СЕЛЕКЦИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ - ГЕНЕТИКА И СЕЛЕКЦИЯ - ОСНОВЫ ГЕНЕТИКИ И СЕЛЕКЦИИ

Задачи. Рассмотреть особенности селекции микроорганизмов и их использование в хозяйственной деятельности человека. Сформировать знания о новейших методах селекции — клеточной, хромосомной и генной инженерии. Повторить материал и проконтролировать знания учащихся по теме «Селекция животных».

Оборудование. Демонстрационный материал: фрагменты кинофильмов «Генетика и селекция», «Что такое генетика?», диафильм «Микробиология и ее значение в народном хозяйстве», кодограмма (приложение 1).

Ход урока:

Повторение. Письменная работа с карточками на 10 мин.

1. Какие методы селекции помогают сохранить и улучшить свойства породы?

2. Какие методы селекции позволяют создать новую породу животных?

3. Для чего иногда проводят инбридинг? В чем проявляется его отрицательное значение?

Работа с карточкой у доски: приложение 2.

Компьютерное тестирование: приложение 3.

Устное повторение.

Изучение нового материала. Объяснение с помощью фрагментов фильмов, диафильма, кодограммы.

Традиционная селекция. Новейшие методы селекции. Традиционная селекция микроорганизмов (в основном бактерий и грибов) основана на экспериментальном мутагенезе и отборе наиболее продуктивных штаммов. Ко и здесь есть свои особенности. Геном бактерий гаплоидный, любые мутации проявляются уже в первом поколении. Хотя вероятность естественного возникновения мутации у микроорганизмов такая же, как и всех других организмов (1 мутация на 1 млн. особей по каждому гену), но очень высокая интенсивность размножения дает возможность найти полезную мутацию по интересующему исследователя гену.

В результате искусственного мутагенеза и отбора была повышена продуктивность штаммов гриба пеницилла более чем в 1000 раз. Продукты микробиологической промышленности используются в хлебопечении, пивоварении, виноделии, приготовлении многих молочных продуктов. С помощью микробиологической промышленности получают антибиотики, аминокислоты, белки, гормоны, различные ферменты, витамины и многое другое.

Микроорганизмы используют для биологической очистки сточных вод, улучшений качеств почвы. В настоящее время разработаны методы получения марганца, меди, хрома при разработке отвалов старых рудников с помощью бактерий, где обычные методы добычи экономически невыгодны.

Биотехнология — использование живых организмов и их биологических процессов в производстве необходимых человеку веществ. Объектами биотехнологии являются бактерии, грибы, клетки растительных и животных тканей. Их выращивают на питательных средах в специальных биореакторах.

Новейшими методами селекции микроорганизмов, растений и животных являются клеточная, хромосомная и генная инженерия.

Генная инженерия основана на выделении нужного гена из генома одного организма и введении его в геном другого организма. «Вырезание» генов проводят с помощью специальных «генетических ножниц», ферментов — рестриктаз, затем ген «вшивают» в вектор — плазмиду, с помощью которого ген вводится в бактерию. «Вшивание» осуществляется с помощью другой группы ферментов — лигаз. Причем вектор должен содержать все необходимое для управления работой этого гена — промотор, терминатор, ген-оператор и ген-регулятор. Кроме того, вектор должен содержать маркерные гены, которые придают клетке-реципиенту новые свойства, позволяющие отличить эту клетку от исходных клеток. Затем вектор вводится в бактерию и на последнем этапе отбираются те бактерии, в которых введенные гены успешно работают.

Излюбленный объект генных инженеров — кишечная палочка, бактерия, живущая в кишечнике человека. Именно с ее помощью получают гормон роста — соматропин, гормон инсулин, который раньше получали из поджелудочных желез коров и свиней, белок интерферон, помогающий справиться с вирусной инфекцией.

Второй путь — синтез гена искусственным путем. Для этого используются иРНК, с помощью фермента обратная транскриптаза на иРНК синтезируется ДНК.

Методы хромосомной инженерии. Одна группа методов основана на введении в генотип растительного организма пары чужих гомологичных хромосом, контролирующих развитие нужных признаков, или замещении одной пары гомологичных хромосом на другую. На этом основаны методы получения замещенных и дополненных линий, с помощью которых в растениях собираются признаки, приближающие к созданию «идеального сорта».

Очень перспективен метод гаплоидов, основанный на выращивании гаплоидных растений с последующим удвоением хромосом. Например, выращивают из пыльцевых зерен кукурузы гаплоидные растения, содержащие 10 хромосом, затем хромосомы удваивают и получают диплоидные (10 пар хромосом), полностью гомозиготные растения всего за 2—3 года вместо 6—8-летнего инбридинга.

Сюда же можно отнести и получение полиплоидных растений в результате кратного увеличения хромосом.

Методы клеточной инженерии связаны с культивированием отдельных клеток в питательных средах, где они образуют клеточные культуры. Оказалось, что клетки растений и животных, помещенных в питательную среду, содержащую все необходимые для жизнедеятельности вещества, способны делиться. Клетки растений обладают еще и свойством тотипотентности, то есть при определенных условиях они способны сформировать полноценное растение.

1. Это дает возможность с помощью клеточных культур получать ценные вещества. Например, культура клеток женьшеня нарабатывает биологически активные вещества.

2. С другой стороны, можно размножить эти растения в пробирках, помещая клетки в определенные питательные среды. Так можно размножать редкие и ценные растения. Это позволяет создавать безвирусные сорта картофеля и других растений.

3. Продолжается работа по гибридизации клеток. Например, разработана методика гибридизации протопластов соматических клеток. Удаляются клеточные оболочки и сливаются протопласты клеток организмов, относящихся к разным видам — картофеля и томата, яблони и вишни. Перспективно создание гибридом, при котором осуществляется гибридизация различных клеток. Например, лимфоциты, образующие антитела, гибридизируются с раковыми клетками. В результате гибридомы нарабатывают антитела, как лимфоциты, и «бессмертны», как раковые клетки. Следовательно, они обладают возможностью неограниченного размножения в культуре.

4. Интересен метод пересадки ядер соматических клеток в яйцеклетки. Таким способом возможно клонирование животных, получение генетических копий от одного организма. В настоящее время получены клонированные лягушки, есть первые результаты клонирования млекопитающих.

5. Возможно слияние эмбрионов на ранних стадиях, создание химерных животных. Таким способом были получены химерные мыши при слиянии эмбрионов белых и черных мышей, химерное животное овца-коза.

Закрепление. Беседа. Работа учащихся с тетрадью и кодограммой.

Задание на дом. Изучить текст параграфа, ответить на вопросы.

Приложение 1. Кодограмма к уроку

Тема: Селекция микроорганизмов. Биотехнология. § 16, 37

Традиционная селекция

Основана на экспериментальном мутагенезе и отборе. Микроорганизмы используются в хлебопечении, пивоварении, виноделии, получении многих молочных продуктов. Производят антибиотики, аминокислоты, белки, гормоны, ферменты, витамины; используются для очистки сточных вод. Получают марганец, медь, хром из отвалов старых рудников.

Биотехнология. Новейшие методы селекции

Объектами биотехнологии являются бактерии, грибы, клетки растительных и животных тканей.

Клеточная инженерия:

— Культивируют клеточные культуры. Нарабатываются биологически активные вещества, размножаются редкие и ценные растения.

— Гибридизация протопластов соматических клеток относящихся к разным видам (картофеля и томата).

— Создание гибридом: гибридизация лимфоцитов, образующих антитела, с раковыми клетками.

— Метод пересадки ядер соматических клеток в яйцеклетки. Возможно клонирование животных.

Хромосомная инженерия:

— Введение в генотип или замещение одной пары гомологичных хромосом на другую. Создание «идеального сорта».

— Получение полиплоидных растений.

Генная инженерия:

Введение гена из одного организма в другой. Излюбленный объект — кишечная палочка. Уже получают гормон роста, инсулин, интерферон, помогающий справиться с вирусной инфекцией.

Приложение 2. Карточка для работы у доски

Запишите номера вопросов, против них — правильные ответы.

1. Для чего проводят отбор по экстерьеру?

2. Какой метод позволяет создать новую породу животных?

3. С какой целью используют инбридинг в селекции животных?

4. Как получить эффект гетерозиса?

5. С какой целью проводят испытание по потомству?

6. Что характерно для отдаленной гибридизации животных?

7. Что такое бройлерные куры?

8. Какие виды изменчивости используются человеком при селекции животных?

9. Какие виды искусственного отбора использовал человек при селекции животных?

10. Приведите примеры полиплоидных животных.

Записав ответы, садитесь на место.___

Приложение 3. Компьютерное тестирование

Задание 28. «Селекция животных»

Тест 1. Какой метод позволяет сохранить и улучшить свойства породы?

1. Внутрипородное скрещивание и методический отбор.

2. Межпородное скрещивание и методический отбор.

3. Инбридинг.

4. Гетерозис при межпородном скрещивании.

Тест 2. Какой метод позволяет создать новую породу животных?

1. Внутрипородное скрещивание и методический отбор.

2. Межпородное скрещивание и методический отбор.

3. Инбридинг.

4. Межпородное скрещивании с целью получения эффекта гетерозиса.

Тест 3. С какой целью используют инбридинг в селекции животных?

1. Для сохранения свойств породы.

2. Для создания новой породы.

3. Для получения большого количества потомков с качествами выдающихся животных.

4. Для получения эффекта гетерозиса.

Тест 4. Какой из предложенных методов позволяет получить эффект гетерозиса?

1. Близкородственное скрещивание.

2. Испытание по потомству для самцов.

3. Отбор лучших производителей внутри породы.

4. Межпородное скрещивание.

Тест 5. Как определить продуктивность самца по качествам, которые у него не проявляются?

1. Это невозможно.

2. По этим признакам у самок в его потомстве.

3. По этим признакам у самцов в его потомстве.

4. По экстерьеру.

Тест 6. Что характерно для отдаленной гибридизации животных?

1. Потомство всегда бесплодно.

2. Часто в потомстве проявляется эффект гетерозиса.

3. Потомство плодовито и проявляет эффект гетерозиса.

4. Наблюдается депрессия, ухудшение свойств породы.

Тест 7. Что такое бройлерные куры?

1. Особая мясная порода кур.

2. Яйценоская порода кур.

3. Гетерозисный гибрид.

4. Инбредная линия кур.

**Тест 8. Что использовалось и используется человеком при селекции животных?

1. Наследственная изменчивость.

2. Ненаследственная изменчивость.

3. Бессознательная форма искусственного отбора.

4. Методическая форма искусственного отбора.

**Тест 9. Какие виды изменчивости используются человеком при создании новой породы?

1. Мутационная изменчивость.

2. Модификационная изменчивость.

3. Комбинативная изменчивость.

Тест 10. Известны ли факты создания полиплоидных животных?

1. Нет.

2. Да, Б. Л. Астауровым.

3. Да, М. Ф. Ивановым.

4. Да, Г. Д. Карпеченко.