Генная инженерия растений

Размещено на http://www.allbest.ru

СОДЕРЖАНИЕ

ОПРЕДЕЛЕНИЯ

СОКРАЩЕНИЕ И ОБОЗНАЧЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ

1. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

1.1 История генной инженерии

1.2 Генная инженерия растений

2. СОЗДАНИЕ ТРАНСГЕННЫХ РАСТЕНИЙ

2.1 Генетически модифицированные растения с помощью бактерии Bacillus thuringiensis

2.2 Трансгенные кукуруза и хлопок

2.3 Трансгенный картофель

3. ПЕРСПЕКТИВНЫЕ ПРОЕКТЫ СОЗДАНИЯ ТРАНСГЕННЫХ КУЛЬТУР РАСТЕНИЙ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ



ОПРЕДЕЛЕНИЯ

В данной курсовой работе использованы следующие определения:

Bt-растения - генномодифицированные растительные культуры, в которые был вставлен ген, позаимствованный у бактерии Bacillus thuringiensis.

Биоинженерия - направление науки и техники, развивающее применение инженерных принципов в биологии и медицине.

Генетимчески модифицимрованный органимзм - организм, генотип которого был искусственно изменён при помощи методов генной инженерии. Генетически модифицированные организмы - это организмы: растения, животные или микроорганизмы, чей генетический материал ДНК был изменен, причём такие изменения были бы невозможны в природе в результате размножения или естественной рекомбинации.

Гербициды - Химические вещества, применяемые для уничтожения сорных растений.

Гибридизация - процесс образования или получения гибридов, в основе которого лежит объединение генетического материала разных клеток в одной клетке.

Гибриды - организм или клетка, полученные вследствие скрещивания генетически различающихся форм.

Мутагенез - внесение изменений в нуклеотидную последовательность ДНК (мутаций).

Плазмиды - небольшие молекулы ДНК, физически отдельные от геномных хромосом и способные реплицироваться автономно.

Полиплоид - число одинаковых наборов хромосом, находящихся в ядре клетки или в ядрах клеток многоклеточного организма.

Селекция - наука о методах создания новых и улучшении существующих пород животных, сортов растений, штаммов микроорганизмов, с полезными для человека свойствами.

Трансген - фрагмент ДНК, переносимый при помощи генно-инженерных манипуляций в геном определённого организма с целью модификации его свойств. Обычно трансген является фрагментом генома другого вида.

Штамм - это по большому счету чистая культура вируса или бактерии,может также быть культурой клеток. Эта чистая культура изолирована в определенное время и в определенном месте.



СОКРАЩЕНИЯ И ОБОЗНАЧЕНИЯ

В данной курсовой работе использованы следующие сокращения и обозначения:

БАВ - Биологически активные вещества

Bt - Bacillus thuringiensis

ГМО - Генномодифицированные организмы

% - процент

E.coli - Escherichia coli (кишечная палочка)

г - грамм

ДНК - дезоксирибонуклеиновая кислота

кг - килограмм

мг - милиграмм

млн - миллион

РНК - рибонуклеимновая кислотам

см - сантиметров

т - тонна

ц - центнер

FAO - Продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН



ВВЕДЕНИЕ

В работе раскрывается тема о генетически модифицированных растениях с помощью бактерий Bacillus thuringiensis. В последнее десятилетие благодаря разработке новых и совершенствованию имеющихся методов молекулярно-генетического изучения геномов живых организмов идет активное развитие сельскохозяйственной биотехнологии. Одним из результатов этой активности является производство и широкое внедрение в сельское хозяйство новых генно-модифицированных сортов растений. Использование трансгенных растений в биотехнологии позволяет значительно ускорить процесс получения нового сорта, снизить его себестоимость и получить хорошо прогнозируемый эффект по признаку, определяемому встроенной конструкцией. Но вместе с данным признаком организм приобретает целый набор новых качеств.

Генетическая модификация может давать растению и пищевому продукту, который производится из неё, целый ряд признаков. Большинство культивируемых генно-модифицированных организмов, растении обладают устойчивостью к возбудителям болезней вирусов и грибов, насекомым-вредителям или к гербицидам. Это значительно облегчает культивирование, а также снижает затраты на обработку ядохимикатами. Условно генные модификации растений можно разделить на две группы: модификации повышающие урожайность культуры (путем приобретения устойчивости к неблагоприятным факторам окружающей среды) и модификации, улучшающие технологическую ценность культуры.

Bt-растениями называют генетически модифицированные растения, содержащие д-эндотоксин-кодирующие гены грамм-положительной аэробной спорообразующей бактерии Bacillus thuringiensis.

В настоящее время промышленно выращивают около тридцати сельскохозяйственных Bt-культур. В этот список входит кукуруза Zeamays L, хлопчатник Gossypium hirsutum L, картофель Solanum tubersoum L, особый сорт рапса Brassica napus L, рис Oryza sativa L, брокколи Brassica oleracea L var. cymosa, арахис Arachis hypogea L, баклажан Solanum melongena L, табак Nicotiana tabacum L и т.д. Большинство сортов трансгенной кукурузы содержат ген, кодирующий белок Cry1Ab и защищающий их от опасного вредителя - личинок кукурузного стеблевого мотылька Ostrinia nubilalis Hbn.

Цель курсовой работы: изучить генетически модифицированные растениe с помощью бактерий Bacillus thuringiensis.

Задачи курсовой работы:

1. Рассмотреть достижения генной инженерии.

2. Определить виды агрокультур где используются Bt бактерии.

3. Выявить преимущество и экономическую рентабельность Bt растений. генный инженерия растение бактерия



1. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

1.1 История генной инженерии

Генная инженерия появилась благодаря работам многих исследователей в разных отраслях биохимии и молекулярной генетики. На протяжении многих лет главным классом макромолекул считали белки. Существовало даже предположение, что гены имеют белковую природу. Лишь в 1944 году Эйвери, Мак Леод и Мак Карти показали, что носителем наследственной информации является ДНК. С этого времени начинается интенсивное изучение нуклеиновых кислот. Спустя десятилетие, в 1953 году Дж. Уотсон и Ф. Крик создали двуспиральную модель ДНК. Именно этот год принято считать годом рождения молекулярной биологии.

На рубеже 50 - 60-х годов были выяснены свойства генетического кода, а к концу 60-х годов его универсальность была подтверждена экспериментально. Шло интенсивное развитие молекулярной генетики, объектами которой стали E. coli, ее вирусы и плазмиды. Разработаны методы выделения высокоочищенных препаратов неповрежденных молекул ДНК, плазмид и вирусов. ДНК вирусов и плазмид вводили в клетки в биологически активной форме, обеспечивая ее репликацию и экспрессию соответствующих генов. В 70-х годах был открыт ряд ферментов, катализирующих реакции превращения ДНК. Особая роль в развитии методов генной инженерии принадлежит рестриктазам и ДНК-лигазам [1].

Историю развития генетической инженерии можно условно разделить на три этапа.

Первый этап связан с доказательством принципиальной возможности получения рекомбинантных молекул ДНК in vitro. Эти работы касаются получения гибридов между различными плазмидами. Была доказана возможность создания рекомбинантных молекул с использованием исходных молекул ДНК из различных видов и штаммов бактерий, их жизнеспособность, стабильность и функционирование.

Второй этап связан с началом работ по получению рекомбинантных молекул ДНК между хромосомными генами прокариот и различными плазмидами, доказательством их стабильности и жизнеспособности.

Третий этап - начало работ по включению в векторные молекулы ДНК генов эукариот, главным образом, животных.

Формально датой рождения генетической инженерии следует считать 1972 год, когда в Стенфордском университете П. Берг, С. Коэн, Х. Бойер с сотрудниками создали первую рекомбинантную ДНК, содержавшую фрагменты ДНК вируса SV40, бактериофага и E. Coli [2].

Генетическая инженерия - это методы получения рекомбинантных ДНК, объединяющих последовательности равного происхождения, т.е. осуществляется перенос целых хромосом от клеток-доноров в клетки-реципиенты.

В основу генно-инженерных методов заложена способность ферментов рестриктаз расщеплять ДНК на отделочные нуклеотидные последовательности, которые могут быть использованы для встраивания их в гены бактериальных клеток с целью получения гибридных или химерных форм, эти гибридные формы состоят из собственной ДНК и дополнительно встроенных фрагментов несвойственной им ДНК. Поэтому методами генетической инженерии добиваются клонирования генов. Это когда выделяют нужный отрезок ДНК из какого-либо биообъекта и затем получают любое количество его, выращивая колонии генетически идентичных клеток, содержащих заданный участок ДНК. Клонирование ДНК - это получение ее генетически идентичных колоний [3].

Сущность геномной инженерии заключается в целенаправленной глубокой перестройке генома прокариот вплоть до создания новых видов. При геномной инженерии вносят большое количество дополнительной генетической информации и получают гибридный организм, который отличается от исходного по многим признакам.

На сегодняшний день существует несколько сотен генетически изменённых продуктов. Уже на протяжении нескольких лет их употребляют миллионы людей в большинстве стран мира. Есть данные, что подобными технологиями пользуются для получения продуктов, реализуемых через сеть «McDonalds». Многие крупные концерны, типа «Unilever, Nestle, Danon» и другие используют для производства своих товаров генно-инженерные продукты и экспортируют их во многие страны мира. Но во многих странах такие продукты обязательно должны содержать на упаковке надпись "Сделано из генетически модифицированного продукта".

Некоторые считают, что, внося изменения в генный код растения или животного, учёные делают то же самое, что и сама природа. Абсолютно все живые организмы от бактерии до человека - это результат мутаций и естественного отбора.

Пример. Какое-либо растение выбросило несколько тысяч семян, и они проросли. Среди тысяч появившихся ростков некоторые обязательно будут отличаться от родителя, то есть фактически окажутся мутантами. Если изменения вредны для растения, то оно погибнет или будет угнетать, а если полезны, то оно даст более приспособленное и совершенное потомство, и так может образоваться новый вид растения. Но если природе для образования новых видов требуется много столетий или тысячелетий, то учёные производят этот процесс за несколько лет. Какой-то принципиальной же разницы нет.

Итак, процедуры генетической инженерии сводятся к тому, что из набора фрагментов ДНК, содержащих нужный ген, собирают гибридную структуру, которую затем вводят в клетку. Введенная генетическая информация экспрессируется, что приводит к синтезу нового продукта. Таким образом, вводя в клетку новую генетическую информацию в виде гибридных молекул ДНК, можно получить измененный организм [4].



1.2 Генная инженерия растений

Генная инженерия растений сегодня - самое бурно развивающееся направление не только биотехнологии, но, пожалуй, и всего научно-технологического комплекса. Но ее применение вызывает ожесточенные споры: сторонники, прежде всего создатели новых форм растений говорят о второй «зеленой революции», которая решит все наболевшие проблемы сельского хозяйства, а противники, преимущественно радикальные «зеленые» организации усматривают в ГМО не только гипотетические риски в будущем, но и угрозу, якобы уже сегодня нависшую над человеком и природой.

Это открытие оказалось очень важным для генной инженерии растений. Собственно, ее история и началась с момента, когда ученые научились заменять гены растения и гены бактерии в Т-ДНК генами, которые необходимо ввести в растение. Обманутая бактерия, внедряя свою ДНК в хромосому растения, в свою очередь, обманывает его геном, вынуждая исправно синтезировать необходимые человеку продукты [5].

Противники использования достижений генной инженерии обычно ссылаются на то, что все испытания пока были краткосрочными (самой генной инженерии 20 лет от роду), а влияние ГМ-продуктов может проявиться через длительное время -- в следующих поколениях. Но при этом они упорно не хотят признавать, что накапливающиеся в окружающей среде ядохимикаты и удобрения, столь жадно потребляемые традиционным сельским хозяйством, также вполне могут сказаться на потомках. И чем же в этом случае генная инженерия растений опаснее существующих методик их химической защиты, без которых ни на одном крупном поле сегодня не получить приличного урожая и против которых зеленые не так уж возражают. Следующий довод - неизвестно, как новые растения повлияют на существующие пищевые цепи и экологический баланс в мире нельзя, исключить, что насекомые, обитающие на ГМ-растениях, подвергнутся мутации и последствия этого могут быть непредсказуемыми. И снова почему-то упускается из виду, что подобные мутации ежесекундно происходят в натуральной природе, которая вся сплошь состоит из генетически измененных организмов, ибо эволюция и происходила благодаря мутациям.

Ведущая роль в применении генно-инженерных растений принадлежит США. В основе генной инженерии растений лежат методы культивирования клеток и тканей растений in vitro и возможность регенерации целого растения из отдельных клеток [6].

Растения имеют одно очень важное преимущество перед животными, а именно возможна их регенерация in vitro из недифференцированных соматических тканей с получением нормальных, фертильных, способных завязывать семена растений. Это свойство открывает для молекулярных биологов большие возможности в изучении функционирования генов, введенных в растения, а также используется в селекции растений. Для конструирования растений необходимо решить следующие задачи: выделить конкретный ген, разработать методы, обеспечивающие включение его в наследственный аппарат растительной клетки, регенерировать из единичных клеток нормальное растение с измененным генотипом. Таким образом, методология генетической инженерии в отношении растений направлена на коренное изменение методов традиционной селекции, с тем чтобы желаемые признаки растений можно было получать путем прямого введения в них соответствующих генов вместо длительной работы по скрещиваниям.

Формальной датой рождения генетической инженерии растений является полученное с помощью Ti-плазмидного вектора первое в мире химерное растение санбин (sunbeen) как результат переноса гена запасного белка бобовых в геном подсолнечника (sunflower + been). Это было первым ощутимым, хотя, быть может, и несовершенным свидетельством того, что в отношении растений генетическая инженерия сможет оправдать надежды специалистов в области молекулярной генетики, биологии и селекции.

Самые распространенные ГМ-растения в мире - соя, кукуруза, масличный рапс и хлопок. В некоторых странах для выращивания одобрены трансгенные помидоры, рис, кабачки. Эксперименты проводятся на подсолнечнике, сахарной свекле, табаке, винограде, деревьях и т.д. В тех странах, где пока нет разрешения на выращивание трансгенов, проводятся полевые испытания.

Чаще всего культурные растения наделяют устойчивостью к гербицидам, насекомым или вирусам. Устойчивость к гербицидам позволяет «избранному» растению быть невосприимчивым к смертельным для других дозам химикатов. В результате поле очищается от всех лишних растений, то есть сорняков, а культуры, устойчивые или толерантные к гербицидам, выживают. Чаще всего компания, продающая семена подобных растений, предлагает в наборе и соответствующие гербициды. Устойчивая к насекомым флора становится поистине бесстрашной: например, непобедимый колорадский жук, съедая листик картофеля, погибает. Почти все такие растения содержат встроенный ген природного токсина - земляной бактерии Bacillus thuringiensis. Устойчивость к вирусу растение приобретает благодаря встроенному гену, взятому из этого же самого вируса.

Основная масса трансгенов культивируется в США, в Канаде, Аргентине, Китае, меньше - в других странах. Европа же очень озабочена. Под натиском общественности и организаций потребителей, которые хотят знать, что они едят, в некоторых странах введен мораторий на ввоз таких продуктов (Австрия, Франция, Греция, Великобритания, Люксембург). В других принято жесткое требование маркировать генетически измененное продовольствие [7].



2. СОЗДАНИЕ ТРАНСГЕННЫХ РАСТЕНИЙ

Еще 10 лет тому назад биотехнология растений заметно отставала в своем развитии, но за последние 3 года наблюдается быстрый выброс на рынок трансгенных растений с новыми полезными признаками. Трансгенные растения в США в 1996 году занимали площадь 3 млн. акров, в 1997 году площадь увеличилась до 15 млн. акров, в 1998 году - до 60 млн. акров, а в 2000 году до 80 млн. акров. Темпы расширения площади просто поражают своей быстротой. Поскольку основные трансгенные формы кукурузы, сои, хлопчатника с устойчивостью к гербицидам и насекомым хорошо себя зарекомендовали, то не сложно догадаться, что площадь под генноиженерные растения в 2001 году увеличилась примерно в 4 - 5 раз.

В апреле 1998 года доля в процентах трансгенных форм растений в сельском хозяйстве составила: кукуруза - 6%; соя - 12%; хлопчатник - 15%; томаты - <1%.

Так как число жителей за последнее столетие увеличилось с 1.5 до 6.5 млрд. человек, а к 2020 году предполагается вырост до 9 млрд., таким образом, возникает огромная проблема, стоящая перед человечеством. Эта проблема заключается в огромном увеличение производства продуктов питания, несмотря на то, что за последние 40 лет производство увеличилось в 2.5 раза, все равно этого не достаточно. Другая проблема возникла с медицинским лечением. Несмотря на огромные достижение современной медицины, производимые сегодня лекарственные препараты столь дороги, что часть населения земли полностью полагаются на традиционные донаучные методы лечения, прежде всего, на неочищенные препараты растительного происхождения [8].

В развитых странах лекарственные средства на 25% состоят из природных веществ, выделенных из растений. Открытия последних лет свидетельствуют о том, что растения еще долго будут оставаться источником полезных биологически-активных веществ (БАВ), и что способности растительной клетки к синтезу сложных БАВ все еще значительно превосходят синтетические способности инженера-химика. Вот почему ученые взялись за проблему создания трансгенных растений.

Отсчёт истории генетической инженерии растений принято вести с 1982 года, когда впервые были получены генетически трансформированные растения. Одним из наиболее распространенных методов трансформации является технология, основанная на обстреле ткани микрочастицами золота или других тяжелых металлов, покрытыми раствором ДНК. Все выращиваемые ныне коммерческие сорта получены в основном с помощью данного метода [9].

Введение генов в клетки растений - основные способы. Ввести чужеродную ДНК в растения можно различными способами. Для двудольных растений существует естественный вектор для горизонтального переноса генов: плазмиды агробактерий. Что касается однодольных, то, хотя в последние годы достигнуты определенные успехи в их трансформации агробактериальными векторами, все же подобный путь трансформации встречает существенные затруднения.

Для трансформации устойчивых ("рекальцитрантных") к агробактериям растений разработаны приемы прямого физического переноса ДНК в клетку, многие из которых взяты из практики работы с клетками бактерий или животных. Эти методы достаточно разнообразны, они включают: бомбардировку микрочастицами или баллистический метод; электропорацию; обработку полиэтиленгликолем; перенос ДНК в составе липосом и другие [10].

Наиболее продуктивным и чаще всего используемым является метод бомбардировки микрочастицами. При достаточной скорости эти частицы могут непосредственно проникать в ядро, что сильно повышает эффективность трансформации. Этим же методом можно, впрочем, трансформировать и другие ДНК-содержащие клеточные органеллы -хлоропласты и митохондрии.

В последнее время был разработан и успешно применен также комбинированный метод трансформации, названный агролистическим. При этом чужеродная ДНК вводится в ткани каким-либо физическим методом, например, баллистическим. Вводимая ДНК включает как Т-ДНК вектор с целевым и маркерным геном, так и агробактериальные гены вирулентности, поставленные под эукариотический промотор. Временная экспрессия генов вирулентности в растительной клетке приводит к синтезу белков, которые правильно вырезают Т-ДНК из плазмиды и встраивают ее в хозяйский геном, как и при обычной агробактериальной трансформации.

После проведения тем или иным способом трансформации растительной ткани ее помещают in vitro на специальную среду с фитогормонами, способствующую размножению клеток. Среда обычно содержит селективный агент, в отношении которого трансгенные, но не контрольные клетки приобретают устойчивость. Регенерация чаще всего проходит через стадию каллуса, после чего при правильном подборе сред начинается органогенез (побегообразование). Сформированные побеги переносят на среду укоренения, часто также содержащую селективный агент для более строгого отбора трансгенных особей [11].

2.1 Генетически модифицированные растения с помощью бактерии Bacillus thuringiensis

Bt-белки - инсектицидные белки Bacillus thuringiensis, экспрессируемые модифицированными растениями, что обеспечивает безопасную технологию борьбы с насекомыми-вредителями. Bt-защищенные кукуруза, хлопок и картофель были внедрены в сельское хозяйственую практику в США в 1995-1996 гг., и в 1997 г. занимали площадь в 4 млн га, в 1998 г. -8 млн га, а в 1999 г. -11,7 млн га. Исключительно быстрое признание Bt-защищенных культур демонстрирует удовлетворенность производителей высоким качеством и объемами получаемой продукции. Модифицированные растения обеспечивают высокоэффективную борьбу с большинством насекомых-вредителей, таких как европейский зерновой мотылек, юго-западный зерновой мотылек, табачная листоверка, хлопковая листоверка, розовый коробочный червь (хлопковая совка) и колорадский жук, позволяя сократить применение обычных химических пестицидов. Bt-защищенные культуры обеспечивают значительно более высокие урожаи хлопка и кукурузы. По оценкам специалистов, общая экономия средств производителями, использующими Bt-защищенный хлопчатник, в США в 1998 г. составила до 92 млн долларов. Другие преимущества этих культур состоят в том, что они содержат в зерне пониженные концентрации фунготоксинов, что позволяет осуществлять дополнительную борьбу с вредителями, используя полезных насекомых, численность которых увеличивается благодаря снижению уровня обработки посевов инсектицидами широкого спектра действия. Разработаны и внедряются специальные планы ведения с.-х. работ, направленные на сохранение чувствительности насекомых к данному виду защиты и на эффективное применение данной технологии в будущем. Широкомасштабные испытания Bt-защищенных культур установили безопасность получаемой продукции для человека и окружающей среды. Исследования острой, продолжительной и долгосрочной токсикологии, проводимые в течение 40 лет, показали безопасность микробиологической Bt-продукции, включая вырабатываемые микроорганизмами инсектицидные белки, которые полностью одобрены для коммерческого использования. Эксперименты по токсикологии на млекопитающих и исследования Bt-продукции в желудочно-кишечном тракте подтвердили, что эти белки не токсичны для человека и не вызывают опасений с точки зрения их возможной аллергенности. Было показано, что пищевые продукты и их компоненты, получаемые из Bt-защищенных растений, практически по всем параметрам соответствуют тем же продуктам, получаемым из обычных растений. Другие живые организмы, не являющиеся прямыми вредителями, подвергнутые воздействию высоких доз Cry-белка, не проявили практически никаких неблагоприятных реакций за исключением некоторых насекомых, тесно связанных с упомянутыми группами вредителей. Поскольку Cry-белок содержится непосредственно внутри растения (в микроколичествах), его потенциальное воздействие на сельском хозйстве, рабочих и живые организмы, не относящихся к группе вредителей, ничтожно, и, следовательно, воздействие этих растений на окружающую среду очень незначительно. Безопасность Bt-защищенных растений для человека и окружающей среды подтверждается многолетней историей безопасного применения Bt-микробных препаратов во всем мире[14].

Список сельскохозяйственных культур, генно-инженерные сорта которых официально допущены к использованию во всех странах мира, включает 20 наименований: соя, кукуруза, рапс, хлопчатник, томаты, картофель, рис, сахарная свекла, лен, турнепс, кабачки, дыни, табак, па­пайя, цикорий, пшеница, гвоздика, полевица, люцерна, слива. Однако не все они выращиваются в промышленных масштабах. Ряд генетически модифицированных культур, таких, как картофель, кабачки, папайя и томаты, относительно массово выращивался лишь в отдельные годы. В России массовое производство трансгенных растений пока не разрешено. По состоянию на 2011 году, в России разрешены к использованию 17 линий трансгенных растений таблица 1.

Таблица№ 1. Регуляторные последовательности и гены трансгенных вставок линий, разрешенных для применения в пищевых продуктах и кормах на территории Российской Федерации [12].

Растения	Линия	Производитель	Промотор	Ген	Термина
Соя	GTS4032	Monsanto, США	CaMV E35S	CP4 EPSPS	NOS
	A2704-12	Bayer Crop Science, Германия	CaMV 35S	Pat	CaMV 35S
	A5547-127	Bayer Crop Science, Германия	CaMV 35S	Pat	CaMV 35S
	MON89788	Monsanto, США	P-FMV/ TSF1	CP4 EPEPS	T-E9
Кукуруза	MON810	Monsanto, США	CaMV E35S	Cry1Ab	-
	MON863,	Monsanto, США	4AS1,CaMV E35S	Cry3Bb1, nptII	tahsp17, NOS
	NK603	Monsanto, США	CaMV35S,ract	CP4 EPEPS	NOS
	MON88017	Monsanto, США	CaMV35S, ract	CP4 EPEPS, Cry3Bb1	tahsp17, NOS
	GA21	Monsanto, США	ract	mEPSPS	NOS
	BT11	Syngenta Crop Protection AG, Швейцария	CaMV35S	Cry1Ab, pat	NOS
	T25	Bayer Crop Science, Германия	CaMV35S	pat	CaMV 35S
	3272 mpi	Syngenta Seeds Inc, США	GZein ZmUbiInttaa,	CaMV 35S,	NOS
Картофель	Луговской 1210 amk	Центр Биоинженерии РАН	P-FMV	Cry3A E9	NOS
	Елизавета 2904/1 kgs	Центр Биоинженерии РАН	P-FMV	Cry3A E9	NOS
Рис			CaMV 35S bar	CaMV	35S
	LLRICE62	Bayer CropScience, Германия
Сахарная свекла	H7-1 P	Monsanto, США	FMV	CP4EPSPS	rbcS E9

2.2 Трансгенные кукуруза и хлопок

В США приблизительно две трети площадей, занятых кукурузой, засеяны семенами, содержащими Bt ген. Это одна из важнейших составляющих частей огромной кампании по внедрению искусственно улучшенных, генетически модифицированных линий сельскохозяйственных растений, среди которых уже есть линии устойчивые к отдельным гербицидам, к засухе и другим неблагоприятным факторам. Каждая из этих линий позволяет снизить те или иные сельскохозяйственные риски, но подавляющее число фермеров останавливают свой выбор на Bt семенах.

Первая линия кукурузы с Bt геном, защищающим растение от определенных групп насекомых, была внедрена в 1996 году. Недавно Центр по экономическим исследованиям Департамента по сельскому хозяйству США подготовил анализ 15-летней истории внедрения и успехов Bt кукурузы на американских полях. В представленном отчете имеются сведения, свидетельствующие, что в 2000 году Bt семенами было засеяно 19% кукурузных полей, а к 2011 году эта цифра возросла до 65%. Попытка подсчета экономических преимуществ использования устойчивой к насекомым ГМ кукурузы в первые пять лет после начала внедрения дала следующие результаты: В Айове на полях, где используется Bt кукуруза, урожайность была выше примерно на 4,5 ц/га.

В Миннесоте урожайность кукурузы на полях, засаженных Bt линиями кукурузы, была выше на 11,4 ц/га. В среднем, урожайность Bt линий была на 8,1 ц/га выше по сравнению с сортами традиционной селекции. Внедрение данных линий позволило увеличить урожайность на 2,8-6,6%. В Пенсильвании и Мэриленде урожайность повысилась на 5,5%.

Фермеры, использовавшие в 2001 г. линии Bt кукурузы, имели урожай на 7,8 ц/га выше, по сравнению с теми, кто отказался от этой технологии. В 2005 г. средние урожаи у тех, кто использовал Bt линии, были уже на 10,4 ц/га выше по сравнению со средними показателями хозяйств, где не использовались ГМ растения.

Результат налицо - более высокие урожаи. Аналитики из Департамента по сельскому хозяйству США провели оценку экономической обоснованности использования Bt кукурузы в следующей пятилетке. По итогам вегетационного сезона 2010 г., был проведен опрос владельцев 1208 фермерских хозяйств в 19 штатах США, являющихся основными производителями этой культуры. Среди опрошенных, 77% подтвердило, что они видят реальное увеличение урожайности от использования Bt сортов. Еще 10% заявили, что у них значительно сократились временные затраты на уход за растениями, а 6% выбрали эту технологию из-за высокой цены на инсектицидные препараты.

Анализ экономических показателей в этих хозяйствах свидетельствует, что средний урожай кукурузы в них на 16 ц/га, или примерно на 20%, выше по сравнению с теми хозяйствами, где пока отказываются от новых технологий. Это равноценно почти 300 дополнительным долларам с гектара.

Так как Bt линии предназначены для повышения устойчивости к насекомым, окончательная экономическая оценка должна отталкиваться от объемов использования инсектицидов при уходе за традиционными сортами. Следует заметить, что последние два года, попавшие в поле зрения аналитиков, отличались относительно невысоким уровнем давления со стороны вредителей, поэтому и объемы использования инсектицидов при уходе за не-ГМ кукурузой были небольшими. Интересен и тот факт, что за первые 10 лет использования генетически модифицированной Bt кукурузы использование инсектицидов резко сократилось. В 2001 году в США было продано 2,0 млн. т инсектицидов для ухода за кукурузой, в 2005 году - 1,4 млн. т, а в 2010году - только 0,7 млн. т.

Вывод, сделанный по результатам проведенных исследований, однозначен: "Bt кукуруза позволяет получать более высокие урожаи, увеличивает прибыльность хозяйств и спрос на семена". Если быть более точным, то экономический анализ показал, что выращивание Bt кукурузы на 10% площадей, на уровне хозяйства приводит к 2,3-процентному росту прибылей, 2,3-процентному повышению урожайности (на 2,1 ц/га) и 2,1-процентному увеличению спроса на семена. Кроме того, показано, что переход на ГМ кукурузу не оказал статистически значимого влияния на снижение спроса на инсектициды. В настоящее время 90% американских фермеров не используют инсектициды при выращивании кукурузы. Помимо этого ученые добавляют: "экономические последствия внедрения ГМ культур зависят от степени давления со стороны вредителей, цен на биотехнологичные семена и стоимости альтернативных средств борьбы с насекомыми".

В США и в других американских странах гены Bt, обеспечивающие образование бактериального токсина-инсектицида, вводятся в настоящее время в кукурузу, предназначенную для кормовых и технических целей. Эти же гены вводятся и в семена хлопка и сои. Однако введение этих генов в растения сладкой кукурузы, предназначенной для питания и производства корнфлекса и попкорна, вызвало негативную реакцию потребителей. Аргументы в пользу введения генов заключались в том, что наличие биологического природного инсектицида непосредственно в растениях избавляет фермеров от необходимости частых опрыскиваний культур синтетическими пестицидами, создающими больший риск для здоровья. Однако противники такой практики предсказывали, что постоянное присутствие в той или иной культуре бактериального токсина неизбежно приведет к приспособительным реакциям и к отбору в популяциях насекомых устойчивых форм. К 2007 году устойчивые к Bt-токсину гусеницы действительно начали появляться. Опрыскивание пестицидами решает эту же проблему увеличением концентрации растворов или применением новых и разных пестицидов в течение одного сезона. Генетические модификации не дают такой возможности. Обнаружилось также, что Bt-токсин убивает не только насекомых паразитов картофеля или кукурузы, но и некоторых полезных насекомых, а также гусениц красивых бабочек, которые развиваются на растениях дикой флоры. Это было нарушением природного биоценоза.

К настоящему времени ген бактериального токсина присутствует в 60% всей выращиваемой в США кормовой и технической кукурузы, но отсутствует в сладкой кукурузе и в других сортах кукурузы, поступающих в пищевую промышленность. Этот же ген включен в большую часть выращиваемых в США хлопка и сои. Для защиты хлопковых плантаций трансгенная технология считается предпочтительнее и безопаснее, чем частое опрыскивание и опыление пестицидами. Трансгенный хлопок - пока единственная культура, которая распространилась по многим производящим его странам [13].

2.3 Трансгенный картофель

Картофель, как известно, повреждается множеством болезней и паразитов. В северных странах с влажным климатом основной ущерб картофелю наносит грибок фитофтора. В странах с более сухим и теплым климатом, в том числе в США, основными паразитами картофеля являются почвенные нематоды и колорадские жуки. Только из-за нематод иногда гибнет до 20 - 30% урожая. Около десяти лет назад компания «Монсанто» получила патент на трансгенный картофель, устойчивый к нематодам и колорадскому жуку. Эта устойчивость была достигнута путем введения в геном картофеля генов бактериального токсина из Bacillus thuringiensis, микроба, который считается безвредным для человека и других млекопитающих. Тот же ген еще раньше вводился в геном кукурузы, где он выполнял ту же роль инсектицида. Этот ген обычно обозначается символом Bt. Содержащие его бактерии являются паразитами личинок различных насекомых. Их токсины белковой природы повреждают стенки кишечника гусениц, вызывая сепсис и смерть. Однако любители картофеля и крупные ресторанные сети быстрой еды избегали закупать картофель, содержащий бактериальный токсин, даже если он был безвреден для человека. Интересы фермеров и потребителей картофеля в этом случае не совпадали. Потребитель не убежден в полной безвредности любых ядов. В США Bt-картофель не вышел за пределы 5% от общей продажи картофеля, что было невыгодно фермерам. В 2003 году он исчез из торговли.

Значительно больший успех выпал на долю технического картофеля, который выращивается для производства амилопектина и используется в производстве глянцевой бумаги, а также как кормовой продукт. Этот картофель, названный Amflora, был выведен крупной немецкой биотехнологической компанией BASF сравнительно недавно. В его клубнях образуется амилопектин, одна из разновидностей крахмала, более устойчивая к действию амилазы. Несмотря на протесты, этот картофель высевается в Германии, а с 2010 году и в Швеции. Выращивание трансгенного картофеля Amflora, в порядке исключения, было одобрено Европейской Комиссией.



3. ПЕРСПЕКТИВНЫЕ ПРОЕКТЫ СОЗДАНИЯ ТРАНСГЕННЫХ КУЛЬТУР РАСТЕНИЙ

К настоящему времени уже созданы трансгенные формы риса, содержащего бета-каротин, провитамин А. Названный «золотым рисом», он проходит испытания в разных странах. В результате длительных экспериментов в растения риса были введены два гена от желтых нарциссов и один бактериальный ген. Дефицит по витамину А, влияющий на зрение (ночная слепота), встречается главным образом среди бедного городского населения стран, имеющих неполноценную диету. Чаще всего авитаминозом A страдают дети. Рыбий жир долгое время был главным лекарством до открытия провитаминных свойств растительного каротина. Трансгенный рис, однако, пока не вошел в практику как коммерческая культура. Главным препятствием является необходимость для мелких фермеров Азии покупать семена риса для каждого посевного сезона. В Юго-Восточной Азии урожаи риса собирают нередко три раза в год. Удовлетворение потребностей в каротине значительно проще осуществляется за счет многих источников: салата, шпината, моркови и других овощей и фруктов. В недалеком будущем, когда истечет срок эксклюзивного права на продажу «золотого риса», он, очевидно, будет выращиваться более широко. Главной формой генетически модифицированных культур пока остаются кукуруза, соя и рапс, в геномы которых были встроены гены устойчивости к гербицидам, также заимствованные у бактерий. Поскольку введение в практику сельского хозяйства гербицидов более 50 лет назад привело со временем и к появлению устойчивых к ним сорняков, то фермерам приходилось увеличивать концентрации гербицидов, что при достижении определенного уровня оказывало вредное влияние и на возделываемое растение. Увеличивая устойчивость культурных растений к гербицидам, фермеры могли проводить гербицидную прополку, применяя более высокие концентрации химических средств защиты растений. Критики отмечают, что это лишь временное решение проблемы, так как оно ведет к более высоким примесям гербицидов в урожае и к неизбежному появлению высокой устойчивости к гербицидам и сорняков - за счет отбора и межвидовой гибридизации. Генетически модифицированные на устойчивость к гербицидам культуры составляют в мировом земледелии более 60% всех возделываемых трансгенных растений. Еще около 20% трансгенных растений приходится на устойчивые к паразитам и столько же - на культуры с генами и того и другого типа. Во всех случаях это технологические трансгенные сорта. Они повышают производительность земледелия, но не влияют позитивно на качество пищевых продуктов. Скорее даже наоборот.

Улучшение качества продовольственных продуктов пока находится лишь в стадии интересных проектов. В 2006 г. были экспериментально получены клонированные свиньи с генами из червей, которые добавляли к насыщенному свиному жиру ненасыщенные Омега-3 жирные кислоты [14].



ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Расмотрены достижения и перспективы генетической инженерии и инженерии растений и на их осневе выращивание генетически модифицированных растений с помощью бактерий Bacillus thuringiensis. Получение трансгенных Bt растений является на данный момент одной из перспективных и наиболее развивающихся направлений агропроизводства. Существуют проблемы, которые не могут быть решены такими традиционными направлениями как селекция, кроме того, что на подобные разработки требуются годы, а иногда и десятилетия. Создание трансгенных Bt растений, обладающих нужными свойствами, требует гораздо меньшего времени и позволяет получать растения с заданными хозяйственно ценными признаками, а также обладающих свойствами, не имеющими аналогов в природе. Примером последнего могут служить полученные методами генной инженерии сорта растений, обладающих повышенной устойчивостью к насекомым. Изучение экономических эффектов выращивания устойчивых к насекомым Bt культур указывает на преимущества, получаемые фермерами в случаях нашествий вредителей или появления их устойчивых форм. Польза от перехода на Bt-культуры заключается не только в уменьшении потерь урожая за счет более высокой эффективности защиты от насекомых-вредителей по сравнению с химическими инсектицидами, но и в финансовой выгоде за счет отказа от последних. Культивирование Bt-культур является простой и эффективной альтернативой распылению химикатов, так как растения синтезируют инсектицидный белок в течение всего вегетативного периода, в то время как эффективность опрыскивания химическими инсектицидами зависит от погодных условий и трудностей в определении оптимального времени обработки. Результаты всех исследований, проведенных в развивающихся странах, указывают на то, что переход с традиционных сортов на Bt-растений увеличивает урожай, снижает использование пестицидов и повышает чистый доход. Еще рано делать окончательные выводы о преимуществах Bt-сортов перед традиционными, однако специалисты ФАО - Продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН (Food and Agriculture Organization, FAO) - считают, что имеющиеся на сегодняшний день данные и активное внедрение Bt-культур в сельскохозяйственную практику свидетельствуют в их пользу.



СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. «Биотехнология проблемы и перспективы» - Егоров Н.С., Москва, «Высшая школа» 1987 г.

2. «Сельскохозяйственная биотехнология» - Калашникова Е.А., Шевелуха В.С., Воронин Е.С., «Высшая школа» 2003 г.

3. Сайт «Biotechnolog» Н. Кульмина 1995-2013

4. Мендель, «Опыты над растительными гибридами», 1935

5. М.Е. Аспиз - «Энциклопедический словарь юного биолога»

6. «Основы биотехнологии: Учебное пособие для высших учебных заведений» Т.А. Егорова, С.М. Клунова, Е.А Живухина. М: «Академия» 2003

7 Н.П. Дубинин - «Очерки о генетике»

8 Брукс Г, Барфут П. ГМ-культуры: итоги первых десяти лет - глобальные социально-экономические и экологические последствия // Докл. ISAAA, Нью-Йорк, 2006. Вып. № 36. 124 с.

9 Глазко В.И. Кризис аграрной цивилизации и генетически модифицированные организмы (ГМО). Киев: PANOVA, 2006. 206 c.

10 Лутова Л. А., Проворов Н. А., Тиходеев О. Н. и др. Генетика развития растений. СПб.: Наука, 200

11 Глеба Ю. Ю. Биотехнология растений // Соросовский образовательный журнал. № 6. 1998

12. Михалко, Е. Р. Методические аспекты оценки риска возможных неблагоприятных эффектов ГМО для здоровья человека и их влияние на продовольственную безопасность государства. Наука о человеке: гуманитарные исследования. - 2010. - № 5.- С. 89-95

13 Кузнецов В.В., Куликов А.М. Генетически модифицированные организмы и полученные из них продукты: реальные и потенциальные риски // Рос.хим. журн. 2010. Т. XLIX. № 4. С. 84-91.

14 Викторов А.Г. Эволюция резистентности фитофагов к трансгенным коммерческим Bt-растениям: можно ли создать эффективное инсектицидное растение? // Физиология растений. 2010. Т. 62. С. 17-27.

Размещено на Allbest.ru

...