МУ СРСП. Срсп 1 Новые направления цитологии, гистологии и физиологии растений Цель
 Скачать 1.01 Mb.
|
|
Тема: «Движение растений. Механизмы движения. Тропизмы. Настии» Цель: Изучить особенности движения растений. ДВИЖЕНИЕ - перемещение растений в пространстве имеет ограниченный характер. Для растительных организмов свойственно, прежде всего, активное перемещение отдельных частей вегетативного тела, что связано с особенностями роста, развития и обмена веществ. Одним из примеров движения служит фототропизм - направленная реакция искривления, вызываемым односторонним освещением: при росте побеги, как правило, искривляются в сторону света. Многие процессы обмена веществ, роста, развития и движения подвержены ритмическим колебаниям. Иногда эти колебания следуют смене дня и ночи (циркадные ритмы), иногда связаны с длиной дня (фотопериодизм). Кроме равномерного роста у растений наблюдается и неравномерный рост, вызывающий изгибы растения, которые могут возникать под влиянием односторонне действующего фактора. Этот неравномерный рост получил название тропизма, т.е. поворота. В зависимости от характера фактора, вызывающего неравномерный рост, различают: Фототропизм – способность растения изгибаться в зависимости от направления света. Благодаря ему листья растения располагаются в плоскости, перпендикулярной падающим лучам, принимая наиболее благоприятное положение для использования солнечной энергии. Геотропизм – ростовая реакция растений на действие земного притяжения. В результате этого рост стебля идет вверх, а главного корня вниз, боковые корни и ветви расположены под некоторым углом. Если растение будет выведено из нормального положения, то оно постепенно возвращается к нему в результате геотропического изгиба. Гидротропизм – направление корней в сторону, где располагается вода. Хемотропизм - направление корней в сторону, где располагаются химические вещества или от них (вредные вещества). Настиями называются ростовые движения растения, которые вызваны различными раздражителями (переменной температурой или освещением), действующими на растения в целом. Различают фотонастии (изменение освещения) и термонастии. Сейсмонастии (перемена тургора). Контрольные вопросы: 1) Механизм фототропизма 2) Механизм геотропизма 3) Механизм гидротропизма 4) Механизм хемотропизма 5) Опишите настии. Приведите примеры. Задания для СРС: Составьте глоссарий по четырнадцатой лекции. Проанализируйте: в чем заключается значение движения в жизни растений? СРСП №13 Тема: «Связь цитологии и физиологии растений с биотехнологией» Цель: Изучить связь физиологии растений с биотехнологией. Биотехнология — это производство необходимых человеку продуктов и материалов с помощью живых организмов, культивируемых клеток и биологических процессов. Возможности биотехнологии необычайно велики благодаря тому, что ее методы выгоднее обычных: они используются при оптимальных условиях (температуре и давлении), более производительны, экологически чисты и не требуют химических реактивов, отравляющих среду и др. Объектами биотехнологии служат многочисленные представители групп живых организмов — микроорганизмы (вирусы, бактерии, протисты, дрожжи и др.}, растения, животные, а также изолированные из них клетки и субклеточные структуры (органеллы). Биотехнология базируется на протекающих в живых системах физиолого-биохимических процессах, в результате которых осуществляются выделение энергии, синтез и расщепление продуктов метаболизма, формирование химических и структурных компонентов клетки. Главными направлениями биотехнологии являются: 1) производство с помощью микроорганизмов и культивируемых эукариотических клеток биологически активных соединений (ферментов, витаминов, гормональных препаратов), лекарственных препаратов (антибиотиков, вакцин, сывороток, высокоспецифичных антител и др.), а также белков, аминокислот, используемых в качестве кормовых добавок; 2) применение биологических методов борьбы с загрязнением окружающей среды (биологическая очистка сточных вод, загрязнений почвы и т. и.) и для защиты растений от вредителей и болезней; 3) создание новых полезных штаммов микроорганизмов, сортов растений, пород животных и т. п. Человечеству необходимо научиться эффективно изменять наследственную природу живых организмов, чтобы обеспечить себя доброкачественной пищей и сырьем и при этом не привести планету к экологической катастрофе. 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. Принципиально новыми подходами к решению этой фундаментальной проблемы является использование в селекции генной и клеточной инженерии. Генная (генетическая) инженерия — раздел молекулярной генетики связанный с целенаправленным созданием новых молекул ДНК, способных размножаться в клетке-хозяине и осуществлять контроль за синтезом необходимых метаболитов клетки. Возникнув на стыке химии нуклеиновых кислот и генетики микроорганизмов, генная инженерия занимается расшифровкой структуры генов, их синтезом и клонированием, вставкой выделенных из клеток живых организмов или вновь синтезированных генов в клетки растений и животных с целью направленного изменения их наследственных свойств. Для осуществления переноса генов (или трансгенеза) от одного вида организмов в другой, часто очень далекий по своему происхождению, необходимо выполнить несколько сложных операций: Выделение генов (отдельных фрагментов ДНК) из клеток бактерий, растений или животных. В отдельных случаях эту операцию заменяют искусственным синтезом нужных генов; Соединение (сшивание) отдельных фрагментов ДНК любого происхождения в единую молекулу в составе плазмиды; Введение гибридной плазмидной ДНК, содержащей нужный ген, в клетки хозяина; Копирование (клонирование) этого гена в новом хозяине с обеспечением его работы. Клонированные гены путем микроинъекции вводят в протопласты растений (изолированные клетки, лишенные клеточной стенки) и из них выращивают целые растения, в геном которых встроены (интегрированы) клонированные гены. Растения, геном которых изменен путем генноинженерных операций, получили название трансгенных растений. Трансгенные организмы свидетельствуют о больших возможностях генной инженерии как прикладной ветви молекулярной генетики. Например, в последние годы получено новое поколение трансгенных растений, для которых характерны такие ценные признаки, как устойчивость к гербицидам, к насекомым и др. Трансгенные растения в 1999 г. занимали в мире площадь, равную 48,2 млн. га. Есть все основания предполагать, что уже в ближайшем будущем будет решена проблема направленного изменения наследственности высших растений, что приведет к революции в сельском хозяйстве. В первую очередь речь идет о создании симбиоза между злаками и азотфиксирующими клубеньковыми бактериями, а это решит проблему азотных удобрений. Имеются уже доказательства того, что свободноживущие азотфиксирующие бактерии способны ассоциировать с корнями злаков, давая возможность растению-хозяину получать некоторое количество азота в результате бактериальной азотфиксации. Теперь генетически нужно добиться, чтобы азотфиксирующие бактерии более эффективно присоединялись к корням злаков, что способствовало бы их более полезной и успешной ассоциации (симбиозу). Разрабатывается метод переноса в определенные растения более эффективных ферментных систем метаболического пути фиксации атмосферного углерода (темновой фазы фотосинтеза), что позволит повысить скорость фиксации углекислого газа и, как следствие, продуктивность фотосинтеза культурных растений. В основе клеточной инженерии лежит использование методов культивирования изолированных клеток и тканей на искусственной питательной среде в регулируемых условиях. Это стало возможным благодаря способности растительных клеток в результате регенерации формировать целое растение из единичной клетки. Условия регенерации разработаны для многих культурных растений — картофеля, пшеницы, ячменя, кукурузы, томатов и др. Работа с этими объектами делает возможным использование в селекции нетрадиционных методов клеточной инженерии — соматической гибридизации, гаплоидии, клеточной селекции, преодоления нескрещиваемости в культуре и др. Соматическая гибридизация — это слияние двух различных клеток в культуре тканей. Культивирование клеток растений стало возможным, когда научились с помощью ферментов избавляться от толстой клеточной стенки и получать изолированный протопласт, который можно культивировать так же, как и клетки животных. Кроме того, можно заставить слиться с протопластом других видов растений и получить в соответствующих условиях новые гибриды. Протопласт является также идеальным реципиентом для чужеродной ДНК, что дает возможность образования генетически модифицированных растений. Из протопластов многих растений в подходящих условиях формируются полноценные организмы, которые можно пересадить в землю и далее размножать обычным способом. Таким путем получают гибриды между растениями, которые иначе не скрещиваются, освобождаются от вирусов или, наоборот, вводят в растения иные гены. У растений-регенерантов выявлен широкий спектр мутаций как по качественным, так и по количественным признакам. Для проведения направленной селекции мутантов в культуре создается селективный фон, позволяюеций отобрать клетки с нужными качествами. Именно этот тип клеточной селекции обеспечивает возможность повышения приспособленности генотипов, т. е. в культуре возможна селекция на устойчивость к патогенам, гербицидам, засолению почв, высокой или низкой их кислотности, засухе и т, п. Общий принцип отбора растительных клеток в культуре на питательной среде заключается в том, что признак растения, по которому ведется отбор, как правило, должен проявляться на клеточном уровне. Например, если в культуру растительных клеток добавить токсичные аналоги аминокислот, то будут размножаться только те мутанты, у которых собственный синтез этих аминокислот выше обычного. Так удалось получить клетки, а из них растения моркови, синтезирующие в 20 раз больше метионина, в 30 раз — триптофана, в 5 раз — лизина. Проведение такой селекции на целых растениях потребовало бы огромной работы в течение многих десятков лет. Культуру растительных клеток выгодно использовать для быстрого размножения медленно растущих растений — женьшеня, маслинной пальмы, малины, персиков и др. Так, при обычном разведении куст малины дает не более 50 отростков в год, а с помощью культуры клеток можно получить более 50 тыс. растений. При таком разведении иногда вырастают растения более продуктивные, чем исходный сорт. Так были выведены новые ценные сорта картофеля, грейпфрута и т. д. У биотехнологии, генетической и клеточной инженерии многообещающие перспективы. Со временем человек будет внедрять нужные гены в клетки растений, что позволит постепенно избавиться от многих болезней растений, заставит клетки синтезировать необходимые лекарства и биологически активные соединения, а затем — непосредственно белки и незаменимые аминокислоты, употребляемые в пищу. Контрольные вопросы: Что такое биотехнология? Объекты исследования; Главные направления биотехнологии; Задачи, методы и достижения биотехнологии; Достижения генной и клеточной инженерии; Что такое трансгенные растения? Примеры; Что такое соматическая гибридизация? Примеры; Как используют культуру растительных клеток? Задания для СРС: Составьте схему, показывающую связь физиологии растений с биотехнологией; Проанализируйте: достижения биотехнологии и генной инженерии впроизводстве необходимых человеку растительных продуктов. |