Введение

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ

БИОТЕХНОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ

для студентов специальности 5В070100 «Биотехнология»

Шымкент, 2012

УДК 631.52(075.8)

ББК 41.3я73

М14

А.К. Мамырбекова Биотехнология растений/Конспект лекций- Шымкент: Южно-Казахстанский государственный университет им. М. Ауезова, - 2012.- 136 с.

Конспект лекций предназначен для студентов специальности 5В070100 «Биотехнология» и включает 30 лекций, содержание которых охватывает программу курса.

Рецензенты: Ескараев Н.М. – к.б.н., доцент кафедры «Биология» ЮКГПИ

Кансеитов Т. – д.с.-х.н., профессор Юго-Западный научно-

исследовательский институт животноводства и растениеводства

Бигара – к.с.-х.н., доцент кафедры Биотехнология ХТФ

Конспект лекций рекомендован к изданию Методическим советом ЮКГУ им. М. Ауезова, протокол № ____ от « ____» _____ 201__ г.

© Южно-Казахстанский

государственный университет

им. М.Ауезова

СОДЕРЖАНИЕ

В настоящее время биотехнология является одним из важных направлений научно-технического прогресса. На основе современных достижений в области биологических и технических наук, генетической и клеточной инженерии можно использовать потенциальные возможности целенаправленно созданных живых систем, в частности растений, для повышения жизненного уровня людей.

В решении вопросов будущего развития Казахстана важное значение отводится биотехнологии, которая аккумулирует в себе достижения самых наукоемких отраслей, тем самым, стимулируя их развитие, распространяя достигнутый результат на все отрасли, позволяя им динамично подняться на совершенно качественный уровень. Сегодня, когда возможности экономического роста за счет вовлечения в оборот новых ресурсов сильно ограничены, прогнозы со своей очевидностью отдают биотехнологии одну из ключевых ролей в экономическом развитии человеческого общества.

Современная биотехнология связана с применением потенциала биохимии, микробиологии, молекулярной биологии и инженерных дисциплин для утилизации в промышленных масштабах культур микроорганизмов, клеток и тканей растений. Она создает возможности получения с помощью легкодоступных и возобновляемых ресурсов промышленно ценных и жизненно важных для человека веществ и соединений при низком энергопотреблении.

Одним из основных направлений в биотехнологии является генная инженерия, сосредоточенное на создании генетически модифицированных организмов с теми или иными полезными для человека признаками, такими как, высокая устойчивость к неблагоприятным условиям среды, повышенная продуктивность или способность к интенсивному синтезу целевых биологических активных веществ.

В настоящее время выделяют три этапа в создании новых форм растений:

Первый этап – создание растений с каким-либо свойством устойчивости к вирусам, паразитам или гербицидам.

Второй этап - создание растений с новыми агрономическими функциональными свойствами. В первую очередь – это измененный состав масел в масличных культурах, а также фрукты и овощи с повышенным содержанием витаминов, зерновые культуры с повышенной питательностью зерен и т.д.

Третий этап основан на новых направлениях биотехнологии: растения-вакцины, растения-фабрики, создание новой экологически более чистой промышленности по производству основных технологических продуктов.

Сегодня наибольшая потребность в современной биотехнологии отмечается в области здравоохранения, что обусловлено возможностью неограниченного получения природных белковых биорегуляторов и биологически активных веществ. В отличие от микробиологического производства, получение биологически активных веществ методом культуры клеток растений в настоящее время находится на стадии развития. Однако, достигнутые успехи в этой области в нашей стране и уникальность
большинства веществ растительного происхождения доказывают перспективность данного направления.

В последнее время получены клеточные культуры большого количества видов растений, способных синтезировать различные вещества вторичного метаболизма: алкалоиды, терпеноиды, гликозиды, полифенолы, эфирные масла и т.д. Изменяя условия культивирования, используя индуцированный мутагенез и различные методы отбора, а также комбинируя различные подходы можно добиться ощутимых успехов в этом направлении. Данные технологии используются в тех случаях, когда нет достаточной сырьевой базы, а химический синтез является нерентабельным. Преимуществами таких технологий, альтернативных по отношению к классическим растениеводческим, являются:

- возможность получения любых клеточных культур от любых видов растений – редких исчезающих, эндемиков и т.д.;

- получение культур, превышающих по уровню накопления вторичных метаболитов и скорости роста природных растений в десятки и сотни раз;

- получение экологически чистой биомассы с заданными параметрами в необходимых объемах независимо от климатических, погодных и других условий;

- возможность автоматизации и механизации получения растительной биомассы по принципам микробиологической промышленности.

Таким образом, состояние дел в области направленного биосинтеза биологически активных веществ растительного происхождения, создания трансгенных растений позволяет говорить о том, что уже в настоящее время есть возможность для практического применения достижений биохимии, генетики и физиологии растений как в фармакологической промышленности, так и в других различных отраслях. Для этого необходимо детальное изучение основ биотехнологии растений, а также биосинтетических путей ценных веществ.

В предлагаемом учебном пособии изложены основы культивирования растительных клеток, а также традиционные и новейшие технологии, основанные на достижениях генной и клеточной инженерии. Рассмотрены методы биотехнологии, такие как получение рекомбинантной ДНК, трансгенных растений, культивирование клеток и тканей, клонирование, обеспечение сверхпродуктивности растений.