В чем преимущество применения биотехнологий в растениеводстве кратко

Обновлено: 02.07.2024

Растениеводство – одно из древнейших занятий человечества, когда-то обусловившее переход наших далеких предков от кочевого образа жизни к оседлому. С самой зари цивилизации растения были для людей источником пищи, одеждой, материалом для постройки домов. Поэтому растениеводство развивается вместе с цивилизацией – эта наука никогда не стоит на месте. Люди начали использовать в качестве тягловой силы животных. На смену первым орудиям труда приходили новые, более совершенные. Затем в ходе технического прогресса произошла механизация многих процессов в растениеводстве. Однако современная промышленность сталкивается с серьезным затруднением – расширение площади посевных земель в ущерб развитию городов и инфраструктуры вскоре станет невозможным, а ведь с увеличением населения Земли увеличивается и потребность как в пище, так и в предметах растительного производства. Экстенсивный путь развития растениеводства теряет свою значимость, и на смену ему приходит другой подход – интенсивный. Растения являются частью живого мира планеты, поэтому доступны для всевозможных преобразований со стороны современных биотехнологий.

Неосознанно улучшение качества растений и вывод их новых сортов начался задолго до выяснения процессов наследования признаков и появления генетических методов модификаций. Люди старались оставить на предстоящий посев семена растений, дающих больший урожай и наиболее устойчивых к вредителям или непогоде. Постепенно какие-либо спонтанно появившиеся у некоторых растений признаки поддерживались искусственным отбором человека, закрепляясь в ряду поколений и постепенно формируя новые разновидности сельскохозяйственных сортов.

Полезный признак может появиться при изменении генома растения – совокупности его генов. Изменения генов в геноме организма называют мутацией. Мутация – случайный процесс, которые может затронуть любой ген (или несколько генов) организма, приводя к появлению нового признака. Этот признак может быть несовместим с жизнью растения или же наоборот дать ему преимущество перед всеми остальными. Раньше человек внимательно следил за случайным появлением полезного признака у растения или животного и далее старался закрепить его с ряду последующих поколений. Однако современной науке под силу модифицировать организм на генетическом уровне без длительного ожидания и не полагаясь на случайность. Например, ген устойчивости к холоду от одного растения можно поместить в другое растение, причем необязательно того же вида. Этот процесс также является мутацией – и точно так же появившийся признак может сказаться пагубно на растении, а может определит создание нового холодоустойчивого сорта. Отличие от многовековой селекции лишь в том, что человеку сейчас доступен быстрый способ вызывать направленные мутации (процесс направленного мутагенеза) и более тщательно следить за последствиями эксперимента. Отдельно хотелось бы отметить, что подобные биотехнологии находят широкое применение в растениеводстве по ряду причин. Во-первых, процессы редактирования генома и направленного мутагенеза в скотоводстве не применяются по этическим соображениям. Во-вторых, растения обладают уникальной особенностью – растительный организм способен развиться целиком из одной-единственной любой клетки, в то время как полноценный организм животных развивается только из яйцеклетки. Все это открывает большие перспективы для развития биотехнологий в области растениеводства.

Современная наука нацелена на получение новых сортов растений с необходимыми свойствами. Ведущиеся разработки можно условно разделить на несколько направлений.

Наверное, древнейшей целью селекционеров является получение сортов с наибольшей продуктивностью при затрате наименьших ресурсов. Увеличение урожайности – это главное направление интенсивного пути развития растениеводства, которое с успехом решается с применением биотехнологий.

Одной из приоритетных задач, решаемых с применением биотехнологий, является защита растений от различных биогенных факторов. Издавна ведется борьба с различными вредителями – насекомыми, бактериями, вирусами, грибами. Биотехнологии в данной области применяются в двух направлениях. Во-первых, это создание биотехнологических систем защиты растений: пестицидов, гербицидов (борьба с сорняками), ратицидов (борьба с грызунами), инсектицидов (борьба с насекомыми), и т.д. Многие из них создаются на основе естественных врагов вредителей (например, бактерия Bacillus thuringiensis, обитающая в почве ядовита для целого ряда вредителей кукурузы, в том числе кукурузного мотылька). Во-вторых, это изменение генома растений с целью повышения устойчивости к вредителям. Например, можно встроить в геном растения ген бактерии, обеспечивающий синтез белка, ядовитого для насекомых, однако не являющегося патогенным для самого растения или человека.

Также немаловажным является получение сортов растений, устойчивых к химическим гербицидам, инсектицидам и т. д., которые могут оказывать вредное воздействие не только на сорные растения, но и накапливаться в сельскохозяйственных культурах. Гены устойчивости к таким веществам как правило получают из различных почвенных бактерий. Например, одно из первых достижений биотехнологий в растениеводстве – соя компании Монсанто (Monsanto, Сент-Луис, штат Миссури) обладает устойчивостью в гербициду глифосату.

Современные биотехнологии позволяют создавать новые сорта растений, обладающих большей урожайностью, лучшей защитой от различных патогенов и вредителей, способностью расти в трудных условиях. Это развивающаяся область науки, использующая последние открытия в области таких наук, как генетика, молекулярная биология, микробиология и т. д., продукты которой находят реальное жизненно важное практическое применение. Развитие биотехнологий в области растениеводства осуществляется благодаря поддержке государства и частных инвестиций.

Инвестирование в данную область встречает определенные сложности. Прежде всего, это достаточно большое время получения практического результата. В своих исследованиях ученые имеют дело с живыми системами, на которых направленные изменения могут отразиться самым плохим образом, поэтому получение устойчивого сорта растения с заданными свойствами – достаточно длительный процесс. Однако на научной разработке все не заканчивается. Затем следует достаточно долгий этап тестирования полученного сорта растения на предмет безопасности по отношению к человеку и окружающей среде, а потом – процесс внедрения новой технологии в промышленность. Этап тестирования разработки самый непростой. В современном мире это обусловлено озабоченностью людей возможными последствиями, которые могут оказать на них полученные сорта ГМО (генетически модифицированные организмы), поэтому до запуска в промышленность необходимо неоднократно доказать, что разработанные растения не оказывают вреда человеку. Зачастую для этого требуется несколько независимых экспертиз, требующих достаточно больших расходов.

Несмотря на заметные сложности, во многом обусловленные недоверием к конечным продуктам, биотехнологии в растениеводстве активно развиваются, и в свете увеличения нашей численности и повсеместного перехода к интенсивному земледелию будут играть ключевую роль в обеспечении человечества пищей и продуктами растительного производства.

Многочисленные неблагоприятные факторы негативно сказываются на урожайности культур, что заставляет задуматься, каков вклад биотехнологии в повышение эффективности растениеводства в настоящее время? Ведь нежные культурные растения чаще страдают от:

грызунов;
сорняков;
нематод;
насекомых-вредителей;
вирусов;
бактерий;
фитопатогенных грибов;
неблагоприятных погодных условий;
эрозии почвы.

Важность биотехнологии в растениеводстве

Без биотехнологии в современном растениеводстве уже нельзя обойтись из-за роста населения и его потребностей. Есть два важнейших направления использования биотехнологии в растениеводстве:

генетическая модификация путём введения генов от чужеродных организмов, результатом которой становятся генномодифицированные объекты (ГМО);
обращение к естественным резервам – применение вытяжек из грибов и растений, высокопродуктивных микроорганизмов и т. д.

Наукой разработано несколько препаратов, способных решить различные проблемы, от которых страдают сельхозпроизводители. По целевому назначению биопрепараты можно классифицировать на:

регуляторы роста растений;
средства защиты растений;
повышающие урожайность средства.

Несмотря на активную пропаганду ГМО-продуктов, экономически развитые страны не спешат расширять их потребление, а предпочтение отдают применению биотехнологий (биологических методов воздействия), которые используют микроорганизмы. Хотя многие компании используют ГМО по всему миру не только в растениеводстве, но и в других сферах деятельности.

Методы защиты растений

Биотехнологические способы защиты сельхоз растений от поражающих факторов представляют собой:

выведение устойчивых к неблагоприятным факторам сортов;
применение химических средств борьбы (гербициды, пестициды, ратициды, инсектициды, нематоциды, фунгициды);
биологические методы борьбы с вредителями, основанные на использовании их природных паразитов и врагов или токсических веществ, выделяемых живыми организмами.

Видео о биотехнологии в растениеводстве

Повышение продуктивности растений

Это не менее важная задача, включающая:

повышение продуктивности культуры;
увеличение её пищевой ценности;
выведение сортов, способных расти в заболоченных или засушенных районах, на засолённых почвах.

Целью ставится увеличение энергоотдачи процессов, проходящих в тканях растений (поглощение световой энергии, углекислого газа, водно-солевой обмен).

Важнейшие направления развития биотехнологии в растениеводстве

Традиционное получение новых сортов путём селекции, использующей гибридизацию, индуцированные и спонтанные мутации. Уже начинают внедряться селекционные методы, основанные на клеточной и генетической инженерии. Например, с помощью генетической инженерии предполагается вывести симбиотические ассоциации для растений, позволяющих им фиксировать азот. Учёным уже удалось выделить и клонировать sym-гены, которые ответственны за образование симбиотических связей между растением-хозяином и клубеньковым фиксатором азота. То есть благодаря методам генной инженерии можно научить растения насыщать почву азотом.

Есть ещё одна интересная задача – трансформировать с помощью ДНК растительные протопласты.
Разрабатываются методики межвидового переноса asm-генов, делающих растения устойчивыми к засухе, холоду, жаре, засолённости почвы.
Ведётся работа над коррекцией cfx-генов, регулирующих усваивание растением углекислого газа, целью которой является увеличение эффективности биологической конверсии светового излучения.

Выведение растений, устойчивых к гербицидам позволит использовать их для борьбы с сорняками прямо на полях, где растут культурные растения. Но здесь проблема в том, что передозировка гербицидов пагубно сказывается на всей экосистеме.
Есть ряд растений, сильно страдающих от нематод. Предлагается ввести в них гены, которые заставят корневые клетки растений воспроизводить нематоциды. Но последние не должны оказаться токсичными для полезной прикорневой микрофлоры.

Примеры реальных достижений биотехнологии

Биотехнологии в растениеводстве Австралии посредством культивирования клеточных клонов invitro позволило вывести эвкалипты (красные камедные деревья), которые могут расти на засоленном грунте. Расчёт ведётся на то, что корни эвкалиптов будут выкачивать из грунта воду и понижать уровень солёных грунтовых вод. Благодаря этому ожидается снижение засолённости верхних слоёв почвы, а потоки дождевой воды должны будут вытеснять соль в более глубинные слои.
Из клеточного клона в Малайзии вырастили масличную пальму, более устойчивую к фитопатогенам и вырабатывающую на 20-30% больше масла.
Клонирование клеток, их скрининг и последующая регенерация растений из выбранных клонов станут важной методикой улучшения пород деревьев (например, хвойных), растущих в умеренных широтах.
Выращенные из тканей мерисистемы или клеток растения сейчас украшают прилавки в виде земляники, спаржи, цветной и брюссельской капусты, ананасов, персиков, бананов и т. д.

Учёные надеются победить с помощью клонирования вирусные болезни растений. Созданы методы, позволяющие получать из верхушечных почек регенеранты растений. Впоследствии среди регенерированных экземпляров производится выбраковка – выбираются особи, полученные из незараженных клеток. Для подобной выбраковки необходимо раннее обнаружение заболевания, которое достигается иммунодиагностикой, использующей метод ДНК/РНК проб или моноклональные антитела. Для их проведения нужны очищенные препараты самих вирусов или их важных структурных компонентов.

Клонирование клеток является очень перспективным механизмом не только для получения новых сортов, но и промышленного выращивания продуктов. Если правильно подготовить условия культивирования, например, найти оптимальную пропорцию фитогормонов, то в этих условиях изолированные клетки окажутся более продуктивными, чем собственно растения. Иммобилизация протопластов или растительных клеток часто вызывает повышения их способности к синтезу.

Какие методы биотехнологии в растениеводстве удивили Вас больше всего? Расскажите об этом в комментариях.

Без биотехнологии в растениеводстве стало просто не обойтись. Это обстоятельство связано с возросшими потребностями населения. Выделяю два основных пути развития биотехнологии для растениеводства – генетические модификации растений, путем внесения чужеродных генов других организмов (получение так называемых ГМО) и использование природных резервов, с применением высокопродуктивных микроорганизмов, вытяжек из растений и грибов и прочее. Биопрепараты для растениеводства необходимо использовать в соответствии с инструкцией

В связи с абсолютной недоказанностью безопасности использования в пищу продуктов, содержащих ГМО, мы рекомендуем обратить Ваше внимание именно на второй путь развития, который является естественным, природным, высокоэффективным способом защитить Ваш урожай от болезней, повысить устойчивость, улучшить качественные показатели, поднять рентабельность отрасли в целом.

Сегодня разработаны ряд биологических препаратов , которые способны решить многие проблемы, возникающие перед сельхозпроизводителями. Биопрепараты для растениеводства по целевому назначению можно разделить на следующие:

Несмотря на пропаганду производства генетически-модифицированных продуктов, в экономически-развитых странах, использование таких продуктов сильно ограничено, при этом, все большее распространение получают биологические методы воздействия(применение биотехнологий), с использованием микроорганизмов.

Растениеводство является одной из отраслей сельского хозяйства. С древнейших времен растения были для людей источником пищи, одежды, материалом для постройки жилищ. В ходе научного прогресса были разработаны новые биотехнологии в растениеводстве.

Несомненно, создание новых сортов растений началось задолго до выявления в науке процессов наследования признаков. Люди старались оставить на предстоящий посев семена растений, дающих большой урожай и наиболее устойчивых к вредителям, болезням и климатическим факторам. Постепенно какие-либо спонтанно появившиеся признаки у растений, поддерживались естественным и искусственным отбором, закрепляясь в ряду поколений и при этом формируя новые разновидности сельскохозяйственных сортов растений. И сегодня селекционеры большое внимание уделяют получению новых сортов растений устойчивых к различным абиотическим факторам внешней среды – температуре, влажности, засоленности или закисленности почв.

Изменение генов в геноме организма называют мутацией. Мутация случайный процесс, который может затронуть любой ген (или несколько генов) организма, приводя к появлению нового признака. Раньше человек внимательно следил за случайным появлением полезного признака у растений или животного и далее старался закрепить его в последующих поколениях. Однако современной науке под силу модифицировать организм на генетическом уровне без длительного ожидания, не полагаясь на случайность.

Выделяют два основных пути развития биотехнологий в растениеводстве – это использование природных резервов и генетические модификации растений путем внесения чужеродных генов других организмов. До сегодняшнего дня нет достоверных данных о безопасности генетически модифицированных организмов (ГМО). По мнению ученых ГМО в перспективе будет возможно, при этом процесс исследования вновь получаемых организмов должен быть расширен, мало того – исследовать необходимо каждую генетическую модификацию, даже в рамках одного сорта. Обязательным условием являются исследования о влиянии ГМО на организм в динамике – на протяжении ряда поколений. Есть научные данные российских ученых, которые установили, что при кормлении лабораторных мышей продуктами ГМО, приводит в шестом поколении к бесплодию. Еще одним условием получения ГМО является безопасность использования методов для окружающей среды, так как используемые методики и сами ГМО, являясь чужеродным для природы материалом, могут спровоцировать непредсказуемые последствия. Таким образом, использование ГМО должно стать делом далекого будущего. Кроме этого, использование генетически модифицированных организмов во многих странах считается нецелесообразным ввиду того, что еще есть огромные резервы земельных ресурсов, а также большие возможности применения природных растительных резервов.

Одной из приоритетных задач, решаемых с применением природных резервов, является защита растений от различных биогенных факторов. Издавна проводятся биотехнологические системы защиты растений от насекомых-вредителей, сорняков, грызунов, которые создаются на основе естественных врагов этих вредителей. Традиционно, для биологической защиты растений от насекомых-вредителей используются энтомофаги. В последнее время арсенал биологических методов борьбы с насекомыми вредителями растений пополнился еще грибными, бактериальными и вирусными препаратами. В настоящее время производится более 30 микробиологических энтомопатогенных препаратов. Они специфически поражают определенные виды вредных насекомых, практически безвредны для человека и теплокровных животных, а также полезных насекомых, не вызывают нежелательных изменений в биоценозах и не нарушают экологию. При защите растений от болезнетворных патогенов применяют антибиотики – триходермин и трихоцетин, продуцируемые грибами. Их используют в борьбе с корневой гнилью овощных, зерновых и технических культур.

Современные биотехнологии используют научные открытия в генетике, молекулярной биологии и микробиологии. Увеличение урожайности – это главное направление интенсивного развития растениеводства, которое успешно решается с применением биотехнологий.

Читайте также: