защиты, перспективных для использования в защите леса и разработку на их основе технологий получения и применения экологически безопасных средств защиты леса от вредных организмов. Реализация указанного комплекса мероприятий позволит восполнить отсутствие биологических средств для защиты леса в стране и будет содействовать созданию в России их малотоннажных производств.
Увеличение числа биологических средств для защиты леса и расширение сферы их применения позволит снизить как социальноэкономические потери от вспышек массового размножения вредных организмов, так и пестицидную нагрузку на леса, содействуя сохранению биологического разнообразия.
Впроцессе ознакомления с программой рекомендуется обратить внимание на целевые показатели программы, создание базы для повышенного потенциала генетических ресурсов древесных растений.
Врезультате реализации Программы в России будет создана современная база промышленного производства, характеризующаяся повышенным ресурсным потенциалом лесов и существенно сниженным уровнем безвозвратных отходов лесного производства.
Тема 2. История развития биотехнологии в лесоводстве и связь с другими науками.
Цель работы: ознакомиться с обзором исторического развития биотехнологии, еѐ связи с другими науками. Биотехнология в лесоводстве.
Методические рекомендации
При проработке темы необходимо усвоить основные этапы развития биотехнологии, ее связи с другими дисциплинами, краткой историей развития науки. Доисторические времена: домашние животные и культурные растения. Влияние греческой культуры: Гиппократ и Аристотель. 1600-1850- е годы: на заре современной биологии. Чарльз Дарвин и эволюция. Генетика, технология и общество. Первые биотехнологические процессы, используемые человечеством: брожение и окисление. Биотехнология и общество: евгеника и эуфеника. Генетика и биотехнология: теоретические и практические аспекты. Теория преформации. Теория случайного зарождения организмов из неживых компонентов. Карл Линней и его теория постоянства видов. Достижения биотехнологии в сельском и лесном хозяйстве.
Особенно внимательно следует определить роль и место в практике лесного хозяйства, биотехнологии лесных растений как части лесного ресурсоведения. Аспиранту необходимо ознакомиться с основными разделами фундаментальной биотехнологии: классической (формальной) биотехнологии, цитогенетики, молекулярной биотехнологии, биотехнологии ферментов и иммунобиотехнологии, биотехнологии мутагенеза, радиационной и химической биотехнологии, эволюционной биотехнологией, геномикой и эпигеномикой, биотехнологии индивидуального развития и эпигенетикой, экологической биотехнологии и биотехнологической токсикологией, биотехнологией индивидуального развития.
6
Тесты для самоконтроля: Сравните теорию эпигенеза и преформации; Какие идеи положены Дарвином в основу его теории; В чем суть центральной догмы молекулярной биотехнологии и почему она лежит в основе этой науки; Назовите четыре основных метода исследований в биотехнологии; Расскажите о биотехнологических исследованиях в области лесного хозяйства и медицины.
Тема 3. Биотехнология и генная инженерия Цель работы: уяснить цели и задачи современной биотехнологии,
ознакомиться с еѐ задачами и структурой, еѐ место в лесоводстве.
Методические рекомендации
При работе над темой следует иметь в виду, что биотехнология изучает все уровни организации живых организмов – молекулярный, цитологический, тканевый, организменный, надорганизменный, популяционный. Детально изучить: основы биотехнологии, определение биотехнологии, задачи биотехнологии, структуру современной биотехнологии, биотехнологию низкого уровня, биотехнологию высокого уровня: микробиологический синтез, клеточную и генную инженерию.
В заключении ознакомиться с задачами и методами генной инженерии, генетически модифицированных (трансгенных) организмов и генетически модифицированных источников, основными способами получения трансгенных клеток и организмов; их сравнительной характеристикой, с достижениями генной инженерии, перспективами развития генной инженерии, этическими и технологическими проблемами генной инженерии. Опыты получения генмодифицированных древесных растений.
Тесты для самоконтроля: Дать определение биотехнологии; Что такое цветные биотехнологии и их предназначение; Рассказать о целях зеленой биотехнологии; Рассказать о задачах красной, белой, коричневой, синей биотехнологиях; Понятие о трансгенных организмах.
Тема 4. Этапы развития биотехнологии древесных растений. Значение и функции протопластов.
Цель работы: Изучить основные этапы развития и достижения лесной биотехнологии, виды деревьев, введенных в культуру тканей, основными типами эксплантов и типах тканевых культур.
Методические рекомендации
При изучении характеристик основных этапов развития биотехнологии древесных растений необходимо знать основные проблемы работы с древесными растениями – длительный онтогенез, сложность введения эксплантов со взрослых деревьев. Важно знать определение «каллус», «каллусная ткань» а также методы индукции (получения) каллусогенеза у растений, запомнить виды древесных растений, введенных в культуру in vitro (тополь, ива, эвкалипт, сосна, береза, липа и др.), особенности строения и морфологии каллуса, индукцию и культивирование суспензионной клеточной культуры. Особое внимание уделить значению протопластов для
7
прикладных и фундаментальных исследований, основным способам получения протопластов, способы культивирования и слияния протопластов.
Тесты для самоконтроля: Дать определение лесной биотехнологии; Назвать виды лиственных древесных растений, используемых в настоящее время в биотехнологии; назвать виды хвойных древесных растений, используемых в биотехнологии; назвать виды декоративных древесных и кустарниковых пород, используемых в биотехнологии; привести алгоритм введения в культуру ткани карельской березы, тополя белого, сереющего, ольхи черной и серой.
Тема 5. Методы биотехнологии.
Цель работы: Изучить основные методы биотехнологии, их применимость к отдельным видам деревьев.
Методические рекомендации
Вначале необходимо ознакомиться с основной задачей генной технологии - создание новых комбинаций наследственного материала в целых клетках микроорганизмов, грибов, растений и животных с последующей передачей введенной информации дочерней клетке.
При изучении данной темы следует уяснить следующие наименования и области их применения: Пути введения генов, методика генной инженерии, роль плазмид в этом процессе, виды используемых плазмид – агробактериальные и ризобиальные, изучить Закон РФ «О санитарноэпидемиологическом благополучии населения» об условиях работы в области генной инженерии.
К методам биотехнологии относится клеточная инженерия. Аспиранту важно уяснить типы клонирования культур тканей и клеток высших растений, соматическую гибридизацию клеток растений, особенности культивирования клеток растений. В качестве расширения кругозора следует знать инженерию культур клеток животных и человека: клонирование, трансплантацию эмбрионов, создание гибридов, особенности культивирования клеток животных.
Атакже получение медицинских препаратов и лекарственных веществ
спомощью микроорганизмов и культур тканей.
Тесты для самоконтроля: Охарактеризуйте метод генной инженерии; Что такое плазмиды? Какова их роль в генной инженерии? Для каких целей в генной инженерии применяются ферменты рестриктазы? Лигазы? В чем заключается сущность метода клонирования растений? Для каких целей применяются методы клонирования? В чем заключается метод соматической гибридизации клеток? В чем сущность метода трансплантации эмбрионов? Охарактеризуйте гибридомную технику; Для каких целей применяют методы трансплантации эмбрионов и гибридомную технику? Охарактеризуйте методы получения гормонов, ферментов, интерферонов.
Тема 6. Индукция морфогенеза in vitro.
Цель работы: определить роль и место внешних (средовых) и
8
внутренних (генотипических) факторов при введении в культуру ткани.
Методические рекомендации
Изучение темы необходимо начать со значения происхождения экспланта для индукции процессов регенерации in vitro. Важно знать, что правильный выбор меристематической (образовательной) ткани в растении является одним из важнейших факторов дальнейшей успешной процедуре работы с ним. Также важно понимать роль компонентов питательной среды,
особенности |
еѐ |
приготовления |
для |
индукции |
процессов |
|
регенерации in vitro (макросоли, |
микросоли, |
сахара, |
фитогормоны, |
|||
отвердители |
среды), |
регуляция |
воздействия |
внешних |
факторов на |
|
культивирование морфогенеза in vitro также сильно влияет на результат взаимодействия экспланта с питательной средой.
Тесты для самоконтроля: Виды эксплантов у лиственных древесных растений; Виды эксплантов у хвойных древесных растений; Роль макросолей в питании растений; Роль микросолей в питании растений; Веществаотвердители, используемые при создании искусственных питательных сред в биотехнологии;
Сахара, используемые при приготовлении искусственных питательных сред; Влияние освещенности, влажности и температуры на рост эксплантов.
Тема 7. Пути биосинтеза фитогормонов.
Цель работы: Изучить основные пути биосинтеза и транспортировки основных групп фитогормонов в растении.
Методические рекомендации
Студенту при проработке этой темы необходимо знать определение и функции фитогормонов. Они имеют следующие особенности: 1. Эндогенное происхождение. 2. Способны перемещаться по растению. 3. Вызывают ростовые и формативные эффекты в малых концентрациях (10-12 – 10-7 М) а также понимать: пути биосинтеза и катаболизма ауксина, его химическую формулу, пути биосинтеза и катаболизма другой группы фитогормонов - цитокининов, структурную формулу цитокининов.
При изучении путей биосинтеза и катаболизма гиббереллинов нужно знать их функциональную нагрузку, а именно – они были обнаружены
фитопатологами |
на |
рисе, |
при |
его |
заболевании |
грибком Gibberella fujikuroi резко |
вытягивается |
стебель, |
привести |
||
структурную формулу гиббереллинов, пути биосинтеза и катаболизма абсцизовой кислоты, структурную формулу абсцизовой кислоты.
Пути биосинтеза и катаболизма этилена. Структурная формула этилена. Пути биосинтеза брассиностероидов. Структурная формула брассинолида и кастастерона. Жасминовая кислота, салициловая кислота, их строение и функции.
Тесты для самоконтроля: Рассказать о химических формулах и путях биосинтеза цитокининов на примере зеатина; Рассказать о химических формулах и путях биосинтеза гиббереллинов на примере гибберелловой кислоты.
9
Тема 8. Локализация биосинтеза фитогормонов в растении.
Цель работы: уяснить локализацию ауксина, гиббереллинов, цитокининов, абсцизовой кислоты, этилена.
Методические рекомендации
При изучении данного вопроса следует обратить внимание на локализацию биосинтеза фитогормонов. Поскольку у них разные функции, то и локализация у них разная. Ауксин, локализация. Локализация биосинтеза в клетках и частях растений цитокининов.
Далее необходимо ознакомиться с локализацией биосинтеза в клетках и частях растений гиббереллинов, абсцизовой кислоты.
Локализация биосинтеза в клетках и частях растений этилена, брассиностероидов.
Тесты для самоконтроля: В каких частях (органах) растений производится сборка ауксинов? Цитокининов? Гиббереллинов? Этилена и абсцизовой кислоты? В какие органы они перемещаются? Физиологические эффекты ауксинов, цитокининов, гиббереллинов, абсцизовой кислоты, этилена, брассиностероидов. Конъюгирование, первичные акцепторы, действие на рост и развитие растений. Виды взаимоотношений между группами фитогормонов – антагонизм, синергизм.
Тема 9. Методы селекции и регенерации растений.
Цель работы: уяснить цели создания объектов ЕГСК и воссоздание редких генотипов деревьев методами культуры тканей.
Методические рекомендации
При изучении современного состояния биотехнологии необходимо понимать, что важной составляющей биотехнологического процесса является отбор необходимых для массового получения форм (видов) деревьев. Ориентироваться в возрасте деревьев, с которых должен быть взят материал для размножения. Поэтому студент должен знать: понятие о генофонде лесных древесных растений, пути сохранения генофонда – in situ и ex situ, Объекты Единого Генетико-Селекционного Комплекса (ЕГСК): Архив клонов, географические культуры, испытательные культуры, особо охраняемые природные территории (ООПТ), памятники природы, культуры экзотов, культуры интродуцентов, гибридные плантации, плантационные культуры.
Тесты для самоконтроля: Охарактеризовать каждый из объектов ЕГСК, из каких пород он создается, для каких целей. Дать определение архива клонов. Для чего создаются географические культуры? В чем особенность закладки испытательных культур? Ведение хозяйства на ООПТ. Что может служить памятником природы? Экзоты, интродуценты, гибриды – их значение для науки и практики.
Тема 10. Плантационное лесовыращивание с использованием биотехнологии in vitro
Цель работы: уяснить цели создания плантационных лесных культур
10