Біологічні і соціальні аспекти регуляції розмноження у людини

Тема: Поняття  про  селекцію. Генетично модифіковані організми. Введення в культуру рослин. Методи селекції рослин.

Вивчення нового матеріалу

Селекція як наука

Селекція – наука про створення нових та поліпшення вже існуючих сортів рослин, порід тварин і штамів мікроорганізмів. Наукові основи селекції заклав Ч. Дарвін у праці "Походження видів" (1859), де висвітлив причини й характер мінливості організмів і показав роль добору у створенні нових форм. Важливим етапом подальшого розвитку селекції стало відкриття законів спадковості. Великий внесок у розвиток селекції зробив Μ. І. Вавилов, автор закону гомологічних рядів у спадковій мінливості й теорії про центри походження культурних рослин.

Для досягнення ефективних результатів селекціонер повинен бути добре обізнаний з особливостями розмноження, індивідуального розвитку та процесів життєдіяльності видів з якими він працює.

Селекція відіграє значну роль у вирішенні основного завдання сільського господарства – забезпеченні максимального обсягу виробництва високоякісних харчових продуктів за мінімальних вкладених коштів та витрат енергоносіїв.

Формулювання висновку:

Основними завданнями сучасної селекції є підвищення продуктивності сортів і порід, переведення їх на промислову основу, створення порід, сортів і штамів, пристосованих до умов сучасного сільського господарства, забезпечення найповнішого виробництва харчових продуктів за найменших витрат та ін.

Поняття про сорт, породу та штам

Порода тварин – це сукупність особин у межах певного виду тварин, яка має генетично обумовлені стабільні характеристики (властивості та ознаки), що відрізняють її від інших сукупностей особин цього виду тварин, стійко передають їх потомкам та є результатом інтелектуальної, творчої діяльності людини.

Сорт рослин – група культурних рослин, які в результаті селекції отримали певний набір характеристик (корисних або декоративних), які відрізняють цю групу рослин від інших рослин того ж виду. Кожен сорт рослин має унікальну назву та зберігає свої властивості при багаторазовому вирощуванні.

Штам мікроорганізмів – чиста культура певного виду мікроорганізмів, морфологічні і фізіологічні особливості якої добре вивчені.

Запам’ятайте: породи тварин, сорти рослин та штами мікроорганізмів це своєрідні штучні популяції створені людиною, тому без підтримки людини вони можуть вироджуватися – втрачати притаманні їм властивості.

Основні методи селекції

Основні методи селекції – штучний відбір та гібридизація.

Штучний добір – це вибір людиною найцінніших у господарському відношенні особин рослин і тварин даного виду, сорту або породи для отримання потомства з бажаними ознаками.

Розрізняють дві основні форми штучного відбору – масовий та індивідуальний.

Масовий відбір заснований на збереженні за фенотипом цілої групи особин з потрібними ознаками і вибракування всіх інших, що не відповідають сортовим або породним стандартам.

Індивідуальний відбір заснований на збереженні окремих особин організмів з урахуванням спадкової стійкості їх ознак.

Ефективність селекції залежить не лише від форми штучного добору, а й від правильного вибору батьківських пар плідників і застосування відповідної системи схрещування організмів – гібридизації.

Гібридизація — це схрещування (поєднання генетичного матеріалу) різнорідних організмів із метою одержання якісно нових, кращих нащадків (гібридів). Гібриди утворюються в результаті статевого процесу або поєднання нестатевих клітин.

Гібридизація може відбуватись у межах одного виду (внутрішньовидова) і між особинами різних видів (міжвидова або віддалена). Внутрішньовидове схрещування буває спорідненим і неспорідненим.

Споріднене схрещування, або інбридинг – це схрещування організмів, що мають безпосередніх спільних предків.

Неспоріднене схрещування, або аутбридинг – гібридизація організмів, які не мають тісних родинних зв’язків, тобто представників різних ліній, сортів чи порід одного виду.

Віддалена гібридизація – схрещування особин, які належать до різних видів і навіть родів із метою поєднання у гібридів цінних спадкових ознак представників різних видів.

Формулювання висновку:

Гібридизацію здійснюють з метою отримання високопродуктивних гібридів рослин і тварин.

Генетично-модифіковані організми

 Генетично-модифіковані організми

Генетично модифікований організм (ГМО) – це організм, генотип якого було змінено за допомогою методів генної інженерії. Генетичні зміни, як правило, здійснюються в наукових та сільськогосподарських цілях. Генетична модифікація відрізняється від природного та штучного мутагенезу саме направленою зміною генотипу. При цьому генетичний матеріал переносять з одного організму в інший, використовуючи технологію рекомбінантних ДНК . Якщо при цьому ДНК, яку переносять, походить з іншого виду, отримані організми називають трансгенними.

Основні етапи створення ГМО:

1. Отримання ізольованого гена.

2. Введення гена у ДНК-вектор.

3. Перенесення вектора з геном в організм, що модифікують (процес трансформації).

4. Експресія генів у трансформованій клітині.

5.Відбір (селекція) трансформованого біологічного матеріалу (клону) від нетрансформованого.

Отримати необхідний ген можна як з природного джерела (геному), так і з геномної бібліотеки. Він може бути отриманий і хімічним (за наявності відповідної послідовності нуклеотидів) чи ферментативним (використання механізму зворотньої транскрипції) шляхами. На сьогодні процес штучного (хімічного) синтезу генів є рутинною справою. Здійснюється такий процес за допомогою комп'ютеризованих пристроїв, що продукують різні послідовності ДНК довжиною 100—140 пар нуклеотидів (олігонуклеотиди).

Щоб вбудувати ген у вектор, використовують ферменти — рестриктази та лігази. За допомогою рестриктаз векторна ДНК розрізається в певних ділянках і вбудовується необхідний ген. Зшивається дана конструкція за допомогою лігази.

Техніка введення генів у бактерії була розроблена після того, як Фредерік Гріффіт відкрив явище бактеріальної трансформації. В основі цього явища лежить примітивний статевий процес, який у бактерій супроводжується обміном невеликими фрагментами нехромосомної ДНК, плазмідами. Плазмідні технології лягли в основу введення штучних генів в бактеріальні клітини. Для введення готового гена у спадковий апарат клітин рослин та тварин використовують процес трансфекції.

Якщо модифікації піддаються одноклітинні організми або культури клітин багатоклітинних, то на цьому етапі починається клонування, тобто відбір тих організмів та їхніх нащадків (клонів), які піддалися модифікації. Як реципієнти, в геном котрих вбудовують чужорідні гени, використовують ембріональні клітини ссавців, деяких рослин, дрозофіли, протопласти рослин, мікроспори, зародки рослин та ін. Перенесення потрібних генів у межах вектора можливо здійснити за допомогою декількох методів, таких як:

Мікроін'єкція. За допомогою мікроголки та маніпулятора в клітину, або безпосередньо в ядро, вводиться векторна ДНК. В основному метод використовують для модифікації дрозофіл та рослин.

Електропорація. Рослинні протопласти чи тваринні клітини оброблюють імпульсами електричного поля високої напруги, що збільшує проникненість мембрани на деякий час. За цей період чужорідна ДНК проникає крізь утворені пори.

Транспорт ДНК в складі ліпосоми. В даному випадку використовується властивість ліпосом зливатись з клітинною мембраною, або поглинатись клітиною, як у випадку ендоцитозу. В самій клітині відбувається руйнування ліпосоми та вивільнення привнесеної ДНК. Метод використовується як для трансформації тваринних клітин, так і рослинних (протопластів).

Бомбардування мікрочастинками (метод балістичної трансформації). Для цього використовують частинки золота чи вольфрама розміром 0,3 — 0,6 мкм. На їх поверхні закріплюється векторна ДНК. Готові частинки заряджають у «генну пушку» та здійснюють обстріл клітин під високим тиском, або під електричним розрядом. Даний метод широко використовують для трансформації однодольних чи хвойних рослин. Бомбардування використовують при генотерапії.

Використання бактерії Agrobacterium tumefaciens (використання природних форм переносу генів) чи здатність лентивірусів переносити гени в клітини тварин.

Це цікаво!

Свого часу імпортери помідорів мали проблеми з його перевезенням, адже овочі втрачали свій привабливий вигляд, особливо шкірка. Щоб виправити ситуацію генна інженерія запропонувала цікаве рішення — пересадити у ДНК помідорів ген... черепахи. Результатом такого “поєднання” став помідор, шкірка якого була твердіша і менше зазнавала пошкоджень. Це яскравий приклад того, для чого модифікують ті чи інші продукти — в першу чергу, щоб отримати економічний зиск. ГМО не варто плутати з селекцією. Прищепити гілку груші до яблуні чи вивести новий сорт слив — це не генна інженерія, а результат тривалої і кропіткої праці біологів.

Історія виникнення генетично модифікованих організмів

Історія ГМО починається в 1970-ті роки, коли формувалася нова галузь науки — генетична інженерія. Перші рекомбінантні бактерії було створено у 1973; це була вже існуюча бактерія E. coli, яка експресувала ген Сальмонели. Вчені з самого початку усвідомлювали, що потрібно враховувати можливі ризики та етичні проблеми, пов'язані з використанням нової технології. У лютому 1975 року понад 100 вчених зібралися у Каліфорнії на Асиломарській конференції, де був прийнятий мораторій на дослідження в області генної інженерії, поки не будуть оцінені можливі ризики її використання. Після накладання мораторію дослідження все одно продовжувалися, але в значно менших масштабах і з жорсткішим регулюванням. У 1975 році Герберт Бойєр заснував першу компанію, яка використовувала технологію рекомбінантних ДНК — Genentech, і у 1978 компанія оголосила про створення лінії E. coli, яка виробляє людський білок інсулін.

Всі випадки використання ГМО широко обговорювалися у пресі. У 1986 році полеміка розгорнулася навколо застосування створених за допомогою генної інженерії («ice-minus» бактерій). Вихідна бактерія живе на багатьох рослинах, роблячи їх чутливими до заморозків, оскільки білок, який вона виділяє, сприяє утворенню кристалів льоду на рослинах. За допомогою генної інженерії були отримані так звані «ice-minus» бактерії, у яких видалений ген, що кодує цей білок. Мета полягала у тому, щоб розбризкуючи суспензію цих бактерій на рослини, зробити їх стійкішими до заморозків. Розгорнулася широка полеміка щодо того, наскільки небезпечним є вивільнення ГМО в навколишнє середовище, проте зрештою дозвіл було отримано. Після цього випадку правила стали більш чіткими і зменшилися обмеження на використання ГМО, призначені для комерційного використання, в США у 80ті роки почали перевірятися такими державними структурами як NIH (Національний інститут здоров'я) та FDA (Управління по контролю за якістю харчових продуктів, медикаментів та косметичних препаратів) . Після того, як була доведена безпечність їх застосування, ці лінії організмів отримали допуск на ринок.

У 1987 році були вироблені перші польові випробування генетично модифікованих сільськогосподарських рослин. Як підсумок - помідор, стійкий до вірусних інфекцій. У 1992 р. в Китаї почали вирощувати тютюн, який «не боявся» шкідливих комах. Але початок масового виробництва модифікованих продуктів в 1994 р., коли в США з'явилися помідори сорту FlavrSavr, які не псувалися під час перевезення. Це помідори з відкладеним дозріванням, які зберігаються до півроку при температурі 14-16 градусів. Дозрівання відбувається при приміщенні його в кімнатну температуру. 1994-й вважається офіційним роком народження ГМ-продуктів. У 1995 році американська компанія-гігант Monsanto запустила на ринок ГМ-сою RoundupReady. У ДНК рослини був впроваджений чужорідний ген для підвищення здатності культури протистояти бур'янам . У результаті зараз існує картопля, який містить гени земляної бактерії, що вбиває колорадського жука, стійка до засух пшениця, в яку вживили ген скорпіона, помідори з генами морської камбали, соя та полуниця з генами бактерій.

Список рослин, які вирощують із застосуванням методів генної інженерії дуже великий. У нього входять: яблуня, слива, виноград, капуста, баклажани, огірок, пшениця, соя, рис, жито і безліч інших сільськогосподарських рослин

Широко застосовуватися комерційне культивування ГМО почало в середині 1990-х. З того часу їх використання зростає з кожним роком.

Вплив ГМО на організм людини

Проблема генно-модифікованих організмів не перестає тривожити розум, як учених, так і простихлюдей. Це пов'язано з тим, що їхній вплив на організм людини ще мало вивчено. Компанії, що виробляють генно-модифіковані продукти досить жорстко пропонують їх до реалізації, прагнучи виправдати свої дії турботою про все людство.

Адже, на думку виробників, такі продукти здатні врятувати все населення планети від неминучого голоду, який рано чи пізно настане.

Відкриття генно-модифікованих організмів (ГМО) - це ще один крок у справі перемоги людини над природою. Адже можливість створення нових організмів з таким набором генів, який ніколи раніше не зустрічався у природі, дозволяють вченим «виробляти» нові види тварин і рослин в лабораторних умовах, тобто взяти процес еволюції фактично під свій контроль.

Величезна кількість людей на планеті щодня вживають в їжу продукти, що містять ГМО. Але до цих пір немає чіткої відповіді на питання: чи так безпечні такі продукти? Який вплив ГМО на організм людини? Або може бути дійсно не варто турбуватися з цього приводу? Обговорення цих питань триває вже більше 10 років, але чітких відповідей і єдиної думки серед вчених усього світу так і не спостерігається.

Існують як прихильники, так і противники ГМО. І кожен пропонує свої аргументи на захист власної теорії.

Захисники трансгенних організмів замовчують вплив ГМО на людей і тварин, зате проголошують ці продукти як унікальне порятунок всього людства від голоду. Адже населення планети продовжує збільшуватися, а наявні ресурси вже не здатні покрити всі зростаючі потреби людей в їжі. Отже, необхідно в кілька разів збільшити обсяги виробництва продуктів харчування, зокрема сільськогосподарської продукції.

Прихильники ГМО наводять як приклад безсумнівні переваги даних організмів: висока врожайність, підвищена морозо - і посухостійкість таких культур, здатність протистояти багатьом хворобам і шкідникам.

У свою чергу фахівці-противники ГМО наводять дані досліджень, які підтверджують негативний вплив ГМО як на людину, так і в цілому на навколишнє середовище . У численних доповідях йдеться про те відчутному шкоду, якої завдають ГМ-продукти здоров'ю людини. Зокрема можливе виникнення алергічних реакцій, пригнічення імунної системи людини. Можуть бути виявлені різні розлади обміну речовин. Відомо, що в Швеції, де трансгенні продукти заборонені до реалізації, тільки 7% населення хворіє на алергію, тоді як в США, де така їжа в широкому доступі (і навіть не має спеціального маркування) частка алергіків - 70,5%. Значна різниця, чи не так?

На підставі численних спостережень було виявлено, що споживання ГМ-продуктів негативно відбивається і на дитячому організмі. Тому, починаючи вже з 2004 року, у ряді європейських країн повністю заборонено використання ГМО в продуктах, призначених для харчування дітей до 4-х років. Не відстає від Європи і Росія. Московська міська дума на своєму засіданні підтримала федеральний законопроект, що вимагає заборони на застосування ГМО у виробництві продуктів дитячого харчування.

У результаті тривалого споживання продуктів, що містять ГМО, може розвинутися стійкість патогенної мікрофлори людини до антибіотиків , що в свою чергу призведе до виникнення труднощів при лікуванні різних захворювань, аж до неможливості їх лікування. ГМ-продукти можуть викликати надалі різні мутації в організмі людини, а також призвести до онкологічних захворювань.

Світ поділено на два табори - захисників і противників впровадження ГМ-продуктів в масове виробництво. Але всі наслідки поширення ГМО не може передбачити ніхто . Тому дуже радує нинішня ситуація, коли вчені, звичайні споживачі, громадські організації ретельніше стежать за тим, які продукти харчування пропонують нам виробники. І особлива увага приділяється генетичної чистоті продуктів. Наприклад, в магазинах Європи для товарів, що містять ГМО, виділяють окремі полки, в пресі публікують списки компаній, що використовують у виробництві ГМ-інгредієнти. У нашій країні люди теж мають право знати, що вони споживають. Тому повільно, але вірно такі заходи вживаються і у нас.

Незважаючи на вищевказані факти, необхідно розуміти, що тривалих досліджень з визначення безпеки споживання генетично-модифікованих продуктів на організм людини не проводилися. Адже з моменту відкриття ГМО пройшло трохи більше 20-ти років. Цього терміну недостатньо, щоб сформулювати остаточні висновки. Тому не можна з точністю стверджувати про будь-який негативний вплив ГМО на організм людини. Так само як не можна і сказати про те, що такі продукти благотворно позначаються на нашому здоров'ї.

Хоч вплив ГМО і мало вивчений, але споживачі неодмінно повинні знати, містяться чи ні трансгени в їх улюблених кукурудзі,  йогурті або тістечку. А купувати чи ні такий продукт, кожен вирішує для себе сам.

Селекцією рослин називається наука, що вивчає способи створення нових та удосконалення наявних сортів культурних рослин із важливими в практиці ознаками. Розрізняють декілька основних методів селекції: відбір, гібридизація, мутагенез і поліплоїдія. Штучний відбір - основа селекційного процесу. У комплексі з генетичними методиками відбір дає можливість створювати сорти рослин із заздалегідь зумовленими особливостями. Відбір може бути масовим та індивідуальним.

Гібридизація — процес утворення або отримання гібридів, в основі якого лежить об'єднання генетичного матеріалу різних клітин в одній клітині. У селекції застосовують близькоспоріднене схрещування (інбридинг) і схрещування неспоріднених органі­змів (аутбридинг)

Самозапилення веде до підвищення гомо­зиготності і закріплення спадкових властивостей. Потомство, отримане від однієї гомозиготної рослини шляхом самозапилен­ня, називається чистою лінією. У особин чистих ліній часто зни­жується життєздатність і падає врожайність. Але якщо схрестити різні чисті лінії між собою (міжлінійна гібридизація), то спостері­гається явище гетерозису — підвищена життєздатність і плодю­чість в першому поколінні гібридів, яка поступово знижується. Гетерозис пояснюється переходом більшості генів в гетерозигот­ний стан.

Міжлінійна гібридизація дозволяє підвищити врожай­ність насіння кукурудзи на 20—30%. Явище гетерозису у рослин можна закріпити при вегетативному розмноженні (бульбами, жи­вцями, цибулинами тощо).

Віддалена гібридизація дозволяє поєднувати в одному органі­змі цінні ознаки різних видів і навіть родів. Така гібридизація здійснюється насилу, і міжвидові гібриди звичайно безплідні, оскільки утруднена кон'югація хромосом різних видів при мейо­зі. Неші (Яблуко+груша).

Особливості рослин як об’єктів селекції Висока плідність( велике число нащадків) Крім статевого розмноження , характерне вегетативне; Притамане явеще поліплоїдії Невимогливі до умов середовища Не вимагають великих економічних витрат. Методи селекції рослин Висока плідність Наявність видів , що самозапилюються , дає можливість виведення чисту лінію шляхом застосування індивідуального добору Вегетативне розмноження дає змогу тривалий час зберігати гетерозиготну комбінацію при мутації Отримання матеріалу для добору шляхом опромінення Поліплоїдія. Перші культурні рослини появилися з переходом людей на осідлий спосіб життя. За допомогою примітивних знарядь обробки ґрунту люди почали висівати насіння диких рослин. Окультурювання рослин відбувалося внаслідок несвідомого добору і розмноження екземплярів рослин, що мали властивості кращі для людини. Ці екземпляри мали більші плодами і насіннями, кращі смакові якості. Деякі з таких сортів і видів вирощуються і в сучасний час. З часом селекція стала більш цілеспрямована, відбиралося те насіння, яка давало більший урожай. Почалися створювати товариства, які займалися продажем сортового насіння. Першою була заснована в 1727 році біля Парижа фірма «Вільморен», яка досі продає сортове насіння. Аналогічні товариства створювалися і в інших країнах. Систематизація результатів проведених гібридизацій і спроб їх пояснень розпочалося в другій половині XVIII ст.. Були здійснені гібридизації різних видів рослин багатьма вченими. Теорія Дарвіна, яку він запропонував у 1759 році, показала значні можливості щодо змін типу рослин у потрібному напрямі методом безперервного добору. Методи роботи І. В. Мічуріна. Великий внесок в селекцію ро­слин зробив І. В. Мічурін (1855—1935). В основі його робіт ле­жить поєднання трьох основних методів: гібридизації, добору і дії умов середовища на гібриди, що розвиваються (їх «виховання» в бажаному напрямі). Велике значення І. В. Мічурін надавав підбо­ру початкових батьківських форм для гібридизації. Він схрещу­вав місцеві морозостійкі сорти з південними. Одержувані сіянці піддавав строгому добору і поміщав у відносно суворі умови. Цим методом отримана яблуня Слов'янка, гібрид Антонівки та півден­ного Ранету ананасового.

Широко використовував І. В. Мічурін і віддалену гібридиза­цію: отримав гібриди малини і ожини, горобини і сибірського глоду тощо. Щоб подолати несхрещуваність при віддаленій гібри­дизації, Мічурін розробив низку методів. Метод вегетативного зближення полягає в попередньому щепленні одного виду рослин на іншому; внаслідок цього зміню­ється хімічний склад тканин, що, напевно, сприяє проростанню пилкових трубок у маточці материнської рослини. Так можна добитися запліднення при гібридизації таких видів, які звичайно не схрещуються. Саме завдяки цьому методу були отримані гіб­риди груші і горобини, яблуні з грушею, вишні й японської чере­мхи (церападус), айви з грушею. Метод посередника полягає в наступному: якщо схрещуван­ня між двома віддаленими формами (А і В) не вдається, то підшу­кують третю (С), яка схрещується з однією з перших двох (напри­клад, з А). Здобутий від цього схрещування гібрид (D), що має розхитану спадковість, порівняно легко схрещується з другою з двох спочатку намічених для гібридизації форм (з В). Гібрид D і є «посередником», зв'язуючою  ланкою між А і В. Цим методом Мічурін вивів сорт північного персика. Метод суміші пилку реалізується через використання для штучного запилення суміші пилку декількох сортів батьківського виду і материнської рослини, а іноді ще і з додаванням пилку ін­ших видів рослин.

Домашнє завдання: Опрацювати параграф

Виконайте обов’язково онлайн тест по цьому посиланню https://naurok.com.ua/test/join?gamecode=574445