами свойства микроорганизмов.
5) Требования к векторной молекуле.
Особенности используемых в биотехнологии генно-инженерных методов:
1) Способы улучшения секреции белка. Секреторные векторы.
2) Регуляция репликации плазмид. Факторы, ограничивающие экспрессию генов.
3) Векторы на основе фага лямбда.
5) Синтез секретируемых белков бактерий. Сигнальный пептид и прочие факторы, определяющие секрецию пептидов.
Разнообразие организмов продуцентов:
1) Актиномицеты, коринебактерии.
2) Вектора для Saccharomyces cerevisiae, прочих дрожжей.
3) Использование клеток насекомых, бакуловирусы.
4) Вирусные векторы для животных: паповавирусы, вирус осповакцины, аденовирусы,
парвовирусы, ретровирусы.
5) Растительные векторы: транспозоны, вирусы. Способы трансформации растительных организмов.
6) Растительные векторы: Ti-плазмиды.
28
7) Роль генной инженерии в сельском хозяйстве.
Частные примеры использования биотехнологии:
1) Интерфероны и их получение.
2) Иммуноглобулины - особенности их строения и получения.
3) Белковые гормоны человека и животных: соматотропин, инсулин.
4) Схема получения генно-инженерных вакцин, примеры.
5) Генная инженерия и наука: Использование сигнальных пептидов и флуоресцирующих
белков.
3.2.Методические указания к выполнению самостоятельной работы
Самостоятельная учебная работа студентов – это усвоение содержания образования и
формирование профессиональных умений и навыков во внеаудиторное время по темам или
разделам тем, определенным рабочей программой учебной дисциплины для самостоятельного
изучения.
Цель самостоятельной учебной работы студентов – освоение знаний и навыков профессиональной деятельности по соответствующей специальности.
При преподавании дисциплины «Введение в биотехнологию» предусмотрено как СРС
без участия преподавателей, так и под контролем преподавателя.
Основными видами самостоятельной работы студентов без участия преподавателей являются:

формирование и усвоение содержания конспекта лекций на базе рекомендованной
лектором учебной литературы, включая информационные образовательные ресурсы (электронные учебники, электронные библиотеки и др.);

написание рефератов;

подготовка к лабораторным работам, их оформление;

составление аннотированного списка статей из соответствующих биологических
журналов;

выполнение микроисследований;

подготовка практических разработок;

компьютерный текущий самоконтроль и контроль успеваемости на базе электронных обучающих и аттестующих тестов.
Основными видами самостоятельной работы студентов с участием преподавателей являются:

текущие консультации;

коллоквиум как форма контроля освоения теоретического содержания дисциплин;

прием и защита лабораторных работ (во время проведения л/р);

выполнение учебно-исследовательской работы (руководство, консультирование и
защита УИРС).
Рекомендации по написанию реферата
При написании реферата, сообщения или иной письменной работы оценивается не только
содержание, актуальность темы и глубине ее научной разработки, но и методическая культура
выполнения, одним из показателей которой является правильная композиция материала.
Работу следует начинать с введения именно потому, что ход восприятия постороннего, не
знающего темы исследования или смотрящего на него отстраненно, человека требует постепенного вхождения в курс дела.
Введение начинается с обоснования актуальности выбранной темы. Достаточно в объеме
1 - 1,5 страниц кратко обрисовать сущность сложившейся в современной науке ситуации в связи с вашей темой.
Переходя к описанию степени разработанности темы в современной научной литературе,
вы должны продемонстрировать достаточно глубокое знакомство с имеющимися источниками,
способность к критическому мышлению и объективной оценке сделанного вашими предшественниками в освоении этой темы. Задача этого раздела в том и состоит, чтобы показать чита29
телю, что в исследовании темы уже сделано, а что не сделано, что является относительным "белым пятном". Этот раздел логически предшествует формулировке цели вашего исследования.
Цель вытекает из наличия чего-то неисследованного в теме.
Формулировка цели должна быть максимально четкой и краткой, а также полной и логически корректной.
Сформулированная общая цель исследования составляет его стратегию, и потому требует
постановки конкретных тактических задач.
В отличии от цели, которая одна, задач должно быть несколько. В совокупности они образуют общую тактику реализации поставленной цели, а по отдельности представляют собой последовательные шаги продвижения к ней.
Фактически основная часть текста - это постепенное решение поставленных во введении
задач. Поэтому часто формулировки задач совпадают или почти совпадают с названиями глав и
параграфов основной части. Задачи подаются во введении в форме перечисления.
Основными методологическими понятиями научного произведения являются объект и
предмет исследования.
Объект исследования - это явление или процесс объективной реальности, на который
направлен научный поиск автора работы.
Предмет исследования представляет собой фрагмент объекта, подвергающийся непосредственному изучению.
Обязательным требованием к тексту введения является указание методов, которыми пользовался автор. Такие методы могут быть различными: как общенаучными, так и конкретнонаучными, как аналитическими, так и дескриптивными (описательными). Кроме того, любой
исследователь работает в рамках какой-то философской методологии, например, диалектической или феноменологической, что также нужно указать. В любой работе найдет себе место
сравнительно-исторический метод, а также традиционные логические методы мышления, такие,
как дедукция и индукция.
В конце введения обычно характеризуется общая структура работы, то есть просто перечисляются по порядку ее элементы.
Содержание основной части работы диктуется требованиями темы. Принципиально важно
соблюдать субординацию общей темы работы, названий глав и параграфов. Названия параграфов должны быть сформулированы так, чтобы не выходить за пределы, очерченные названием
объединяющей их главы.
Заключение, как структурный элемент работы, выполняет важнейшую функцию. Текст
заключения должен быть написан так, чтобы выводы соотносились с поставленными во введении целью и задачами исследования. В заключении вы как бы отчитываетесь о проделанной работе и осуществляете синтез на базе проведенного анализа.
Рекомендации по оформлению презентаций
1) Использовать шрифт Arial. Практически идеален, минимум лишних деталей, проще
воспринимается, чем шрифты типа Times. Размер шрифта заголовков слайдов 16 – минимум
(если очень длинный, лучше 18-20).
 Используйте не более двух шрифтов (один для заголовков, один для текста).
 Не используйте для заголовков и текста похожие шрифты.
 Тени уменьшают четкость без увеличения информативности. Не используйте тени
только потому, что это выглядит «красивей».
2) Каждый слайд должен иметь заголовок. Рисунки должны быть снабжены подписями,
а диаграммы и графики обязательно иметь подписи осей.
3) Видовое название организма следует писать курсивом, например Escherihia coli.
4) Фон презентации имеет важное значение, например, черный, темно-синий, красный,
желтый цвет фона раздражает и напрягает. Фон, имеющий цвет салатовый, белый, слабо розовый, слабо голубой – наиболее предпочтителен. Картинки в качестве фона лучше не использовать.
30
5) На каждом слайде нужно ставить номер страницы и общее количество страниц, чтобы
знать, сколько осталось до конца, например 6/16 (6 страница, всего 16 страниц).
6) Все элементы оформления на абсолютно всех слайдах должны быть выдержаны в одном стиле и быть достаточно крупными. В смысле – гарнитура и кегль, начертание, цвет, даже
расположение однотипных надписей.
7) В отличие от статей в журналах – никаких цифр на рисунках! Всё должно быть обозначено буквами. Используйте цветовое кодирование. Вместо, к примеру, «линия, обозначенная
на правом рисунке цифрой один…» можно будет просто сказать «красная линия…».
8) Число слайдов не должно быть большим. Минута на простой слайд (типа названия),
две на сложный (типа выводов).
9) Избегайте сплошного текста. Лучше используйте нумерованные и маркированные
списки. Используйте краткие предложения или фразы. Не переносите слова.
10) Будьте осторожны в использовании светлых цветов на белом
фоне, особенно зеленого цвета. То, что хорошо выглядит на мониторе, плохо выглядит при докладе, поскольку мониторы, проекторы и принтеры по-разному представляют цвета. Используйте темные, насыщенные цвета, если у вас светлый фон. Это же касается тонких линий.
11) Помещайте картинки левее текста: мы читаем слева-направо, так что смотрим вначале на левую сторону слайда.
Приложение 4.
Контролирующие и оценочно-диагностические материалы по дисциплине
4.1. Технологическая карта дисциплины
федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего профессионального образования
«Тобольская государственная социально-педагогическая академия им. Д.И. Менделеева»
Факультет биолого-химический
ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ КАРТА
Ф.И.О. _________________________________________________________________________________________
Наименование образовательной программы, профиля: «Биология» Профиль «Биоэкология»
Год обучения: ___________________________________________________________________________________
Семестр: 7
Наименование дисциплины: «Введение в биотехнологию»
Количество аудиторных часов на дисциплину: _____72__________________________________________________
Форма отчётности: зачет___________________________________________________________________________
Ф.И.О. преподавателя: Мирюгина Татьяна Андреевна
Утверждено на заседании кафедры ________________ 20__г. протокол №__ .
Аудиторные занятия
Лекции
31
№
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Тема лекционного занятия
Формы работы
Максимальное
Модуль (атколичество балтестация)
лов
Предмет и задачи биотехнологии.
Конспектирование
лекционного материала
Биотехнология полуКонспектирование
чения и использования лекционного матеферментов
риала
Генетическая инженеКонспектирование
рия, принципы, возмож- лекционного матености.
риала
Клеточная инженерия.
Конспектирование
Культура эукариотиче- лекционного матеских клеток животных
риала
Получение, культивиро- Конспектирование
вание и гибридизация
лекционного матепротопластов
риала
Биотехнология получе- Конспектирование
ния и использования
лекционного матеферментов.
риала
1
1
1
1
1
2
1
2
1
2
1
3
Экологическая биотехнология. Защита окружающей среды
1
3
Конспектирование
лекционного материала
Отметка о
выполнении
Практические занятия
№
Тема практического занятия
Формы работы
Защита лабораторной работы
Фронтальный опрос
по теме
Питательные среды для Защита лаборатормикроорганизмов и их
ной работы
приготовление
Выполнение аудиторной контрольной
работы № 1
Методики культивирова- Защита лабораторния клеток
ной работы Фронтальный опрос по
теме
Микроразмножение тоЗащита лабораторматов или табака черен- ной работы
кованием побегов
Выполнение аудиторной контрольной
работы № 2
Получение каллусной
Защита лабораторткани у разных растиной работы Фронтельных объектов
тальный опрос по
теме
1. 1
Правила стерильной работы в лаборатории
2.
3.
4.
5.
32
Максимальное
Модуль (ат- Отметка о
количество балтестация)
выполнении
лов
2
1
2
2
1
2
2
2
2
2
2
2
2
3
2
6. Получение и культивирование каллуса из стебля
картофеля
7. Поддержание и сохранение клеточных культур
Защита лабораторной работы
2
Защита лабораторной работы
Выполнение аудиторной контрольной
работы № 3
2
3
3
4
Самостоятельная работа
№
Тема
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
Форма работы
Краткая история Составление таблицы
развития биотех- «Классификация современнологии.
ных биологических агентов»
Составить конспект «История формирования биотехнологии и периодизация
ключевых этапов».
Выполнение домашней контрольной работы № 1
Составление аннотированных списков информационных ресурсов по биотехнологии.
Генная и клеточ- Составить конспект «Мифы
ная инженерия.
и реальные риски генноинженерных технологий и продуктов».
Составление таблицы «Технологии получения, области
и перспективы
применения трансгенных
растений».
Выполнение домашней контрольной работы № 2
Составление тематического
глоссария «Биотехнология»
Экологическая
2
Составление аннотаций небиотехнология.
скольких (5 – 6) научнопопулярных биологических
изданий.
Подготовка презентации на
тему: «Биотехнология и проблемы экологии и охраны
окружающей среды»
3
Подготовка реферата по тематике модуля (1 реферат
для каждого студента, тема
модуля – по выбору ).
Выполнение домашней кон33
Максимальное
Модуль (аттеколичество
стация)
баллов
3
1
4
1
5
1
3
3
2
5
2
2
2
4
2
5
4
5
3
3
3
3
Отметка о
выполнении
трольной работы № 3
Рубежные баллы рейтинговой системы оценки успеваемости студентов
Вид аттестации
Экзамен
Соответствие рейтинговых баллов и академических оценок
Удовл.
Хорошо
Отлично
61-72 баллов
73-86 баллов
87-100 баллов
4.2. Тестовые задания для текущего контроля знаний по дисциплине
Аудиторная контрольная работа № 1
1. Вставьте пропущенные слова – «Биотехнология – это интеграция … . и …
наук
позволяющая наиболее полно реализовывать возможности…. организмов для производства … и … решения проблем в области …. среды. (живых, продуктов питания, лекарственных преп., инженерных, энергетики и охраны окружающей, естественных)
2. Охарактеризуйте основные разделы биотехнологии:
А) клеточная инженерия –
Б) генетическая инженерия –
В) биологическая инженерия –
варианты ответов –
а) основана на получении гибридных молекул ДНК и введении этих молекул в клетки
других организмов,
б) основана на изучении биологических особенностей клеток и внедрении компьютерных
методов контроля технологических режимов, позволяющих максимально реализовать полезные
свойства клеток,
в) основана на возможности выращивания клеток и тканей in vitro и на их способности к
соматической гибридизации.
3. Могут ли бактерии синтезировать белки лягушки (если соответствующий ген ввести в
бактерию)?
А) не могут (белки лягушки крупнее), Б) могут (а почему бы и нет), В) не могут (лягушка
относится к эукариотам).
4. Чем отличаются соматические клетки животных от соматических клеток растений?
А) соматические клетки животных не могут размножаться,
Б) соматические клетки животных не могут давать начало новому организму,
В) из соматических клеток животных нельзя получать протопласты.
5. Найдите правильные ответы – Культура изолированных клеток и тканей может быть использована:
А) при фундаментальных научных исследованиях, Б) для клонального микроразмножения, В) для селекционной работы, Г) для получения вторичных метаболитов, Д) для хлебопечения, Е) для производства синтетических волокон, Ж) при получении биогаза.
6.Распределите компоненты питательных сред по группам - K, Zn, гиббереллин, Ca, Na, P,
Fe, Cl, ауксин, N.
Углеводы –
Фитогормоны –
Макроэлементы Микроэлементы Витамины 7.В океане обнаружена губка, подавляющая рост патогенных грибов. Как лучше всего
применять ее для борьбы с грибными заболеваниями?
А) выявить ген, ответственный за образование данного вещества; ввести его в геном
дрожжей и получить активное вещество с помощью дрожжей;
Б) построить океанариум и выращивать губку в оптимальных условиях;
34
В) получить данное вещество с помощью культуры ткани губки;
Г) собирать организмы на дне океана, размалывать и применять;
Д) определить структуру данного вещества и синтезировать химическим путем.
8. Выберите условия культивирования каллусных культур:
1. стерилизация питательной среды,
1. освещение хорошее,
2. стерилизация воздуха в комнате,
2. освещение слабое,
3. стерилизация поверхности растения – экспланта,
3. температура равна 25 0С,
4. стерилизация посуды,
4. температура равна 180 С,
5. в питательную среду добавляют сахар,
5. температура равна 320 С,
6. в питательную среду добавляют NH4NO3,
6. влажность равна 90%,
7. в питательную среду добавляют K2HPO4,
7. влажность равна 60%,
8. в питательную среду добавляют микроэлементы,
8. влажность равна 30%,
9. в питательную среду добавляют абсцизины,
9. аэрация высокая
9.
Какой формы протопласт?
А) как амеба,
Б) эллипсоидной,
В) круглой.
Аудиторная контрольная работа № 2
1. Какие соединения можно отнести к числу вторичных?
А) белки, Б) аминокислоты, В) жиры, Г) сахара, Д) алкалоиды, Е) терпеноиды, Ж) фенольные
соединения, З) антоцианы, И) клетчатка, К) витамины.
2. Какие факторы способствуют усилению синтеза вторичных соединений в клеточных
культурах растений?
А) углеводы, Б) гормоны (гормоноподобные соединения), В) мутагены, Г) освещение, Д) ультрафиолетовое облучение, Е) дополнительное увлажнение.
3. Отметьте положительные и отрицательные стороны разных способов получения винкамицина, образуемого барвинком.
А) Выращивание растений на обычном поле,
Б) Выращивание растений в оптимальных условиях (в оранжерее),
В) Получение винкамицина с помощью культуры ткани барвинка,
Г) Выявление гена, ответственного за образование винкамицина, введение его в геном дрожжей
и получение винкамицина с помощью дрожжей,
Д) Определение структуры винкамицина и синтезирование химическим путем.
А
Б
В
Г
Д
Небольшие затраты
Независимость от погодных условий
Независимость от дорогостоящих веществ
(гормоны, ростовые вещества)
Полный контроль за производством препаратов
Низкая цена
Не требуются работники высокой квалификации
Вырождение культуры исключено
Возможность получения чистого продукта
4. Имеются 2 штамма, способные синтезировать необходимое вещество. Выберите тот, который вы считаете более перспективным.
А) Образует хорошие плотные колонии на чашке Петри; в биореакторах быстро накапливает
большую биомассу (до 30 г на 1 л питательной среды); полностью в течение суток использует
35
питательные вещества; содержание необходимого вещества 1 %, оно прочно связано с компонентами клетки.
Б) Образует рыхлые колонии на чашке Петри; в биореакторах медленно накапливает биомассу
(до 10г на 1л питательной среды в сутки); в течение суток питательные вещества использует не
полностью; содержание необходимого вещества 10 %, оно не связано с компонентами клетки, а
находится в вакуолях.
5. Какие ферменты необходимы для конструирования рекомбинантных ДНК?
А) рестриктазы
Б) ДНК – лигазы
В) инвертазы
Г) гидроксилазы
6. Что является основой генетической инженерии?
А) создание рекомбинантной ДНК,
Б) выделение ДНК из организма,
В) расщепление ДНК на фрагменты,
Г) выделение хромосом,
Д) получение плазмид.
7. Какое определение неверно?
А) Ген – это участок молекулы ДНК, расположенный в хромосоме.
Б) Ген – это участок молекулы ДНК, расположенный в хлоропласте.
В) Ген – это участок молекулы ДНК, расположенный в митохондрии.
Г) Ген – это участок молекулы ДНК, расположенный в оболочке.
8. Отметьте векторы, которые наиболее часто используются при проведении генно – инженерных работ:
А) плазмиды, Б) вирусы, В) бактерии, Г) дрожжи.
9. Какие методы используются для получения трансгенных животных, а какие – для получения
трансгенных растений?
А) инфицирование ретровирусами,
Б) микроинъекции,
В) Трансформированные стволовые клетки,
Г) использование Ti – плазмид,
Д) прямое введение генов в протопласт,
Е) электропорация.
10. Какие соединения образуются в процессе транскрипции, а какие – в процессе трансляции?
А) синтез аминокислот,
Б) синтез ДНК,
В) синтез РНК,
Г) синтез жиров,
Д) синтез углеводов,
Е) синтез белков.
Аудиторная контрольная работа № 3
1. Укажите, какие микроорганизмы применяются или могут применяться для улучшения
азотного питания данных культур – пшеница, кукуруза, горох, рис.
А) Clostridium
Б) Azospirillum
В) Azotobakter
Г) Rhizobium
Д) Azolla
2. Для проведения исследований необходимы клетки с синхронным делением. Можно ли
их получить из каллусной ткани и какой способ лучше применить?
Способ
Что требуется
1) небольшое скопление (часть каллусной культуры) 1) свежая питательная среда
36
2) выделение отдельной клетки
3) пересев культуры на свежую среду
4) из каллусной культуры это сделать невозможно
2) микроманипулятор
3) микроскоп
4) создание тумана
5) пониженная температура
6) ничего особенного не требуется
3. Для проведения исследований необходима генетически неоднородная клеточная культура. Можно ли ее получить из каллусной ткани и какой тип ткани выбрать?
А) только недавно полученную (свежую),
Б) очень старую,
В) лучше вообще не питаться.
4. Выберите биотехнологии, которые можно использовать в сельском хозяйстве России.
А) применение генетически измененных растений,
Б) применение ядохимикатов,
В) распыление бактериальных препаратов для борьбы с насекомыми,
Г) внесение бактериальных препаратов в почву,
Д) получение биогаза,
Е) получение технического этанола из растительных отходов.
5. Источниками каких ферментов являются данные животные и растения?
(корова - , злаковые – , пшеница - , пчела - )
А) амилаза Б) рестриктаза В) ревертаза Г) нуклеаза Д) лактаза
6. Какие ферменты были использованы в процессе изготовления следующих продуктов –
пиво, детское питание (пюре), цельное молоко, сок?
А) лактаза
Б) инвертаза
В) амилаза
Г) пектиназа.
7. Какие аппараты работают (или могут работать) с использованием иммобилизованных
ферментов?
А) искусственная почка
Б) искусственное сердце
В) биофильтр для очистки воды
8. Какие силы действуют при иммобилизации ферментов?
А) ионные взаимодействия
Б) адсорбция
В) водородные связи
10. В получении каких веществ дрожжи играют важную роль?
А) лимонная кислота Б) рибофлавин В) уксус Г) белый хлеб Д) черный хлеб Е) сметана
Ж) пиво З) творог
11. В получении каких веществ бактерии играют важную роль?
А) лимонная кислота Б) рибофлавин В) уксус Г) белый хлеб Д) черный хлеб Е) сметана Ж) пиво З) творог
12. Лимонную кислоту получают с помощью …
А) стрептобактерий Б) дрожжей В) грибов Г) кишечной палочки
13. Процессы молочнокислого брожения наиболее важны при …
А) пивоварении, Б) получении уксуса, В) замесе белого хлеба, Г) замесе черного хлеба, Д)
получении творога, Е) получении сметаны, Ж) получении масла, З) солении огурцов, И) получении лимонной кислоты, К) получении кумыса.
14. Процессы лимоннокислого брожения наиболее важны при …
А) пивоварении, Б) получении уксуса, В) замесе белого хлеба, Г) замесе черного хлеба, Д)
получении творога, Е) получении сметаны, Ж) получении масла, З) солении огурцов, И) получении лимонной кислоты, К) получении кумыса.
15. Подберите пару по типу брожения:
37
а) белый хлеб, б) черный хлеб, в) соленые огурцы, г) пиво.
16. Какие микроорганизмы чаще всего применяются для получения аминокислот?
а) пектинолитические грибы, б) винные дрожжи, в) ауксотрофные мутанты бактерий, г)
другие.
17. Какие процессы лежат в основе ферментативного получения соков?
А) брожение, Б) гниение, В) окисление, Г) гидролиз, Д) синтез.
4.3.Тестовые задания для итогового контроля знаний по дисциплине
6.
Процесс анаэробного расщепления органических веществ под влиянием микроорганизмов или выделенных им ферментов называется:
а) брожение;
б) дыхание;
в) окисление.
7.
Ферменты, расщепляющие крахмал – это:
а) амилазы;
б) протеазы;
в) лактоза.
8.
Бактерии, вызывающие порчу пищевых продуктов:
а) стафилококки;
б) лактобациллы;
в) стрептомицеты.
9.
Биотоплива третьего поколения – это топлива полученные из … .
а) бактерий;
б) водорослей;
в) древесины.
10.
Для разрушения клеточной стенки растений используют фермент
а) пектиназу;
б) целлюлазу;
в) лактазу.
11.
Клеточной инженерией называют технологии основанные на:
а) получении гибридных молекул ДНК и введение их в клетки бактерий растений и животных.
б) возможности выращивания тканей и клеток in vitro;
в) изучении биологических особенностей клеток и внедрение компьютерных методов
контроля технологических режимов, позволяющих max реализовывать полезные свойства клеток.
12.
Клеточная инженерия используется для:
а) создания новых форм растений
б) переноса чужеродных генов
в) производства синтетических волокн
13.
Культуры изолированных клеток и тканей могут быть использованы:
а) при фундаментальном научном исследовании;
б) для получения вторичных метаболитов;
в) для клонального микроразмножения;
14.
Клональное микроразмножение – это
а) образование нового организма из части материнского;
б) получение in vitro неполовым путем организмов, генетически идентичных исходному;
в) воспроизведение потомства из соматических клеток родительского растения, входящих в состав специализированных органов.
15.
Как называются зародышеподобные структуры, которые формируются из соматических клеток или из каллусных клеток на определенной питательной среде:
38
а) экспланты;
б) эмбриоиды
в) клоны.
16.
Для увеличения продуктивности растений используют метод внедрения:
а) хлоропластов;
б) лейкопластов;
в) плазмид;
17.
В результате соматической гибридизации происходит образование:
а) семяпочек;
б) каллусных клеток;
в) химерного растения;
18.
Клон – это
а) большое число клеток или молекул, идентичных исходной клетке или молекуле;
б) организм, образованный в результате генетических манипуляций связанных с внедрением в геном материнского организма генов растений других семейств;
в) клетки, содержащие гибридные ДНК.
19.
Наиболее устойчивыми к вирусным болезням являются растения выращенные
из…
а) делящихся клеток, помещенных в питательную среду;
б) старых клеток, помещенных в питательную среду;
в) луковиц.
20.
При использовании культуры клеток и тканей чаще всего клонируют…
а) боковые побеги;
б) верхушки побегов;
в) почки.
21.
Большое число клеток или молекул, идентичных исходной клетке или молекуле
называется
а) каллус;
б) клон;
в) эксплант.
22.
В состав древесины не входит:
а) лигнин;
б) целлюлоза;
в) каратиноиды;
23.
Какой объект является наиболее трудным для криосохранения?
а) клетка растения
б) клетка животного
в) бактерии
24.
Возможно ли криосохранение человека?
а) да, уже используется
б) да, но не при нашем уровне развития науки
в) нет, ни один человек на это не пойдёт
25.
Процесс криоконсервации – это…
а) медикаментозный сон
б) анабиоз
в) летаргический сон
26.
Клеточная инженерия используется для:
а) создания новых форм растений
б) переноса чужеродных генов
в) производства синтетических волокн
27.
Что является основным типом культивируемой растительной клетки:
а) опухолевые клетки
39
б) каллус
в) саркомы
28.
Что является основным типом культивируемой животной клетки:
а) каллус
б) саркомы
в) опухолевые клетки
29.
Соматической гибридизацией называют:
а) получение гибридных молекул ДНК и введение этих молекул в клетки других организмов
б) слияние клеток, принадлежащих к разным биологическим видам;
в) выращивание клеток и тканей in vitro
30.
Гибридомы – это клетки:
а) несущие свойство одного типа клеток
б) несущие свойства двух разных типов клеток
в) не несущие свойства клеток
31.
Какой формы протопласт:
а) как амёба
б) эллипсовидный
в) округлый
32.
Какие явления недопустимы при криосохранении?
а) сохранение обмена веществ, образование льда;
б) обезвоживание протоплазмы, образование льда;
в) сохранение генетического материала, обезвоживание протоплазмы.
33.
Что является одним из способов сохранения генофонда высших растений и животных?
а) криосохранение;
б) анабиоз;
в) депонирование;
34.
Субкультивирование – это……..
а) перенос части растущей культуры и выращивание их на свежей среде;
б) сдача ценностей на хранение в государственное учреждение с условием обязательного возврата;
в) состав и относительная численность разных форм различных генов в популяции того
или иного вида рганизмов;
35.
Продуктами генетической инженерии, используемыми в химической промышленности являются:
а) гормоны.
б) ароматические вещества.
в) инсектициды.
36.
Антибиотики, продуцируемые растительными объектами, называют:
а) идиолиты
б) бензилпеницилами
в) фитонцидами
37.
Субъединичные (химические) вакцины содержат:
а) живые культуры.
б) компоненты патогенных микроорганизмов.
в) повреждённые патогенные микроорганизмы.
38.
Что вырабатывается в организме при введении вакцины?
а) антитела
б) антигены
в) ничего не вырабатывается.
39.
Антитела по своей природе:
40
а) углеводы.
б) жиры.
в) белки.
40.
Антитела образуются в:
а) лимфоцитах.
б) эритроцитах.
в) тромбоцитах.
41.
Выращивание дрожжей для получения кормового белка занимается:
а) микробиологическое производство
б) генная инженерия
в) молекулярная биология.
42.
Использование микроорганизмов для получения витаминов, антибиотиков занимается:
а) генная инженерия
б) клеточная инженерия
в) микробиологический синтез.
43.
Первыми биологическими объектами, которые использовал человек были:
а) белки
б) микроорганизмы
в) ферменты
44.
Модельным объектом, который используется для выделения протопласта:
а) быстрый рост на питательной среде
б) большое число хромосом
в) отсутствие генетического картирования
45.
Исходный материал в клеточной селекции:
а) протопласты
б) плазмиды
в) целостная молодая клетка
46.
Мутации в своей классификации подразделяются:
а) на случайные
б) на индуцированные
в) на запрограммированные
47.
Типы каллуса могут быть:
а) плоскими
б) рыхлыми
в) малоплотными
48.
Способы получения гаплоидов:
а) метод культивирования in vitro
б) действие гормонами роста
в) гибридизация гамет
49.
Отличительные особенности клеток и тканей растений:
а) можно выращивать в виде неорганизованной клеточной массы
б) способны претерпевать существенные преобразования, связанные с усложнением организации
в) появление внутритранспортных циркуляторных систем
50.
Новые технологии в биотехнологии растений:
а) спонтанные мутации и межвидовая гибридизация
б) гибридизация соматических клеток и получение трансгенных растений
в) инбридинг и перенос в протопласт отдельных хромосом отдаленных видов
4.4. Вопросы к экзамену
41
1. Предмет и задачи биотехнологии.
2. История развития биотехнологии, как науки.
3. Характеристика основных отраслей биотехнологии.
4. Характеристика клеточных технологий применяемых в биотехнологии.
5. История развития метода культуры клеток, тканей и органов высших растений.
6. Дедифференцировка растительных клеток и каллусогенез in vitro.
7. Характеристика клеточных культур высших растений.
8. Вторичная дифференциация и морфогенез in vitro.
9. Методы получения генов in vitro для растительных организмов.
10. Описание и характеристика векторы и коструирование рекомбинантных ДНК.
11. Гибридизация клеток в культуре растительных организмов.
12. Трансплантация ядер в растительных клетках.
13. Микроклетки и изолированные хромосомы растительных клеток.
14. Культура клеток высших растений.
15. Культивирование растительных клеток и их особенности.
16. Андрогенез: получение гаплоидных растений в культуре пыльников.
17. Гиногенез: Получение гаплоидов через культуру неоплодотворенных семяпочек и завезей.
18. Проблемы регенерации гаплоидных растений.
19. Теоретические аспекты и практическое значение гаплоидии.
20. Характеристика протопластов растительных клеток.
21. Методы получения мутантов растений in vitro и их оценка.
22. Получение мутантов in vitro характеризующихся устойчивостью к антибиотикам.
23. Получение мутантов in vitro характеризующихся устойчивостью к гербицидам.
24. Получение мутантов in vitro характеризующихся устойчивостью к аминокислотам и
их аналогам.
25. Получение мутантов in vitro характеризующихся устойчивостью к абиотическим
стрессам.
26. Генно-инженерные подходы к решению вопроса усвоения почвенного и атмосферного
азота.
27. Устойчивость высших растений фитопатогенам и вредителям сельскохозяйственных
культур.
28. Методологические основы соматической гибридизации растительных организмов.
29. Соматическая гибридизация отдаленных видов растений.
30. Характеристика прикладных аспектов соматической гибридизации.
31. Характеристика опухолей, интродуцируемых агробактериями.
32. Классификация агробактерий и свойства онкогенных плазмид.
33. Характеристика основных векторов переноса генетической информации.
34. Методы трансформации высших растений.
35. Характеристика основных проектов получения трансгенных растений.
36. Основные этапы клонирование растительных генов.
37. Характеристика методов клонирования генов.
38. Характеристика факторов влияющих на процесс микроклонального размножения
высших растений.
39. Характеристика прямого соматического эмбриогенеза.
40. Практическое значение метода микроклонального размножения растительных организмов.
42
Приложение 6.
Глоссарий
Агробиотехнология (см. Биотехнология сельскохозяйственная).
Аквакультура – разведение и выращивание рыбы, других водных животных (моллюсков,
ракообразных) и растений (водорослей) с целью получения товарной продукции и пополнения
их запасов в естественных водоемах.
Антибиотики (лат. «anti» – против + греч. «bios» – жизнь) – вещества природного или
полусинтетического происхождения, подавляющие рост живых клеток, чаще всего прокариот
или простейших (в т.ч. бактерий, вирусов и др.).
Антибиотики ветеринарные – ветеринарные формы антибиотиков. В нашей стране
наиболее часто используются тетрациклины, гризин, бацитрацин и витамицин.
Бактериофаг (сокр. Фаг) – вирус, инфицирующий бактерию. Его видоизмененные формы
используются как клонирующие векторы.
Биобезопасность (см. Биологическая безопасность).
Биобензин
спиртом.
– разновидность биотоплива: смесь бензина с этиловым или бутиловым
Биобутанол – разновидность биотоплива; бутиловый спирт, получаемый биотехнологическим способом из сахарного тростника, свеклы, кукурузы, пшеницы, маниоки, целлюлозы и
др.
Биоводород – водород, полученный из биомассы.
43
Биовыщелачивание – восстановление металлов из руды путем использования микроорганизмов.
Биогаз – газ, получаемый метановым брожением биомассы (смесь CH4 и CO2).
Биогеотехнология – использование геохимической деятельности микроорганизмов в
горнодобывающей промышленности.
Биогидрометаллургия – извлечение металлов из сырья с использованием химических
реакций в водных растворах.
Биодатчик (см. Биосенсор).
Биодеградация – процесс, при котором органические вещества разрушаются ферментами, вырабатываемыми живыми организмами.
Биодизель – биотопливо на основе растительных или животных жиров (масел), а также
продуктов их этерификации.
Биозавод (см. Биорефайнери).
Биоизвлечение – использование микроорганизмов для извлечения ценных материалов
(металлов или органических соединений) из сложных смесей.
Биоимплант – протез, сделанный из биосинтетического материала.
Биоиндустрия (см. Биотехнология промышленная).
Биоиндустрия в сельском хозяйстве (см. Биотехнология сельскохозяйственная).
Биоинженерия – направленная модификация свойств живых организмов, осуществляемая на генетическом и/или эпигенетическом уровне. Применяется к микроорганизмам, растениям иживотным.
Биоинформатика (син. – «Вычислительная биология») – биологическая дисциплина,
занимающаяся исследованием, разработкой и применением вычислительных методов (в т.ч.
компьютерных) и подходов для расширения использования биологических, поведенческих или
медицинских данных.
Биокластер – объединение предприятий, поставщиков оборудования, комплектующих,
специализированных производственных и сервисных услуг, научно-исследовательских и образовательных организаций в сфере биотехнологий, связанных отношениями территориальной
близости и функциональной зависимости в процессе производства и реализации товаров и
услуг.
Биоконверсия – преобразование одного химического соединения в другое живыми организмами (отличается от обработки ферментами, фиксированными клетками или действия химических процессов).
Биологическая безопасность (сокр. Биобезопасность) – сохранение живыми организмами своей биологической сущности, качеств, системообразующих связей и характеристик,
предотвращение широкомасштабной потери биологической целостности.
Биологически активные вещества (БАВ) – общее название веществ, имеющих выраженную физиологическую активность.
Биологические средства защиты растений – организмы, микробиологические препараты
и иные биологические средства, применяемые для борьбы с вредными для сельскохозяйственных культур организмами.
Биологическое разнообразие (сокр. Биоразнообразие) – разнообразие жизни во всех ее
проявлениях, представленное тремя уровнями: генетическое разнообразие (разнообразие генов
и их вариантов – аллелей), разнообразие видов, разнообразие экосистем.
44
Биомасса – совокупная масса растительных и животных организмов, присутствующих в
биогеоценозе в момент наблюдения; возобновляемые источники органического материала, который может быть использован в качестве топлива и для промышленного производства.
Биоматериал – 1) материал из живых тканей; 2) синтетический или естественный материал, используемый в медицинском устройстве или в контакте с биологическими системами.
Биомедицина – собирательный термин, обозначающий направление на стыке двух наук –
медицины и биологии. В ее основе лежит использование для решения медицинских проблем
идей и технологий, разработанных в биохимии, иммунологии, клеточной биологии и других
биологических науках.
Биомедицинские технологии – технологии, используемые в биомедицине.
Бионанотехнология (см. Нанобиотехнология).
Бионефть – биотопливо второго поколения, синтезируемое из биомассы путем глубокой
химической переработки (на основе пиролиза).
Биопестицид – соединение, которое убивает организмы в результате специфического
биологического действия, а не как химические яды.69
Биопластик (или органический пластик) – форма пластика, производимого из возобновляемой биомассы (растительных масел, кукурузы и др.). Имеется биодеградируемая разновидность.
Биопленки – слой микроорганизмов, развивающихся на поверхности полимерного материала.
Биополимеры – класс полимеров, встречающихся в природе в естественном виде, входящих в состав живых организмов: белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды.
Биопрепарат – любой медицинский препарат, происходящий из живых организмов или
их продуктов.
Биопродукты – материалы, химикаты и энергия, получаемые из возобновляемых биологических источников.
Биореактор – устройство, осуществляющее перемешивание культуральной среды в процессе микрБиоресурсы – совокупность биоценозов (биот, биотических комплексов) из известных видов жизни на Земле (≈ 2 млн. единиц) и еще не открытых видов (более 10 млн. видов).
Биорефайнери (англ. «biorefinery») – биозавод; предприятие, осуществляющее конверсию биомассы и производящее топливо, энергию и химические вещества в полном цикле.
Биосенсор (син. – «Биодатчик») – устройство, в котором чувствительный слой, содержащий биологический материал, непосредственно реагирующий на присутствие определенного
компонента и генерирующий соответствующий сигнал.
Биотехнологическое приборостроение – отрасль, занимающаяся приборами для биотехнологии.
Биотехнология (технология живых систем) – комплексное научно-практическое
направление, разрабатывающее вопросы применения естественных и инженерных наук для
технологического использования живых организмов, клеток, их частей и молекулярных аналогов для производства товаров и услуг.
Биотехнология «белая» – производство биотоплив, ферментов и биоматериалов для различных отраслей промышленности.
Биотехнология ветеринарная – часть сельскохозяйственной биотехнологии, предметной
областью которой является использование биотехнологии для лечения животных.
45
Биотехнология «зеленая» – разработка и внедрение в агрокультуру генетически модифицированных растений.
Биотехнология «красная» – производство биофармацевтических препаратов (протеинов,
ферментов, антител) для человека, а также коррекция генетического кода.
Биотехнология лесная – раздел биотехнологии, занимающийся сохранением и ускоренным воспроизводством лесных биоресурсов.
Биотехнология медицинская – раздел биотехнологии, занимающийся производством
биофармацевтических препаратов, изделий медицинского назначения, продуктов лечебного питания (см. также «Биотехнология «красная»).
Биотехнология морская – раздел биотехнологии, занимающийся вопросами изучения
гидробионтов, переработки морепродуктов, разведения промысловой морской фауны и флоры в
марикультуре.
Биотехнология пищевая (пищевая биоиндустрия) – раздел биотехнологии, занимающийся разработкой теории и практики создания пищевых продуктов общего, лечебнопрофилактического назначения и специальной ориентации.
Биотехнология прикладная – раздел биотехнологии, осуществляющий практическое
приложение достижений этой науки.
Биотехнология природоохранная (биотехнология экологическая) – раздел биотехнологии, занимающийся решением экологических проблем биотехнологическими методами.
Биотехнология промышленная – практическая ветвь биотехнологии, осуществляющая
широкомасштабное производство биопродуктов по всем секторам биотехнологии (медицинскому, пищевому, сельскохозяйственному, энергетическому, экологическому и др.) (см. также
«Биотехнология «белая»).
Биотехнология сельскохозяйственная – раздел биотехнологии, занимающийся вопросами теории, методологии и практики применения ее достижений в растениеводстве и животноводстве (см. также «Биотехнология «зеленая»).
Биотехнопарк – научный парк с акцентом на биотехнологию и инновационные процессы.
Биотопливные элементы – источники питания, использующие энергию из живого организма; предназначены для питания имплантируемых медицинских приборов.
Биотопливо – топливо из биологического сырья, получаемое, как правило, путем переработки стеблей сахарного тростника или семян рапса, кукурузы, сои и др. Различают жидкое
биотопливо (для двигателей внутреннего сгорания – этанол, биодизель), твердое (дрова, солома) и газообразное (биогаз, водород).
Биоудобрения – экологически чистые удобрения, получаемые из биогумуса и натуральных органических веществ.
Биофармацевтика – наука об исследовании физических и химических свойств биопрепаратов и их дозировок.
Биофармацевтическая промышленность (син. – «Биофарминдустрия») – ветвь фармацевтической промышленности, производящая биофармацевтические препараты (протеины,
ферменты, антитела).
Биоэкономика – экономика, основанная на системном использовании биотехнологии. На
Западе принят термин «bio-based economy».
46
Биоэкополис – малое поселение, вписанное в экологически чистый ландшафт, созданное
с применением биотехнологических способов ведения аграрного хозяйства, с быстровозводимыми, дешевыми и энергоэффективными домами-усадьбами.
Биоэнергетика – сфера деятельности по обеспечению энергетических потребностей человека, основанная на принципах или ресурсах живой природы, направленная на сохранение
естественного энергетического и материального баланса окружающей природной среды.
Биоэтанол – этиловый спирт, получаемый из биомассы путем спиртового брожения органических продуктов, содержащих углеводы, под действием ферментов дрожжей и бактерий.
Как моторное топливо используется в виде присадок или в чистом виде.
Вакцина – препарат из убитых или ослабленных патогенов или производных антигенных
детерминант, который может вызывать формирование антител у организма-хозяина.
Генно-инженерно-модифицированный организм - организм или несколько организмов,
любое неклеточное, одноклеточное или многоклеточное образование, способные к воспроизводству или передаче наследственного генетического материала, отличные от природных организмов, полученные с применением методов генной инженерии и содержащие генноинженерный материал, в том числе гены, их фрагменты или комбинации генов (Федеральный
закон от 05.07.1996 № 86-ФЗ "О государственном регулировании в области генно-инженерной
деятельности")
Генная инженерия (генетические модификации) - совокупность методов и технологий, в
том числе технологий получения рекомбинантных рибонуклеиновых и дезоксирибонуклеиновых кислот, по выделению генов из организма, осуществлению манипуляций с генами и введению их в другие организмы (Федеральный закон от 05.07.1996 № 86-ФЗ "О государственном
регулировании в области генно-инженерной деятельности").71
Генная терапия (генотерапия) - совокупность генно-инженерных (биотехнологических) и
медицинских методов, направленных на внесение изменений в генетический аппарат соматических клеток человека в целях лечения заболеваний (Федеральный закон от 05.07.1996 № 86-ФЗ
«О государственном регулировании в области генно-инженерной деятельности»).
Генно-инженерная деятельность - деятельность, осуществляемая с использованием методов генной инженерии в целях создания генно-инженерно-модифицированных организмов
(Федеральный закон от 05.07.1996 № 86-ФЗ «О государственном регулировании в области генно-инженерной деятельности»)
Генно-инженерные препараты – препараты разного назначения (медицинские, биологические), получаемые методами генной инженерии.
Гидробионты – организмы, обитающие в воде.
Гидролизное производство (гидролизная промышленность) – производство, основанное
на реакции гидролитического расщепления гликозидных связей полисахаридов биомассы одревесневшего растительного сырья с образованием в качестве основных продуктов реакции моносахаридов, которые подвергаются дальнейшей биохимической или химической переработке,
либо входят в состав товарной продукции.
Глюкозо-фруктозные сиропы (ГФС) – пищевые продукты, получаемые из крахмала и
являющиеся полноценными заменителями сахарозы.
Диагностикумы – стандартные наборы реактивов для диагностики.
Индустрия живых систем (см. Биотехнология промышленная).
Индустрия нанотехнологий – промышленное производство, осуществляемое в наношкале. Представляет собой часть индустрии неживых систем.
47
Индустрия неживых систем – промышленные производства, имеющие дело с неживыми
системами и объектами.
Клеточные технологии – медицинские технологии с использованием стволовых клеток.
Кормовые добавки – белково-витаминные, минеральные и иные добавки, применяемые
при недостатке в рационах животных некоторых кормовых ингредиентов.
Лизин – незаменимая аминокислота, широко используется в качестве кормовой добавки.
Марикультура (лат. «mаге» – «море» + культура) (син. – «Талассокультура», термин на
греческой основе) – искусственное выращивание морских промысловых организмов – животных и водорослей – в естественных и искусственных водоемах.
Нанобиотехнология (син. – «Бионанотехнология») – создание и использование биомолекул как компонентов нанотехнологии.
Наномедицина (греч. «nanos» – «карлик» + «медицина») – комбинированный термин,
обозначающий применение нанотехнологий в лечении и диагностике заболеваний.
Нанотехнология
наношкале.
– разработка и использование систем и технических устройств в
Постгеномные технологии – технологии, возникшие на основе знаний о геномах организмов, в первую очередь, генома человека.
Трансгенные организмы - животные, растения, микроорганизмы, вирусы, генетическая
программа которых изменена с использованием методов генной инженерии (федеральный закон от 05.07.1996 № 86-фз "о государственном регулировании в области генно-инженерной деятельности")
Лист согласования
48
Лист ознакомления
ФИО лица, ознакомившегося с документом
Дата
ознакомления с документом
Подпись
Лист регистрации изменений
49
Расшифровка подписи
№ раздела, подраздела, пункта, подпункта, к которому относится изменение
Дата введение изменения
Основание
(№, дата приказа)
Дата внесения
изменения
Лист учёта периодических проверок
50
Подпись лица,
внесшего изменение
Дата проверки
Результаты проверки
ФИО лица, выполнившего проверку
51
Подпись лица, выполнившего проверку