Подписаться

Сельскохозяйственная биотехнология

Последняя правка сделана 2021-06-09 17:41:16 Править

Сельскохозяйственная биотехнология , также известная как агритех , является областью сельскохозяйственной науки с использованием научных инструментов и методов, включая генную инженерию, молекулярные маркеры, молекулярную диагностику, вакцины и культура ткани для модификации живых организмов: растений, животных и микроорганизмов. Биотехнология сельскохозяйственных культур - это один из аспектов сельскохозяйственной биотехнологии, получивший большое развитие в последнее время. Желаемый признак передается от определенного вида сельскохозяйственных культур к совершенно другому виду. Эти трансгенные культуры обладают желательными характеристиками с точки зрения вкуса, цвета цветов, скорости роста, размера собранных продуктов и устойчивости к болезням и вредителям.

Содержание

  • 1 История
  • 2 Методы модификации культур
    • 2.1 Традиционное разведение
    • 2.2 Мутагенез
    • 2.3 Полиплоидия
    • 2.4 Слияние протопластов
    • 2.5 РНК-интерференция
    • 2.6 Трансгены
    • 2.7 Редактирование генома
  • 3 Повышение содержания питательных веществ
  • 4 Гены и признаки, представляющие интерес для сельскохозяйственных культур
    • 4.1 Агрономические признаки
      • 4.1.1 Устойчивость к насекомым
      • 4.1.2 Устойчивость к гербицидам
      • 4.1. 3 Устойчивость к болезням
      • 4.1.4 Температурная устойчивость
    • 4.2 Качественные характеристики
  • 5 Обычные ГМО-культуры
  • 6 Испытания на безопасность и государственные постановления
  • 7 Ссылки

История

Фермеры имеют манипулировали растениями и животными посредством селекционной селекции на протяжении десятилетий тысяч лет, чтобы создать желаемые черты. В 20-м веке технологический рост привел к развитию сельскохозяйственных биотехнологий за счет выбора таких признаков, как повышенная урожайность, устойчивость к вредителям, засухоустойчивость и устойчивость к гербицидам. Первый пищевой продукт, произведенный с помощью биотехнологии, был продан в 1990 году, а к 2003 году 7 миллионов фермеров использовали биотехнологические культуры. Более 85% этих фермеров проживали в развивающихся странах.

Методы модификации сельскохозяйственных культур

Традиционное разведение

Традиционное скрещивание веками использовалось для улучшить качество и количество урожая. Скрещивание скрещивает два сексуально совместимых вида для создания нового особого сорта с желаемыми чертами родителей. Например, яблоко в хрустящей корочке демонстрирует специфическую текстуру и аромат из-за скрещивания его родителей. В традиционной практике пыльца одного растения помещается на женскую часть другого, что приводит к гибриду, который содержит генетическую информацию от обоих родительских растений. Селекционеры отбирают растения с характеристиками, которые они хотят передать, и продолжают разводить эти растения. Обратите внимание, что скрещивание можно использовать только внутри одного или близкородственных видов.

Мутагенез

Мутации могут происходить случайным образом в ДНК любого организма. Чтобы создать разнообразие сельскохозяйственных культур, ученые могут случайным образом вызывать мутации растений. Мутагенез использует радиоактивность для индукции случайных мутаций в надежде наткнуться на желаемый признак. Ученые могут использовать мутирующие химические вещества, такие как этилметансульфонат, или радиоактивность для создания случайных мутаций в ДНК. Атомные сады используются для мутации сельскохозяйственных культур. Радиоактивное ядро ​​расположено в центре круглого сада и возвышается над землей, чтобы излучать окружающие культуры, генерируя мутации в определенном радиусе. Мутагенез посредством облучения - это процесс, используемый для производства рубиново-красных грейпфрутов..

Полиплоидия

Полиплоидия может быть вызвана изменением количества хромосом в урожае, чтобы повлиять на его плодородие или размер. Обычно организмы имеют два набора хромосом, иначе известные как диплоидия. Однако естественным путем или с помощью химикатов это количество хромосом может измениться, что приведет к изменению фертильности или изменению размера урожая. Таким образом создаются арбузы без косточек; арбуз с 4 наборами хромосом скрещивается с арбузом с 2 наборами хромосом для создания стерильного (без косточек) арбуза с тремя наборами хромосом.

Слияние протопластов

Слияние протопластов - это соединение клеток или клеточных компонентов для передачи признаков между видами. Например, признак мужского бесплодия передается от редиса к краснокочанной капусте путем слияния протопластов. Эта мужская стерильность помогает селекционерам выращивать гибридные культуры.

РНК-интерференция

РНК-интерференция (RNAIi) - это процесс, при котором механизм РНК клетки по отношению к белку отключается или выключен, чтобы подавить гены. Этот метод генетической модификации работает, вмешиваясь в информационную РНК, чтобы остановить синтез белков, эффективно подавляя ген.

Трансгены

Трансгены включают в себя вставку одного фрагмента ДНК в ДНК другого организма с целью введения новых генов в исходный организм. Это добавление генов в генетический материал организма создает новую разновидность с желаемыми характеристиками. ДНК необходимо подготовить и упаковать в пробирку, а затем ввести в новый организм. Новая генетическая информация может быть вставлена ​​с помощью биолистики. Примером трансгенных растений является радуга папайя, модифицированная геном, придающим ей устойчивость к вирусу кольцевой пятнистости папайи.

Редактирование генома

- это использование ферментной системы для непосредственной модификации ДНК внутри клетки. Редактирование генома используется для создания устойчивого к гербицидам канолы, чтобы помочь фермерам контролировать сорняки.

Повышенная питательная ценность

Сельскохозяйственная биотехнология использовалась для повышения питательной ценности различных сельскохозяйственных культур с целью удовлетворения потребностей растущего населения. Генная инженерия может производить культуры с более высокой концентрацией витаминов. Например, золотой рис содержит три гена, которые позволяют растениям вырабатывать соединения, которые превращаются в витамин A в организме человека. Этот обогащенный питательными веществами рис разработан для борьбы с главной причиной слепоты в мире - дефицитом витамина A. Точно так же проект Banana 21 работал над улучшением питания бананов для борьбы с дефицитом питательных микроэлементов в Уганде. Генетически модифицировав бананы, чтобы они содержали витамин А и железо, Banana 21 помог найти решение проблемы дефицита питательных микроэлементов через основной продукт питания и основной источник крахмала в Африке. Кроме того, можно создавать сельскохозяйственные культуры для снижения токсичности или получения сортов с удаленными аллергенами.

Гены и признаки, представляющие интерес для сельскохозяйственных культур

Агрономические признаки

Устойчивость к насекомым

Одна из самых популярных черт - устойчивость к насекомым. Этот признак повышает устойчивость культуры к вредителям и позволяет получать более высокий урожай. Примером этого признака являются сельскохозяйственные культуры, которые генетически модифицированы для производства инсектицидных белков, первоначально обнаруженных в (Bacillus thuringiensis ). Bacillus thuringiensis - это бактерия, вырабатывающая белки, отпугивающие насекомых, не опасные для человека. Гены, ответственные за устойчивость к насекомым, были выделены и введены во многие культуры. Bt кукуруза и хлопок в настоящее время являются обычным явлением, а вигновый горох, подсолнечник, соевые бобы, помидоры, табак, грецкий орех, сахарный тростник и рис изучаются в отношении Bt.

Устойчивость к гербицидам

Сорняки были проблемой для фермеров на протяжении тысяч лет; они конкурируют за питательные вещества почвы, воду и солнечный свет и оказываются смертельными для сельскохозяйственных культур. Биотехнология предложила решение в виде толерантности к гербицидам. Химические гербициды распыляются непосредственно на растения, чтобы уничтожить сорняки и, следовательно, конкуренцию, а устойчивые к гербицидам культуры имеют возможность расти.

Устойчивость к болезням

Часто растения поражаются болезнями, передаваемыми через насекомых (например, тлей ). Распространение болезни среди сельскохозяйственных культур невероятно трудно контролировать, и раньше можно было справиться только путем полного удаления пораженных культур. Область сельскохозяйственной биотехнологии предлагает решение путем генной инженерии устойчивости к вирусам. Создание устойчивых к болезням генетически модифицированных культур теперь включает маниоку, кукурузу и сладкий картофель.

Температурная устойчивость

Сельскохозяйственная биотехнология также может обеспечить решение для растений. в экстремальных температурных условиях. Чтобы максимизировать урожай и предотвратить гибель сельскохозяйственных культур, могут быть созданы гены, которые помогают регулировать устойчивость к холоду и жаре. Например, деревья папайи были генетически модифицированы, чтобы они более устойчивы к жаре и холоду. Другие характеристики включают эффективность использования воды, эффективность использования азота и солеустойчивость.

Признаки качества

К качественным признакам относятся повышенная пищевая или диетическая ценность, улучшенная обработка и хранение пищевых продуктов или устранение токсинов и аллергенов из сельскохозяйственных культур.

Обычные ГМО-культуры

В настоящее время только небольшое количество генетически модифицированных культур доступно для покупки и потребления в Соединенных Штатах. Министерство сельского хозяйства США одобрило соевые бобы, кукурузу, рапс, сахарную свеклу, папайю, тыкву, люцерну, хлопок, яблоки и картофель. ГМО-яблоки (арктические яблоки ) - это яблоки без коричневого цвета, которые исключают необходимость в обработке против потемнения, сокращают пищевые отходы и усиливают вкус. Производство Bt-хлопка в Индии резко возросло: в 2011 году впервые было засеяно 10 миллионов гектаров, что привело к сокращению применения инсектицидов на 50%. В 2014 году индийские и китайские фермеры засеяли более 15 миллионов гектаров Bt-хлопка.

Тестирование на безопасность и правительственные постановления

Регулирование сельскохозяйственных биотехнологий в США подпадает под действие трех основных государственных ведомств: Министерство сельского хозяйства (USDA), Агентство по охране окружающей среды (EPA) и Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA). USDA должно одобрить выпуск любых новых ГМО, EPA контролирует регулирование инсектицидов, а FDA оценивает безопасность конкретной культуры, отправляемой на рынок. В среднем, чтобы генетически модифицированный организм вышел на рынок, требуется около 13 лет и 130 миллионов долларов на исследования и разработки. Процесс регулирования в США занимает до 8 лет. Безопасность ГМО стала предметом дебатов во всем мире, но в дополнение к работе FDA проводятся научные статьи для проверки безопасности потребления ГМО. В одной из таких статей был сделан вывод, что рис Bt не оказывает отрицательного воздействия на пищеварение и не вызывает горизонтального переноса генов.

Ссылки

  • Momoh James Osamede (2016). Биотехнология сельскохозяйственных культур в Нигерии. Процедура семинара для аспирантов, UNIBEN, Нигерия, 27 апреля 2016 г., BENIN CITY, Нигерия
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: mail@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте