Селекция Микроорганизмов Кратко
Селекция (от лат. Селекцио — отбор) — наука о выведении новых форм животных, растений, грибов и бактерий с ценными для человека свойствами. Ещё селекцией называют науку о методах создания новых форм, а иногда и отрасль сельского хозяйства, которая занимается выведением этих самых форм. Породы крупного рогатого скота: а — холмогорская; б — чёрнопёстрая; в — красная степная; г — симментальская отличаются не только по своим биологическим свойствам, но и по фенотипу Задачами селекции животных является выведение новых или усовершенствование существующих пород домашних животных определённого биологического вида, имеющих ценные для человека общие признаки и свойства, чётко отличающие этих особей от других представителей вида (рис. Критерием того, что данная совокупность особей — именно порода, также является то, что все признаки породы передаются почти без изменений из поколения в поколение, то есть порода сохраняется. При скрещивании собак породы боксёр в потомстве будут щенки боксёры.
То же самое наблюдается и при скрещивании доберманов. Но если гибридов боксёров и доберманов — собак, наделённых некоторыми чрезвычайными качествами этих двух пород, начать скрещивать в себе, то через два поколения от этих качеств уже ничего не останется. Поэтому самой важной задачей при выведении породы является не столько подбор особей с уникальными качествами, сколько сохранение в поколениях нужных свойств, пусть даже не самых лучших.
- Селе́кция (лат. Selectio «выбирать») — наука о методах создания новых и улучшения существующих пород животных, сортов растений, штаммов микроорганизмов, с полезными для человека.
- Oct 10, 2006 - Селекция микроорганизмов (в отличие от селекции растений и животных) имеет ряд особенностей: 1) у селекционера имеется.
Селекция микроорганизмов используется в различных сферах медицины и промышленности.
Этого можно достичь, только основываясь на знании того, как у вида наследуются признаки, и умело манипулируя наследственностью. Очевидно, что и то, и другое требует знаний генетики.
Именно поэтому наука о наследственности и изменчивости является основой селекции. Задача селекции растений состоит в создании и усовершенствовании сортов, а селекции грибов и бактерий — штаммов (от нем. Штам — основа, ствол).
Материал с сайта Характерными особенностями сортов и штаммов, так же, как и пород животных, является их способность сохранять характерные свойства и признаки из поколения в поколение. Процесс получения пород животных и сортов растений, наделённых полезными человеку свойствами, поддержка пород (сортов) и их улучшение, осуществляемые путём искусственного отбора, называется селекцией. Научной основой селекции является генетика, методы которой (инбредные и аутбредные скрещивания, гибридизация и искусственно вызванная полиплоидия) селекционеры используют в практической работе.
Размещено на Министерство образования и науки Российской Федерации ФГАОУ ВПО «Северо-Восточный федеральный университет имени М.К. Аммосова» Институт естественных наук Кафедра биохимии и биотехнологии РЕФЕРАТ Селекция микроорганизмов Выполнила: Жендринская Е.Л. Проверила: Наумова К.Н. Якутск 2015 Введение Селекция (от лат. выбор, отбор) - это наука о путях и методах создания новых и улучшения уже существующих сортов культурных растений, пород домашних животных и штаммов микроорганизмов с ценными для практики признаками и свойствами 1. Задачи селекции вытекают из ее определения - это выведение новых и совершенствование уже существующих сортов растений, пород животных и штаммов микроорганизмов. Сортом, породой и штаммом называют устойчивую группу (популяцию) живых организмов, искусственно созданную человеком и имеющую определенные наследственные особенности.
Все особи внутри породы, сорта и штамма имеют сходные, наследственно закрепленные морфологические, физиолого-биохимические и хозяйственные признаки и свойства, а также однотипную реакцию на факторы внешней среды 1. Традиционная селекция микроорганизмов (в основном бактерий и грибов) основана на экспериментальном мутагенезе и отборе наиболее продуктивных штаммов 3. Теоретические основы селекции В последние годы особое значение приобретает селекция ряда насекомых и микроорганизмов, используемых с целью биологической борьбы с вредителями и возбудителями болезней культурных растений 2. Селекция должна учитывать также и потребности рынка сбыта сельскохозяйственной продукции, удовлетворения конкретных отраслей промышленного производства.
Например, для выпечки высококачественного хлеба с эластичным мякишем и хрустящей корочкой необходимы сильные (стекловидные) сорта мягкой пшеницы, с большим содержанием белка и упругой клейковины. Для изготовления высших сортов печенья нужны хорошие мучнистые сорта мягкой пшеницы, а макаронные изделия, рожки, вермишель, лапша, вырабатываются из твердой пшеницы. В целом развитие селекции должно быть основано на законах генетики как науки о наследственности и изменчивости, поскольку свойства живых организмов определяются их генотипом и подвержены наследственной и модификационной изменчивости 4. Теоретической основой селекции является генетика.
Именно генетика прокладывает пути эффективного управления наследственностью и изменчивостью организмов. Вместе с тем селекция опирается и на достижения других наук: систематики и географии растений и животных, цитологии, эмбриологии, биологии индивидуального развития, молекулярной биологии, физиологии и биохимии. Бурное развитие этих направлений естествознания открывает совершенно новые перспективы.
Уже на сегодняшний день генетика вышла на уровень целенаправленного конструирования организмов с нужными признаками и свойствами. Генетике принадлежит определяющая роль в решении практически всех селекционных задач.
Она помогает рационально, на основе законов наследственности и изменчивости, планировать селекционный процесс с учетом особенностей наследования каждого конкретного признака. Достижения генетики, закон гомологических рядов наследственной изменчивости, применение тестов для ранней диагностики селекционной перспективности исходного материала, разработка разнообразных методов экспериментального мутагенеза и отдаленной гибридизации в сочетании с полиплоидизацией, поиск методов управления процессами рекомбинации и эффективного отбора наиболее ценных генотипов с нужным комплексом признаков и свойств дали возможность расширить источники исходного материала для селекции. Кроме того, широкое использование в последние годы методов биотехнологии, культуры клеток и тканей позволили значительно ускорить селекционный процесс и поставить его на качественно новую основу. Этот далеко не полный перечень вклада генетики в селекцию дает представление о том, что современная селекция немыслима без использования достижений генетики 4. Успех работы селекционера в значительной мере зависит от правильности выбора исходного материала (видов, сортов, пород) для селекции, изучения его происхождения и эволюции, использования в селекционном процессе организмов с ценными признаками и свойствами.
Поиск нужных форм ведется с учетом всего мирового генофонда в определенной последовательности. Прежде всего, используются местные формы с нужными признаками и свойствами, затем применяются методы интродукции и акклиматизации, т. Привлекаются формы, произрастающие в других странах или в других климатических зонах и, наконец, методы экспериментального мутагенеза и генетической инженерии 6.
Микроорганизмы и особенности их селекции К микроорганизмам относятся, прежде всего, прокариоты (бактерии, актиномицеты, микоплазмы и др.) и одноклеточные эукариоты - простейшие, дрожжи и др. Из более 100 тыс. Видов, известных в природе микроорганизмов, в хозяйственной деятельности человека используется уже несколько сотен, и число это растет.
Качественный скачок в их использовании произошел в последние 20-30 лет, когда были установлены многие генетические механизмы регуляции биохимических процессов, происходящих в клетках микроорганизмов 5. Микроорганизмы играют исключительно важную роль в биосфере и в жизни человека. Многие из них продуцируют десятки видов органических веществ, таких как аминокислоты, белки, антибиотики, витамины, липиды, нуклеиновые кислоты, ферменты, пигменты, сахара, которые широко используются в разных областях промышленности и медицины.
Такие отрасли пищевой промышленности, как хлебопечение, производство спирта, некоторых органических кислот, виноделие и многие другие, основаны на деятельности микроорганизмов. Микробиологическая промышленность предъявляет к продуцентам различных соединений жесткие требования, которые важны для технологии производства: ускоренный рост, использование для жизнедеятельности дешевых субстратов и устойчивость к заражению микроорганизмами. Научная основа этой промышленности - умение создавать микроорганизмы с новыми, заранее определенными генетическими свойствами и умение использовать их в промышленных масштабах 5. Селекция микроорганизмов (в отличие от селекции растений и животных) имеет ряд особенностей: § у селекционера имеется неограниченное количество материала для работы - за считанные дни в чашках Петри или пробирках на питательных средах можно вырастить миллиарды клеток; § более эффективное использование мутационного процесса, поскольку геном микроорганизмов гаплоидный, что позволяет выявить любые мутации уже в первом поколении; § организация генома бактерий более проста: меньше генов в геноме, менее сложна и генетическая регуляция взаимодействия генов.
Эти особенности накладывают свой отпечаток на методы селекции микроорганизмов, которые во многом существенно отличаются от методов селекции растений и животных. Например, в селекции микроорганизмов обычно используются их естественные способности синтезировать какие-либо полезные для человека соединения (аминокислоты, витамины, ферменты и др.).
В случае использования методов генной инженерии можно заставить бактерии и другие микроорганизмы продуцировать те соединения, синтез которых в естественных природных условиях им никогда не был присущ (например, гормоны человека и животных, биологически активные соединения). Природные микроорганизмы, как правило, обладают низкой продуктивностью тех веществ, которые интересуют селекционера.
Для использования в микробиологической промышленности нужны высокопродуктивные штаммы, которые создают различными методами селекции, в том числе отбором среди природных микроорганизмов 6. Отбору высокопродуктивных штаммов предшествует целенаправленная работа селекционера с генетическим материалом исходных микроорганизмов. В частности, широко используют различные способы рекомбинирования генов: конъюгацию, трансдукцию, трансформацию и другие генетические процессы. Например, конъюгация (обмен генетическим материалом между бактериями) позволила создать штамм, способный утилизировать углеводороды нефти. Часто прибегают к трансдукции (перенос гена из одной бактерии в другую, посредством бактериофагов), трансформации (перенос ДНК, изолированной из одних клеток, в другие) и амплификации (увеличение числа копий нужного гена) 7.
Так, у многих микроорганизмов гены биосинтеза антибиотиков или их регуляторы находятся в плазмиде, а не в основной хромосоме. Поэтому увеличение путем амплификации числа этих плазмид позволяет существенно повысить производства антибиотиков.
Важнейшим этапом в селекционной работе является индуцирование мутаций. Экспериментальное получение мутаций открывает почти неограниченные перспективы для создания исходного материала в селекции.
Вероятность (частота) возникновения мутаций у микроорганизмов (10-10 - 10-6) ниже, чем у всех других организмов (10-6 - 10-4). Но вероятность выделения мутаций по данному гену у бактерий значительно выше, чем у растений и животных, поскольку получить многомиллионное потомство у микроорганизмов довольно просто и быстро. Для выделения мутаций служат селективные среды, на которых способны расти мутанты, но погибают исходные родительские особи дикого типа. Проводится так же отбор по окраске и форме колоний, скорости роста мутантов и диких форм и т. Отбор по продуктивности (например, продуцентов антибиотиков) осуществляется по степени антагонизма и угнетения роста чувствительного штамма. Для этого штамм-продуцент высевается на «газон» чувствительной культуры.
По размеру пятна, где отсутствует рост чувствительного штамма вокруг колонии штамма-продуцента, судят о степени активности (в данном случае антибиотической). Для размножения, естественно, отбираются наиболее продуктивные колонии. В результате селекции производительность продуцентов удается увеличить в сотни - тысячи раз.
Например, комбинируя мутагенез и отбор в работе с грибом Penicillium, выход антибиотика пенициллина увеличили примерно в 10 тыс. Раз по сравнению с исходным диким штаммом 6. Важным подходом в селекционной работе с микроорганизмами является получение рекомбинантов путем слияния протопластов, или гибридизации, разных штаммов бактерий. Слияние протопластов позволяет объединить генетические материалы таких микроорганизмов, которые в естественных условиях не скрещиваются. Селекция находит широкое применение и в отношении микроорганизмов, используемых в промышленности.
Например, дрожжевые грибки, вызывающие брожение в тесте, также обладают разными свойствами. На основе селекции выделяются наиболее продуктивные штаммы, способствующие высокому качеству хлеба. Наконец, нужно иметь в виду, что мутации происходят и у болезнетворных микроорганизмов, вызывающих заболевания человека.
Иногда они приводят к повышению вредоносного действия (вирулентности) микроба, что может иметь тяжелые последствия для человека 7. Роль микроорганизмов в микробиологической, пищевой промышленности, в сельском хозяйстве и других областях трудно переоценить. Особенно важно отметить то, что многие микроорганизмы для производства ценных продуктов используют отходы промышленного производства, нефтепродукты и тем самым производят их разрушение, предохраняя от загрязнения окружающую среду 5.
Селекция микроорганизм метагенез генный 3. Методы селекции микроорганизмов Существуют следующие методы селекции микроорганизмов: 1. Искусственный метагенез. С помощью рентгеновских лучей, ультрафиолета, химических соединений н других мутагенных факторов повышается в сотни раз мутационный процесс, с целью получения нужных мутаций. Искусственный отбор. Осуществляется отбор рас микроорганизмов, наиболее активно синтезирующих необходимых человеку соединений.
Генная инженерия. Целенаправленное создание новых комбинаций генетического материала и последующее его встраивание в генетический аппарат клеток микроорганизмов с последующим клонированием нужного гена 1. До недавнего времени основными методами получения высокопродуктивных штаммов микроорганизмов были искусственный мутагенез и последующий отбор групп генетически идентичных клеток - клонов. После выделения из дикого штамма микроорганизмов, обладающих полезными для человека свойствами, проводится отбор наиболее продуктивных штаммов среди них. Следующий этап, как правило, - применение искусственного мутагенеза, позволяющего усилить появление различных мутаций.
В качестве мутагенов используются ионизирующие излучения, некоторые химические вещества, а также ультрафиолетовое излучение, обладающее, хотя и низкой проникающей способностью, но достаточной для появления мутаций у микроорганизмов. Вероятность возникновения мутаций у микроорганизмов та же, что и у всех других организмов, - примерно 1 мутация на 1 млн. Особей по каждому гену. Однако, учитывая то, что получить миллионное и миллиардное потомство у микроорганизмов нетрудно, вероятность выделения мутаций по данному гену достаточно высокая 4.
Для получения культуры микроорганизмов - мутантов с нужными качествами учеными-селекционерами разработаны специальные методы отбора. Отобранный клон подвергается многократному пересеву на питательную среду с контролем на образование требуемого продукта. Цель такого многократного клонирования - получение наиболее однородной популяции клеток.
После получения продуктивных штаммов приступают к их размножению. Использование данной технологии позволило селекционерам получить штаммы, продуктивность которых в сотни и тысячи раз выше по сравнению с исходными штаммами микроорганизмов, взятыми из природы 7. Генная инженерия Успехи, достигнутые молекулярной биологией и генетикой в изучении микроорганизмов, а также ограниченность возможностей традиционной селекции привели к созданию новых методов целенаправленного и контролируемого получения микроорганизмов с заданными свойствами. В основе этих технологий лежат приемы генной инженерии.
Они позволяют выделять необходимый ген и вводить его в новое генетическое окружение с целью создания организма с новыми, заранее предопределенными признаками. Методы генной инженерии остаются еще очень сложными и дорогостоящими. Но уже сейчас с их помощью в промышленности получают такие важные медицинские препараты, как интерферон, гормоны роста, инсулин и др.
Селекция микроорганизмов является важнейшим направлением в биотехнологии. При молекулярно-генетических исследованиях было установлено, что в клетках бактерий имеются ферменты-рестриктазы, способные «разрезать» на фрагменты молекулы ДНК в строго определенных участках. Имеются также ферменты-лигазы, воссоединяющие фрагменты ДНК. В клетках некоторых бактерий, помимо основной большой хромосомы, имеется еще маленькая кольцевая молекула ДНК - плазмида. В генной инженерии плазмиды, используемые для введения необходимой информации в клетку-хозяина, называют векторами. Кроме плазмид, роль векторов могут выполнять и бактериофаги.
Чаще всего в качестве бактерии-хозяина используется наиболее изученная бактерия - кишечная палочка ( Escherihia coli ), но могут быть использованы и другие бактерии, а также дрожжи. Можно выделить следующие основные этапы создания генетически измененных организмов: - получение гена, кодирующего интересующий признак; - объединение его с плазмидой-вектором; - введение вектора с интересующим геном в клетку-хозяина; - отбор клеток, получивших дополнительный генетический признак, и практическое их использование 8.
Заключение Таким образом, для того чтобы обеспечить себя доброкачественной пищей и сырьем и при этом не привести планету к экологической катастрофе, человечеству необходимо научиться эффективно изменять наследственную природу живых организмов. Поэтому не случайно главной задачей селекционеров в наше время стало решение проблемы создания новых форм растений, животных и микроорганизмов, хорошо приспособленных к индустриальным способам производства, устойчиво переносящих неблагоприятные условия, эффективно использующих солнечную энергию и, что особенно важно, позволяющих получать биологически чистую продукцию без чрезмерного загрязнения окружающей среды. Литература 1. / Н.П.Соколова, И.И.Андреева и др. М.: Высшая школа, 1987.
Селекция Растений
Колесников С.И. Ростов-на-Дону: Феникс, 2003. Лемеза Н.А., Камлюк Л.В., Лисов Н.Д. Биология.- М.: Айрис-пресс, 2005. Общая биология. СПб.: Химия, 1999. Взаимодействие общества и природы: Учебное пособие для вузов.
Селекция Растений Животных И Микроорганизмов Кратко
СПб: Химия, 1998. Размещено на Allbest.ru.