Біологія і екологія
Тема: Застосуваня результатів біологічних
досліджень у медицині, селекції та біотехнології.
План
1.
Поняття
про біологічну небезпеку, біологічний тероризм і біологічний захист.
2.
Біологічна безпека та основні напрямки її
реалізації.
Як вам уже відомо, на організми впливають поміж інших чинників і
біотичні. Такий вплив зумовлений взаємодією між організмами й може бути
небезпечним. Небезпека - поняття, що об'єднує процеси чи явища, здатні за
певних умов погіршити або внеможливити функціонування та розвиток організму.
Біологічна небезпека. Знання біологічних небезпек необхідне
для захисту організму.
Біологічна небезпека - потенційна небезпека для здоров'я
людини, тварин або рослин унаслідок прямого впливу «інфекційного агенту» або
непрямого впливу через руйнацію навколишнього середовища.
Небезпеку для життя та здоров'я людини можуть становити як організми
(бактерії, гриби, рослини, тварини), так і продукти їхньої життєдіяльності
(соки, смоли, отрути, токсини, алкалоїди тощо) (рис. 1). Наслідком біологічних небезпек є хвороби,
травми різного ступеня тяжкості, зокрема й летальні випадки. Окремої уваги
заслуговують віруси - мікроскопічні, неклітинні форми, які є
внутрішньоклітинними паразитами та збудниками багатьох тяжких захворювань
(віспа, грип, енцефаліт, кір, гепатит, СНІД тощо). Небезпечними збудниками
інфекційних захворювань є бактерії. Спричинені ними інфекції можуть бути
особливо небезпечними.
Рис. 1
|
Назва
організму |
Група, до якої
він належить |
Вплив на
організм людини |
|
Блекота чорна |
Рослини |
Почервоніння обличчя та шиї, збуджений стан, судоми рук і ніг,
галюцинації, слинотеча, а згодом сухість у роті |
|
Поганка бліда |
Гриби |
Біль під грудьми, постійне блювання, згущення крові, судоми, летальні
випадки |
|
Тарантул |
Тварини. Павукоподібні |
Сильні больові відчуття, головний біль, слабкість, порушення
свідомості, судоми, тахікардія, підвищення тиску, летальні випадки |
|
Іксодові кліщі |
Тварини. Павукоподібні |
Укуси, почервоніння, свербіж, стан загального отруєння. Імовірність
зараження енцефалітом |
|
Бджола медоносна |
Тварини. Комахи |
Алергічні реакції, анафілактичний шок, запалення, больові відчуття,
летальні випадки |
|
Хвостокол звичайний |
Тварини. Хрящові риби |
Уколи, слабкість, можлива непритомність, діарея, судоми, порушення
дихання, зниження тиску, летальні випадки |
|
Гадюка звичайна |
Тварини. Рептилії |
Млявість, головний біль, нудота, блювання, запаморочення, зрідка -
летальні випадки |
Біологічна небезпека може
виникнути під час роботи в лабораторіях з потенційно небезпечними речовинами та
організмами. Можна умовно виокремити чинники небезпеки для дослідника, для
середовища і для суспільства загалом. Убезпечитися можна, використовуючи засоби
індивідуального захисту (рукавички, окуляри, респіратори, захисні костюми -
залежно від рівня небезпеки).
Виокремлюють кілька рівнів
небезпеки.
1. Потенційно небезпечні віруси
та бактерії (наприклад кишкова паличка), які не викликають хвороб у здорової
людини. Базові вимоги захисту - рукавички, захист обличчя.
2. Агенти, що являють помірну
небезпеку для людини та середовища, - віруси гепатиту А, В, С, ВІЛ, золотистий
стафілокок тощо. Робота з ними вимагає спеціального навчання персоналу,
обмеженого доступу в лабораторії, підвищених вимог до стерилізації забруднених
предметів.
3. Інфекційні агенти, що
викликають смертельні захворювання, що легко поширюються повітрям, - збудник
туберкульозу, віруси жовтої гарячки, лихоманки Західного Нілу тощо.
Співробітники, окрім спеціального навчання, проходять відповідну імунізацію (за
можливості), використовують захисний костюм, переміщення людей та обладнання в
та з лабораторій суворо контролюють для запобігання дії чинників.
4. Особливо небезпечні агенти, що
викликають хвороби, проти яких відсутні ефективні вакцини або способи
лікування, - віруси Ебола, натуральної віспи тощо. Щодо них уживають ще суворіші
заходи безпеки (максимальне багатоступеневе знезараження всього, що потенційно
може вийти за межі лабораторії, включаючи відпрацьоване повітря. Лабораторії
цього ж рівня працюють зі зразками, отриманими з позаземного простору.
Базові рівні лабораторної безпеки
також застосовують для роботи з ГМО, щоб запобігти неконтрольованому виходу
зразків у природне середовище.
Біологічний тероризм. Як
вам відомо з інформаційних джерел, на жаль, у світі існують терористичні
організації. Вони можуть застосовувати біологічні засоби ведення війни
(використання патогенних бактерій, вірусів, грибів, токсинів тощо) проти
населення з метою знищення максимальної кількості людей, худоби та посівів.
Використання таких засобів (біологічної зброї) називають біологічним тероризмом.
Фахівці вважають, що існує три
основні способи застосування біологічної зброї. Перший спосіб - це зараження
їжі або питної води, другий - інфікування переносників (комарі, блохи), які
заражають населення і худобу. Третій - створення аерозольних хмар, які
респіраторно заражають населення та здійснюють зараження місцевості.
Біологічний захист. Випадки
застосування біологічних засобів і переносників хвороб можна встановити,
виявивши аерозольну хмару, залишки спеціальних контейнерів, велику кількість комах,
кліщів і гризунів, не відомих для цієї місцевості. У такому разі треба
використати засоби біологічного захисту.
Біологічний захист -
це комплекс заходів, скерованих на своєчасне виявлення та локалізацію чинників
біологічного зараження, захист населення й територій.
Згідно з Кодексом Цивільного
Захисту України біологічний захист передбачає виявлення осередку зараження та
прогнозування масштабів його розвитку. Важливим є своєчасне використання
колективних та індивідуальних засобів захисту, а за необхідності -
запровадження карантинного режиму, знезаражування осередку ураження людей,
тварин тощо. Також необхідним є дотримування протиепідемічного режиму
населенням й підприємствами, установами й організаціями незалежно від форм
власності і господарювання.
Біологічна безпека. Концепція
біологічної безпеки була розроблена в рамках Картахенського протоколу з
біологічної безпеки: «Відповідно до принципу вжиття застережних заходів,
відображеного в 15-му Принципі Ріо-де-Жанейрської декларації з довкілля і розвитку,
мета цього Протоколу полягає в сприянні забезпеченню належного рівня захисту в
галузі безпечної передачі, обробки і використання живих змінених організмів,
отриманих у результаті використання сучасної біотехнології, які можуть мати
несприятливий вплив на збереження і стале використання біологічного
різноманіття, з урахуванням також ризиків для здоров'я людини та з приділенням
особливої уваги транскордонному переміщенню». Реалії сьогодення вимагають від
країн, зокрема України, розуміння поняття «біологічна безпека».
Означення цього поняття містить
Закон України «Про державну систему біобезпеки при створенні, випробуванні,
транспортуванні та використанні генетично модифікованих організмів». Закон
визначає біологічну безпеку як «стан середовища життєдіяльності людини, при
якому відсутній негативний вплив його чинників (біологічних, хімічних,
фізичних) на біологічну структуру і функцію людської особи в теперішньому і
майбутніх поколіннях, а також відсутній незворотній негативний вплив на
біологічні об'єкти природного середовища (біосферу) та сільськогосподарські
рослини і тварини».
У результаті застосування
сучасних біотехнологій у широкому спектрі людської діяльності (медицина,
сільське господарство, харчова промисловість тощо) можуть виникати потенційні
небезпеки для біологічних систем. Основою аналізу біологічної безпеки є
напрацювання широкого кола наукових дисциплін (молекулярна біологія, генетика,
селекція, агрономія, ентомологія, екологія тощо).
Основні напрями реалізації
біологічної безпеки в Україні. З метою посилення спроможності держави
ефективно впроваджувати пріоритетні заходи для забезпечення біологічної безпеки
та біологічного захисту на період до 2020 року було розроблено та схвалено
«Концепцію Державної цільової програми біобезпеки та біологічного захисту на
2015-2020 роки».
Реалізацію державної політики в
галузі біологічної безпеки заплановано здійснити шляхом створення й ефективного
функціонування національної системи біологічної безпеки та біологічного
захисту, яка передбачатиме прогнозування, профілактику, ідентифікацію та
протидію наявним загрозам біологічного походження, ліквідацію наслідків
надзвичайних ситуацій, спричинених впливом небезпечних біологічних чинників
навколишнього природного середовища.
Для реалізації державної програми
біобезпеки створено структури державної влади, які опікуються цими питаннями. В
Україні це Державна служба з надзвичайних ситуацій. Підготовка
висококваліфікованих фахівців у галузі управління екологічною безпекою та
екологічне виховання різних верст населення - основна передумова оптимального
вирішення проблем екологічної безпеки.
ПОЛОЖЕННЯ про Державну службу України з надзвичайних ситуацій
1. Державна служба України з
надзвичайних ситуацій (ДСНС) є центральним органом виконавчої влади, діяльність
якого спрямовується і координується Кабінетом Міністрів України через Міністра
внутрішніх справ і який реалізує державну політику у сфері цивільного захисту,
захисту населення і територій від надзвичайних ситуацій та запобігання їх
виникненню, ліквідації наслідків надзвичайних ситуацій, рятувальної справи,
гасіння пожеж, пожежної та техногенної безпеки, діяльності аварійно-рятувальних
служб, а також гідрометеорологічної діяльності.
2. Основними завданнями ДСНС є:
реалізація державної політики у сфері цивільного захисту, захисту населення і
територій від надзвичайних ситуацій, запобігання їх виникненню, ліквідації
наслідків надзвичайних ситуацій, рятувальної справи, гасіння пожеж, пожежної та
техногенної безпеки, діяльності аварійно-рятувальних служб, а також гідрометеорологічної
діяльності.
Питання для самоконтролю
1. Дайте означення понять біологічна небезпека,
біологічний тероризм, біологічний захист.
2. Перелічіть види біологічних небезпек.
3. Наведіть 3-4 приклади організмів поміж різних
груп, що здатні негативно впливати на здоров'я та життя людини.
4. Оцініть ступінь небезпеки створення та
застосування біологічної зброї.
5.
Дайте означення поняття біологічна безпека.
6.
Перелічіть наукові дисципліни, що забезпечують вивчення питань біологічної
безпеки.
7.
Наведіть 3-4 приклади особистої стурбованості біологічною безпекою.
8.
Схарактеризуйте основні напрями реалізації біологічної безпеки.
9. Обґрунтуйте необхідність створення національної системи біологічної безпеки.
Тема: Застосування результатів біологічних
досліджень у медицині, селекції та біотехнології
План
1. 1. Сучасна біотехнологія та її основні напрямки.
2. 2. Застосування досягнень молекулярної генетики,
молекулярної біології та біохімії у біотехнології.
"Мікроорганізм, це гидке каченя перших років
епідеміології, завдяки успіхам науки і техніки, досягненням людського генію
перетворилось у чудового лебедя генетичної інженерії, сучасної біотехнології і
індустрії живих
(Б.
Я. Нейман).
ХХІ сторіччя визначено як
сторіччя біології. Біологічні об’єкти представляють широкий простір для
науковців. Жива природа має незчисленні запаси позитивних якостей, які можна
використати на благо людства та самої природи. Давайте уявимо собі, що
екологічно чисті продукти не забруднюють навколишнє середовище, біотехнологічні
засоби утворення енергії не отруюють світ, а вторинна переробка сировини
дозволяє вичистити Землю від сміття.
Отже, сьогодні на уроці ми з
Вами повинні з'ясувати, чи зможе сучасна
біотехнологія вирішити такі запитання?
-
Ліквідація
нестачі продуктів харчування
-
Поліпшення
стану здоров’я
-
Створення
організмів з конкретними, необхідними для людини властивостями
В кінці уроку зробіть висновок «благо чи зло» - усі біотехнологічні
процеси.
1.Біотехнологія — це сукупність промислових
методів, які застосовують для виробництва різних речовин із використанням живих
організмів, біологічних процесів чи явищ.
Перегляньте презентацію за посиланням https://www.youtube.com/watch?v=Ep_fO5NNevg
Історія
біотехнології
Біотехнологія
виникла на зорі цивілізації, коли первісна людина навчилася не просто збирати
корисні для себе рослини, а й вирощувати їх на оброблюваних полях, не тільки
полювати на диких звірів, а й розводити приручених тварин. Ця первісна
біотехнологія значно полегшила життя людини, бо вона почала отримувати значно
більше їжі і сировини для виготовлення одягу, а затрачала на це менше праці.
Поступово біотехнологія вдосконалювалася, людина почала створювати нові сорти
культурних рослин і породи свійських тварин, учитись ефективніше їх
використовувати. Середина ХІХ ст.: завдяки роботам Луї Пастера доведено зв’язок
процесів шумування з діяльністю мікроорганізмів; традиційна біотехнологія
одержує наукову основу. На початку XX ст., коли, здавалося б, людина навчилася
отримувати від природи все, що можна, виникла нова наука — генетика. Проте
минуло майже 50 років, доки її результати почали приносити користь. Свідомим
поєднанням випадкових спадкових змін (мутацій) людина навчилася створювати все
досконаліші сорти і породи, а також різновиди (штами) корисних мікроорганізмів,
на основі яких виникла мікробіологічна промисловість. 40-50-ті роки ХХ ст.:
здійснено біосинтез пеніцилінів методами ферментації; починається ера
антибіотиків, яка дає поштовх розвитку мікробіологічного синтезу і створенню
мікробіологічної промисловості. 60-70-ті роки ХХ ст.: бурхливий розвиток
клітинної інженерії. У 50-х роках нашого століття виникла нова наука —
молекулярна біологія, а ще через 20 років на її основі — генна інженерія. 1972
р.: групою П. Берга в США створено першу гібридну молекулу ДНК in vitro. Всього
10 років знадобилось генній інженерії, щоб дати біотехнології нову зброю:
принципову можливість свідомо створювати організми, які б продукували сполуки і
здійснювали процеси, необхідні людині. Тобто можна стверджувати, що виникла
нова біотехнологія, яка обіцяє людині небувалий прогрес.
Термін «біотехнологія» вперше використав угорський
вчений Карл Ереки в 1919 році для позначення процесів, в яких продукти
отримують за допомогою живих організмів, а поширюється він з 1970-х років. Із
цього часу біотехнологія нерозривно пов’язана з молекулярною і клітинною біологією,
молекулярною генетикою, біохімією і біоорганічною хімією. Коли кажуть про нову
біотехнологію, то мають на увазі генетичну і клітинну інженерію, які створили
можливість переробки спадкового апарату організмів. За стислий період свого
розвитку (30 років) сучасна біотехнологія не тільки домоглася істотних успіхів,
але і продемонструвала необмежені можливості використання організмів і
біологічних процесів у різноманітних галузях виробництва і народного
господарства.
Сучасні напрямки біотехнологій
Промислова мікробіологія –
використання мікроорганізмів у різних галузях промисловості. Наприклад,
перетворення парафінів у кормовий білок у результаті життєдіяльності
мікроорганізмів, виробництво антибіотиків та інших лікарських речовин.
Інженерна ензимологія – одержання і використання
чистих ферментів і ферментних препаратів.
Генна інженерія – прикладна галузь молекулярної
генетики та біохімії. Завдання генної інженерії – розробки методів перебудови
геномів організмів. Клітинна інженерія – галузь біотехнології, у якій
застосовують методи виділення клітин з організму і перенесення на штучні
поживні середовища, де продовжується їх життєдіяльність.
Завдання клітинної інженерії:
а) Отримання соматичних клітин різних видів, створення
культурних клітин (тканин) для отримання цінних речових.
б) Клонування організмів – перспективний напрям
клітинної інженерії. Клоном (від грец. клон — гілка) називається сукупність
клітин або особин, що виникли від спільного предка нестатевим шляхом.
в) Гібридизація соматичних клітин — напрям досліджень
клітинної інженерії.
Гібридизація дає можливість створювати препарати, що
підвищують стійкість організму проти різних інфекцій, лікувати ракові
захворювання. Ембріональна інженерія — галузь, що займається штучними змінами
організмів у ході зародкового розвитку.
Ембріональна індукція — взаємовплив частин зародка під
час його розвитку (можна змінювати розвиток певних частин зародка в напрямі,
який цікавить дослідників).
Химерні організми Химерами називають організми або їх
частини, що складаються з генетично різнорідних тканин. Уперше цей термін
застосував німецький ботанік Г. Вінклер (1907) для форм рослин, отриманих у
результаті зрощення пасльону й томату. Надалі (1909) Е. Баур, вивчаючи
пеларгонію ряболисту, з’ясував природу химер.
Трансгенні організми. ГМО
Трансгенними називають рослини і тварин, що містять у
своїх клітинах ген чужого організму, включений у хромосоми. їх отримують,
використовуючи методи генної інженерії. Трансгенні організми можуть мати велике
значення для підвищення ефективності сільського господарства та в дослідженнях
у галузі молекулярної біології. Перші генетично модифіковані організми,
одержані з допомогою методів молекулярної біології, з’явилися на світ лише у
80-х роках XX століття. Вчені зуміли змінити геном рослинних клітин, додаючи в
них необхідні гени інших рослин, тварин, риби й навіть людини. Перший
трансгенний організм (миша) був одержаний Дж. Гордоном зі співробітниками 1980
р. На початку 90-х років у Китаї було проведено перше комерційне випробування
генетично модифікованих сортів тютюну й томатів, стійких до вірусів. А 1994 р.
в США вперше надійшли в торговельну мережу продуктів харчування плоди генетично
змінених томатів зі скороченим строком дозрівання.
Широкомасштабне вивільнення в довкілля трансгенних
організмів розпочалося 1996 р. Серед трансгенних організмів, що були створені,
98 % складали генетично модифіковані сільськогосподарські рослини. Серед
трансгенних сільськогосподарських культур найбільші площі були під посівами
сортів рослин, стійких до гербіцидів (71 %), хвороб і шкідників (22 %),
гербіцидів і хвороб разом (7 %). 1999 р. У світовому масштабі посіви
трансгенних сортів становили: сої — 54 %, кукурудзи — 28 %, бавовни й ріпаку —
по 9 %, картоплі — 0,01 % від загальної площі під трансгенними рослинами. Крім
зазначених культур на незначних площах вирощувалися генетично модифіковані
сорти помідорів, гарбуза, тютюну, папайі, буряку, цикорію, льону. Вже створені
й проходять випробування та процедуру реєстрації трансгенні сорти рису і
пшениці. Генетична модифікація надає живим організмам нових властивостей. Але,
хоча такими продуктами нині харчується багато людей, минуло замало часу, аби
наука повністю встановила їх вплив на наш організм. В Європі модифіковані
рослини сої та кукурудзи для виготовлення харчових продуктів дозволено з 1997
p., а харчові ферменти, добавки, одержані в результаті генної інженерії,
використовують понад двадцять років. У багатьох європейських країнах до
законодавчих актів з харчових продуктів включені вимоги щодо безпечності
генетично модифікованих продуктів.
Генетична модифікація надає живим організмам нових
властивостей. Але, хоча такими продуктами нині харчується багато людей, минуло
замало часу, аби наука повністю встановила їх вплив на наш організм. В Європі
модифіковані рослини сої та кукурудзи для виготовлення харчових продуктів
дозволено з 1997 p., а харчові ферменти, добавки, одержані в результаті генної
інженерії, використовують понад двадцять років. У багатьох європейських країнах
до законодавчих актів з харчових продуктів включені вимоги щодо безпечності
генетично модифікованих продуктів. В Україні, незважаючи на заборони, вже
вирощують трансгенну сою, трансгенну картоплю, трансгенний ріпак, кукурудзу,
почали вирощувати генетично модифіковані буряки. У Росії інтенсивно розробляють
генетично модифіковані рослини, створено нові сорти картоплі з модифікованими
генами, а також нові трансгенні буряки з метою видалення небажаних вторинних
продуктів типу рафінози, інвертного цукру та декстрину. В Україні 30-40 %
вирощуваної сої є генетично модифікованою. Близько 300 мільйонів жителів США і
понад 1 мільярд жителів Китаю вживають ГМО без явних шкідливих наслідків для
організму. У США методами генної інженерії одержано покращені сорти сої,
пшениці, томатів. Нові сорти сої вирізняються підвищеним умістом сахарози, яка
позбавляє продукт неприємного «бобового» присмаку. Одержано оливкову олію з
підвищеним умістом олеїнової кислоти.
ГМО слід упроваджувати з великою обережністю, особливо
якщо країна розташована в центрі походження і поширення рослини. Так, соя в
дикому стані росте на Далекому Сході, і там може статися перезапилення. Але для
України перенесення генів у природних умовах узагалі не актуальне. Тут майже
немає диких родичів культурних рослин, адже ми харчуємося лише неаборигенними
культурами. Для нас принциповим є розв’язання іншої проблеми: чи стануть
дикорослі рослини бур’яном, стійким до гербіцидів? Вважають, що в нас
актуальним може бути лише питання з цукровим буряком, адже в нього 8 ефективне
перенесення пилку вітром досягає шести кілометрів. У Криму є дикорослі родичі
цукрового буряку, правда, ці гібриди непродуктивні. Така ж ситуація з пшеницею.
Але проблема є, її потрібно вивчати. Питання про перспективу використання
генної інженерії під час вирощування сільськогосподарської сировини продовжує
викликати серйозні суперечки серед дослідників і широких верств споживачів.
Серед позитивних аргументів — підвищена врожайність, екологічні переваги,
захист від шкідників. З іншого боку — невпевненість у безпечності нових
технологій. Негативний вплив трансгенних рослин, стійких до шкідників, на
нецільові організми можливий завдяки наявності в організмі згаданих рослин
біологічно активних речовин (інсектициди, фунгіциди та ін.). Вплив цих речовин
може бути прямої або опосередкованої дії через трофічні ланцюги. У кожному
агроценозі необхідно визначити весь спектр фауністичного різноманіття і вплив
конкретних біологічно активних речовин на нього. До сьогодні за 13 років
польових випробувань достовірних експериментальних даних про негативний вплив
трансгенних рослин, стійких до шкідників, на нецільові організми не отримано.
Широкомасштабне вивільнення в довкілля генетично модифікованих сортів рослин
різних таксономічних груп з різними генетичними конструкціями, що надають їм
нових властивостей, поставило ряд питань, на які необхідно звернути увагу під
час розбудови системи біобезпеки довкілля. Головними питаннями біобезпеки при
цьому є можлива передача генів, убудованих у трансгенний організм, організмам
навколишнього природного середовища, вплив трансгенних рослин, стійких до
шкідників, на нецільові організми та порушення трофічних ланцюгів.
Сучасні
напрямки біотехнології
1.
Генна інженерія
2.
Інженерна ензимологія
3.
Промислова мікробіологія
4.
Клітинна інженерія
5.
Ембріональна
інженерія
Динамічна карта
( методика Алвермана)
|
Результат тестування 1 2 3
4 5 6 |
К-ть балів: 1 бал за кожне правильне тестове завдання |
|
Що таке біотехнологія ? |
|
|
Які підрозділи складають біотехнологію |
|
|
Що входить до сучасної біотехнології? |
|
|
Користь стовбурових клітин
|
|
|
Негативний аспект їх використання |
|
|
Що таке клон |
|
|
Значення клонування |
|
|
Значення організмів химер
|
|
|
Скільки видів організмів химер існує |
|
|
Що таке ГМО |
|
|
Користь ГМО
|
|
|
Шкода ГМО
|
|
Виконання тесту
1.В яких
галузях не використовуються мікроорганізми:
А Медицина
(антибіотики);
Б промисловість
(хлібопекарські);
В біологічний
метод боротьби;
Г одержання
кормів;
Д виробництво
деревини.
2. Які операції
необхідно здійснити при перенесені генів?
А виділення з
клітини бактерій, тварин або рослин тих генів, які намічені для перенесення.
Б створення
спеціальних генетичних конструкцій (векторів), у складі яких намічені гени
будуть пересаджувати в геном іншого виду.
В можна брати
любі гени.
Г інтеграція
генетичних векторів спочатку в клітину , а потім у геном іншого виду і
вирощування змінених клітин у цілі організми (регенерація).
Д. переносити гени можна довільно.
3. Вирізніть
основні напрямки біотехнології:
А промислова
мікробіологія; Б інженерна
ензимологія;
В цитологія; Г генна інженерія; Д клітинна інженерія.
4. Напрям біотехнології,
що використовує мікроорганізми для отримання антибіотиків і вітамінів, це –
А клітинна інженерія.
Б мікробіологічний
синтез.
В генна інженерія.
Г біохімічний синтез.
5.При штучному
злитті соматичних клітин утворюється:
А гаплоїдна клітина Б гібридома
В статева клітина Г
каріотип
6..Встановіть відповідність
між термінами та їх визначеннями :
А прикладна
галузь молекулярної біології та біохімії, заснована на розробці методів
перебудови генів організмів;
Б кінцеві
молекули ДНК, що присутні у клітинах поза хромосомами;
В методи
виділення клітин з організму і перенесення їх на штучні живильні середовища;
Г сукупність
клітин або особин, що виникли від спільного предка безстатевим шляхом;
Д галузь, що
займається штучними змінами організмів у ході зародкового розвитку;
1- клон
2- генетична
інженерія
3- ембріональна
інженерія
4- тканинна
інженерія
5- плазміди.
Питання для самоконтролю
1. Які організми називають химерними?
2. Як вчені одержують трансгенні
організми?
3. Які генетичні методи широко використовують
у селекції?
4.Чому потрібно постійно проводити
подальшу селекцію давно одомашнених організмів?
5. Як за
допомогою біотехнології ліквідувати нестачу продуктів харчування?
6.
Обгрунтуйте способи поліпшення стану здоров′я за допомогою біотехнології.
7.
Поміркуйте, чи всі біотехнологічні процеси є благом чи злом для людини?
8. Яке
значення має клонування?
9. Яких
нових ознак набувають генетично створені організми?
10. Які
генетично модифіковані сільськогосподарські культури вирощують в Україні?
11. Які
рослини називають трансгенними і чому?
12. Схарактеризуйте
поняття «біотехнологія».
13. Які
підрозділи входять до біотехнології?
Тема: Сталий розвиток та раціональне природокористування
План
1. 1. Екологічна політика в Україні: природоохоронне
законодавство України, міждержавні угоди.
2. 2. Червона книга та чорні списки видів тварин. Зелена
книга України.
Переглянути відео
та презентацію «Екологічна політика в Україні» за посиланнями:
https://www.youtube.com/watch?v=6VbN4BaturM
https://naurok.com.ua/prezentaciya-ekologichna-politika-ukra-ni-157744.html
Сучасний
екологічний стан території України:
-
Значне антропогенне навантаження.
-
Недостатня кількість і якість очисних споруд.
-
Нераціональне природокористування в багатьох галузях господарства.
-
Забруднення певними шкідливими речовинами (зона ЧАЕС – радіонуклідами, Дніпропетровська та Запорізька області –
важкими металами).
-
Надмірне вирубування гірських лісів, як наслідок – посилення ерозійних
процесів та повеней.
-
Проблема дефіциту водних ресурсів (для
південних регіонів).
Напрямки охорони природи:
-
Максимально можливе збереження природних екосистем.
-
Охорона біорізноманіття.
-
Зниження рівня антропогенного впливу на природу.
-
Створення безвідходних виробництв.
-
Вторинна переробка відходів.
-
Раціональне природокористування.
Природоохоронне
законодавство
Питання охорони природнього середовища
і раціонального використання природних ресурсів регулюється положенням Законів
України «Про охорону навколишнього природного середовища» (1991), «Про охорону
атмосферного повітря» (1992), «Про тваринний світ» (2003), Водного кодексу
України, Лісового кодексу України та ін.
Положення Національної програми збереження біологічного
різноманіття:
1. Збереження, поліпшення стану та відновлення
природних і порушених екосистем.
2. Сприяння переходу до збалансованого
використання природних ресурсів, зменшення негативного впливу на екосистеми.
3.
Посилення відповідальності за збереження біорізноманіття з боку підприємств і
громадян, діяльність яких впливає на стан навколишнього середовища.
Координацію природоохоронної роботи
здійснює Міністерство екології та природних ресурсів України.
Міжнародне співробітництво у галузі охорони природи розпочалося ще наприкінці ХІХ століття. Міжнародними
природоохоронними організаціями є:
МСОП – Міжнародний
союз охорони природи та природних ресурсів;
Всесвітній фонд дикої природи;
СКОПЕ – Науковий
комітет з проблем навколишнього середовища;
ЮНЕП – Організація ООН з оточуючого середовища.
Тестова перевірка знань
Вибрати одну або декілька правильних
відповідей
1. Програма ООН з питань
навколишнього середовища, що сприяє координації охорони природи на
загальносистемному рівні, – це:
а) ЮНЕП;
б) МСОП;
в) МАБ;
г) ЮНІСЕФ
2. До поновлюваних
природних ресурсів відноситься:
а) ґрунт;
б) кам’яне вугілля;
в) залізна руда;
г) нафта.
3. Причиною
парникового ефекту є:
а) накопичення в
атмосфері часточок пилу та сажі;
б) накопичення в
атмосфері води в газоподібному стані;
в) зниження вмісту
озону в атмосфері;
г) накопичення в
атмосфері діоксиду вуглецю, метану, оксиду азоту.
4. До принципів гармонічної взаємодії
людини та природи відносяться:
а)
регуляція чисельності населення;
б)
зменшення забруднення навколишнього
середовища;
в)
збільшення енерговитрачання;
г)
контроль суспільства за діяльністю та
відходами виробництв;
д)
відмова від споживацького відношення до
природи
5. Установити відповідність між негативними впливами діяльності людини на
стан біосфери та прямими наслідками цієї діяльності
|
Негативні впливи |
Наслідки |
|
1.
Збільшення концентрації СО2 в повітрі 2.
Викиди фосфатів і нітратів 3.
Викиди хлорфторвуглецевих сполук 4.
Застосування пестицидів і штучний
полив |
А. «Цвітіння» води Б. Озонові діри В. Парниковий
ефект Г. Кислотні дощі Д. Скорочення
площі орних земель |
Перегляньте
презентацію до уроку за посиланням:
https://mypresentation.ru/presentation/chervona_kniga_ukraїni_tvarini
Тема
Застосування
результатів біологічних досліджень у медицині, селекції та біотехнології.
План
1.
Завдання та досягнення сучасної селекції.
2.
Внесок вітчизняних учених-селекціонерів.
3.
Сучасні методи селекції тварин, рослин і
мікроорганізмів.
4.
Явище гетерозису та його генетичні основи.
5.
Значення планування селекційної роботи М.І. Вавилова
про центри різноманітності та походження культурних рослин, закону гомологічних
рядів спадкової мінливості.
Для вивчення нової теми необхідно:
-
уважно прочитати поданий текст
-
переглянути відео
- письмово дати відповідь на запитання:
1.
Що таке селекція? Які її
завдання та предмет досліджень?
2.
Поясніть значення понять «сорт»,
«порода», «штам».
3.
Який внесок зробили вітчизняні
вчені у розвиток селекції?
Подивіться презентацію за посиланням: https://youtu.be/H0p4ObXF3Lg
Селекція — це наука, що вивчає біологічні основи і
методи створення та покращення порід тварин, сортів рослин і штамів
мікроорганізмів. Завдяки селекції з приблизно 150 видів культурних рослин та 20
видів одомашнених тварин створені тисячі різноманітних порід і сортів.
Завданнями
селекції є:
-збільшення
продуктивності сортів рослин, порід тварин та штамів мікроорганізмів;
- вивчення
різноманіття рослин, тварин та мікроорганізмів, що є об’єктом селекційної
роботи;
- аналіз
закономірностей спадкової мінливості за гібридизації та мутаційного процесу;
- розробка систем
штучного добору, що сприяють посиленню та закріпленню корисних для людини ознак
організмів з різними типами розмноження;
- створення стійких
до захворювань та кліматичних умов сортів та порід.
Залежно від цілей селекцію проводять на якість
(смак, зовнішній вигляд, збереження плодів та овочів, уміст білка та
амінокислот у зерні, жирномолочність), стійкість до хвороб, шкідників та
несприятливих кліматичних умов, урожайність рослин, плодючість та
продуктивність у тварин тощо.
Сорт — це штучно створена
людиною група рослин, які мають біологічну й морфологічну подібність з метою
одержання високого урожаю. Це 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.
Порода — популяція тварин у
межах певного виду, штучно створена людиною. Відтворює в потомстві стійкий
генофонд, має свої особливості, морфологічні та фізіологічні ознаки,
продуктивність.
Штам — генетично однорідна
культура мікроорганізмів у межах одного виду. Має властиві лише їй специфічні
властивості чи ознаки.
У порід, сортів та штамів усі ключові гени
переведені у гомозиготний стан, і розщеплення в ряду поколінь не відбувається.
Породи, сорти та штами максимально проявляють свої властивості в спеціально
створених умовах і не здатні існувати без постійної підтримки людини.
Внесок вітчизняних
учених-селекціонерів:
В. Я. Юр’єв (автор близько 100 праць з питань
методики й організації селекції сільськогосподарських культур; вивів 21 сорт
найважливіших зернових культур — озимої і ярої пшениці, озимого жита, ярового
ячменю, вівса, проса, кукурудзи та інших культур);
В. І. Дідусь (досліджував добір у селекції озимої
пшениці; вивів сорт пшениці «Зенітка» та сорт ярого ячменю «Харківський
скоростиглий 353-ж»);
А. Ф. Шулиндін (досліджував гібриди пшениці та жита
— тритикале) та ін.
Ф. Г. Кириченко (вивів новий високоврожайний сорт
озимої пшениці «Одеська-21», «Мічуринка», «Новомічуринка», «Одеська ювілейна»
та ін.);
П.
Х. Гаркавий (вивів сорти озимого ячменю «Одеський-14», «Одеський-17», «Оріон»,
«Оксамит»; усього вивів 14 сортів озимого і 23 сорти ярового ячменю);
О. С. Мусійко (вивів 15 сортів і гібридів
кукурудзи, жита, гречки, зокрема — гібриди кукурудзи «Орбіта», «Новинка»);
В. М. Ремесло (створив високоврожайний сорт озимої
пшениці «Миронівська-808», «Миронівська ювілейна 50», а всього ним створено і
районовано 20 сортів).
Так, було створено унікальні сорти озимої пшениці:
«Лісостепка 74», «Лісостепка 75», «Білоцерківська 198» та ін. (селекціонери
Ковтун Т. Д., Максимчук Л. П., Горлач А. А.). Пізніше — «Веселка»,
«Білоцерківська напівкарликова», «Олеся», «Перлина лісостепу» та «Елегія»
(Бурденюк-Тарасевич Л. А.).
Також було створено значну кількість сортів гороху
та проса. Наприкінці ХХ і початку ХХІ століття селекція продовжує стрімко
розвиватися.
Які сучасні
методи селекції тварин, рослин і мікроорганізмів?
Основними методами селекції є добір, гібридизація,
штучний мутагенез і поліплоїдизація.
-
Добір - метод відбору й збереження особин з
певними, цінними для людини ознаками і сприяння їхньому розмноженню. У селекції
застосовують масовий (за фенотипом) та індивідуальний (за генотипом) форми
добору.
-
Гібридизація
- це метод одержання нащадків внаслідок поєднання генетичного матеріалу різних
клітин або організмів. Схрещування можливе як у межах одного виду
(внутрішньовидова гібридизація, що буває спорідненою й неспорідненою), так і
між особинами різних видів (міжвидова гібридизація).
-
Індукований мутагенез - метод штучного одержання
мутацій, зумовлений спрямованою дією різних мутагенів. У контрольованих умовах
цим шляхом можна отримати мутації, що трапляються в природі зрідка або взагалі
не виявляються.
-
Поліплоїдизація
- метод отримання організмів зі збільшеною кількістю хромосом, що кратна
гаплоїдному набору. Метод застосовують у селекції рослин для підвищення
врожайності, подолання стерильності гібридів та ін.
Нові пріоритети й методи в селекції
І.
Розширення спектра генетичної мінливості. Однією з умов успішної
селекційної роботи є різноманітність вихідного матеріалу. З цією метою в
сучасній селекції застосовують методи генетичної інженерії (трансгенез,
рекомбіногенез, цисгенез), створюють генетичні банки. Генетичні банки - це
сховище насіння, меристем, статевих і соматичних клітин, придатних для
відтворення представників видів, сортів і порід. Найбільший генетичний банк у
світі - Свалбардський глобальний банк насіння рослин на
о. Шпіцберген (Норвегія). В Україні існує Національний центр
генетичних ресурсів рослин, в якому на тривале збереження закладено насіння 27
000 зразків 203 видів рослин.
II.
Підвищення ефективності відбору. Застосування результатів досліджень
молекулярної біології, молекулярної генетики, біохімії дають змогу
селекціонерам підвищувати ефективність основних методів селекції. Так, у
селекції тварин науковці вже здійснюють індивідуальний добір одразу після
народження, не очікуючи на прояви ознак чи появу нащадків, що значно прискорює
селекційний процес. Перспективним виявився молекулярний підхід, а саме добір за
допомогою молекулярних маркерів, що став основою маркерної й геномної селекції.
Метод гібридизації застосовується на молекулярному (метод гібридизації ДНК) і
клітинному (метод гібридизації соматичних клітин) рівнях. Виник новий напрям
селекційних досліджень - клітинна селекція. Для екологічної організації
селекційного процесу формується адаптивна селекція, методи якої спрямовані
передусім на створення високопродуктивних гетерозисних гібридів.
III.
Підвищення інформативності селекційного процесу досягається завдяки
інформаційним технологіям, комп'ютеризації, впровадженню методів моделювання.
Наприклад, ефективним є використання в селекції рослин фітотронів (камер
штучного клімату), в яких моделюють умови вегетації рослин для
експериментальних досліджень, отримують кілька врожаїв за рік і тим самим
значно прискорюють селекційний процес.
IV.
Скорочення термінів створення сортів, порід і штамів. Для прискорення
процесів селекції було розроблено нові методи, що підвищують результативність.
Так, у селекції все ширше використовують методи генної та клітинної інженерії.
Набувають поширення новітні біотехнологічні методи (метод соматичного
ембріогенезу, метод активації пазушних меристем), що стали основою технологій
клонального мікророзмноження рідкісних і цінних сортів культурних рослин,
відтворення й реакліматизації рідкісних порід і видів тварин, отримання нових
штамів мікроорганізмів для розщеплення забруднювачів та ін.
Генетичні основи гетерозису
Одним із шляхів підвищення продуктивності
сільськогосподарських рослин і тварин, розв'язування проблеми продовольчої
безпеки є застосування явища гетерозису.
Гетерозис, «гібридна сила» - це явище, за якого
перше покоління гібридів, одержаних унаслідок неспорідненого схрещування, має
підвищені життєздатність і продуктивність порівняно з вихідними батьківськими
формами. Генетичними основами гетерозису є різні типи взаємодії алельних і
неалельних генів. В одних випадках це може бути домінування (домінантні алелі
пригнічують шкідливу дію рецесивних алелів у гетерозиготних гібридів), в інших
- наддомінування (у генотипі гібридних нащадків можуть поєднуватися сприятливі
домінантні алелі обох батьків), у третіх - комплементарність (поєднання в
генотипі сприятливих неалельних домінантних генів). Окрім того, прояв
гетерозису залежить від умов середовища, значну роль в його появі відіграють
взаємодії ядра й цитоплазми. За даними біохімії, у гетерозисних форм часто
спостерігається ширший набір ферментів порівняно з батьківськими.
Практичне використання гетерозису ґрунтується на
міжпородному (міжсортовому) і міжлінійному схрещуванні. У рослинництві
гетерозис широко використовують під час вирощування соняшнику, кукурудзи,
цукрового буряку, сорго, у тваринництві - для розведення свиней й бройлерних
порід курей. Проблема закріплення гетерозису в рослин розв'язується на основі
вегетативного розмноження гібридів, подвоєння наборів хромосом, використання
гаплоїдії та методів генетичної інженерії.
Отже,
генетичними основами гетерозису є різні типи взаємодії генів.
Переваги
застосування методів генетичної інженерії у сучасній селекції
У створенні нових порід, сортів або штамів селекція
стикається з такими проблемами, як несхрещуваність видів, некерованість ззовні
процесами рекомбінації ДНК, непередбачуваність комбінацій ознак серед нащадків
та ін. На селекційний процес з використанням класичних методів затрачається
дуже багато часу, вплив мутагенів чинить шкідливу дію на генетичний матеріал,
результати не завжди відповідають очікуваним сподіванням та ін. Через те в
сучасній селекції широко застосовують методи генетичної інженерії.
Генетична інженерія - напрям науки, метою якого є
створення генетичних структур та організмів з новими комбінаціями спадкових
ознак. Основними її методами, що мають найширше використання, є: методи генної
(метод молекулярних маркерів, методи секвенування) та клітинної (метод культур,
метод гаплоїдів, метод клонування) інженерії.
Перевагою методів генетичної інженерії є
забезпечення цілеспрямованої й контрольованої зміни ознак. У селекції ці методи
застосовують для генетичного рекомбінування й перенесення генетичного
матеріалу:
-
рекомбіногенез
- процес отримання нових поєднань генів, що здійснюється під час статевого
розмноження шляхом кросинговеру, незалежного розходження гомологічних хромосом
та поєднання гамет під час запліднення;
-
трансгенез
- отримання вихідного матеріалу внаслідок перенесення генів неспоріднених видів
організмів (завдяки цьому методу отримано трансгенні сорти картоплі, стійкі
проти колорадського жука, сорти цукрового буряку, стійкі проти гліфосату);
-
цисгенез
- отримання вихідного матеріалу внаслідок перенесення генів того самого або
близькоспорідненого виду організмів, з яким можливе потенційне схрещування в
природі (так, сучасні цисгенні фітофторостійкі сорти картоплі отримано шляхом
перенесення генів стійкості від дикого виду картоплі до елітного сорту).
Методи
генетичної інженерії значно прискорюють селекційні процеси: термін отримання
нових форм організмів скоротився до 3-4 років замість 10-12 років, необхідних
із застосуванням методів селекції. У цьому велике значення мають методи
маркерної й геномної селекції з використанням молекулярних маркерів. Це
фрагменти ДНК, що їх використовують для виявлення поліморфізму. Вони
перебувають у тісному генетичному зв'язку з геном, відповідальним за
аналізовану ознаку (найширше застосування в сучасній селекції мають
ДНК-маркери).
І ще одна перевага полягає в тому, що генетична
інженерія досліджує рекомбінації й методи отримання нових генетичних структур
поза організмом, оскільки молекулярна біологія довела, що природні механізми
збереження стабільності геному змінити неможливо і небезпечно.
Значення для
планування селекційної роботи вчення М. І. Вавилова про центри різноманітності
та походження культурних рослин
Видатний ботанік та генетик Микола Вавилов на
підставі даних про поширення рослин світом вирізнив 7 основних географічних
центрів походження і різноманітності культурних рослин:
1) Південноазіатський тропічний
(Індонезійсько-Індокитайський): рис (індійський різновид), цукрова тростина,
огірок, баклажан, чорний перець, гвоздика (прянощі), банан, кокосова пальма,
цукрова тростина, лимон, манго та ін. (33 % культурних рослин).
2) Східноазіатський (Китайсько-Японський): соя, гречка,
слива, вишня, хурма, чайне дерево, апельсин, мандарин, пекінська капуста,
цибуля-батун, кориця та ін. (20 % культурних рослин).
3) Південно-Західноазіатський (Передньоазіатський та
Середньоазіатський): м’яка пшениця, морква, часник, цибуля ріпчаста, виноград,
абрикос, груша, фундук, горох, диня, ячмінь, черешня та ін. (14 % культурних
рослин).
4) Середземноморський: капуста білокачанна, цукровий
буряк, редис, олива, лавр благородний, виноград, льон, цибуля, морква, овес,
спаржа, петрушка, селера, кріп та ін. (11 % культурних рослин).
5) Абісинський (Ефіопський): тверда пшениця, ячмінь,
кавове дерево, банани, кавун, кунжут, олійна пальма, цибуля шалот та ін. (близько
4 % культурних рослин).
6) Центральноамериканський (Південноамериканський):
кукурудза, какао, гарбуз, перець овочевий, тютюн, квасоля, червоний перець,
соняшник, авокадо та ін. (приблизно 10 %).
7) Південноамериканський (Андійський): картопля, ананас,
гарбуз (деякі види), хінне дерево, томати, арахіс, садові суниці та ін.
(близько 8 %).
У 1970 році
іншими ботаніками було встановлено ще 3 центри:
8) Австралійський: евкаліпт, акація, австралійський
горіх, ківі, новозеландський шпинат, новозеландський льон та ін.
9) Європейсько-Сибірський: цукровий буряк, конюшина
біла, черешня, обліпиха, чорна смородина, аґрус, ліщина, полуниці, ріпа,
горобина домашня, брусниця, червона смородина, шипшина та ін.
10) Північноамериканський: слива канадська та
американська, аґрус американський, журавлина крупноплідна, горіх чорний та
каліфорнійський, малина чорна, ожина, люпин, ірга та ін.
Подивіться презентацію за посиланням: https://svitppt.com.ua/biologiya/centririznomanitnosti-ta-pohodzhennya-kulturnih-roslin.html
Значення
для планування селекційної роботи закону гомологічних рядів спадкової
мінливості
Положення закону є такими:
1) Види та роди, які є генетично близькими, мають схожі ряди спадкової
мінливості з такою правильністю, що, знаючи ряд форм у межах одного виду, можна
передбачити знаходження паралельних форм у інших видів і родів.
2) Цілі родини рослин загалом характеризуються певним циклом
мінливості, який проходить крізь усі роди та види, з яких складається родина.
Сутність цього закону в тому, що у близьких за походженням видів і родів
організмів виникають схожі спадкові зміни.
Значення
закону гомологічних рядів полягає в наступному:
1) Закон гомологічних рядів спадкової мінливості дозволяє знаходити
потрібні ознаки та варіанти у всій різноманітності форм різних видів як
культурних рослин та свійських тварин, так і їхніх диких родичів.
2) Закон надає можливість успішно здійснювати пошук нових сортів
культурних рослин та порід свійських тварин з потрібними ознаками.
3) Застосовуючи закон гомологічних рядів, можна встановити центр походження рослин за спорідненими видами зі схожими ознаками та формами, які з’явилися, ймовірно, в тих самих екологічних та географічних умовах.
Завдання
для самоконтролю
1. Які методи селекції належать до основних?
2. Наведіть приклади нових
методів селекції рослин, тварин і мікрорганізмів. 3. Що таке гетерозис?
4. Наведіть приклади
використання гетерозису в селекції.
5. Що таке генетична інженерія?
6. Назвіть основні методи генної та клітинної інженерії.
7. Які сучасні методи селекції тварин, рослин й мікроорганізмів?
8. Які генетичні основи гетерозису?
9. Які переваги застосування методів генетичної інженерії у сучасній селекції?
10. Обґрунтуйте необхідність поєднання класичних і новітніх методів селекції.
Лабораторна робота . Вивчення будови статевих клітин людини.
Коментарі
Дописати коментар