Сельскохозяйственная биотехнология , также известная как агритех , представляет собой область сельскохозяйственной науки, включающую использование научных инструментов и методов, включая генную инженерию , молекулярные маркеры , молекулярную диагностику , вакцины и культивирование тканей , для модификации живых организмов: растений , животных и микроорганизмов. . [1] Биотехнология сельскохозяйственных культур - это один из аспектов сельскохозяйственной биотехнологии, получивший большое развитие в последнее время. Желаемый признак передается от определенного вида сельскохозяйственных культур к совершенно другому виду.. Эти трансгенные культуры обладают желательными характеристиками с точки зрения вкуса, цвета цветов, скорости роста, размера собранного урожая и устойчивости к болезням и вредителям.
История [ править ]
Фермеры манипулировали растениями и животными посредством селективного разведения на протяжении десятилетий тысяч лет, чтобы создать желаемые признаки. В 20-м веке технологический всплеск привел к развитию сельскохозяйственных биотехнологий за счет выбора таких характеристик, как повышенная урожайность, устойчивость к вредителям, засухоустойчивость и устойчивость к гербицидам. Первый пищевой продукт, произведенный с помощью биотехнологии, был продан в 1990 году, а к 2003 году 7 миллионов фермеров использовали биотехнологические культуры. Более 85% этих фермеров находились в развивающихся странах. [2]
Методы модификации урожая [ править ]
Традиционное разведение [ править ]
Традиционное скрещивание [3] использовалось веками для улучшения качества и количества урожая. Скрещивание скрещивает два сексуально совместимых вида, чтобы создать новую особую разновидность с желаемыми чертами родителей. Например, яблоко с хрустящей корочкой обладает особой текстурой и вкусом из-за скрещивания его родителей. В традиционной практике пыльца одного растения помещается на женскую часть другого, что приводит к гибриду, который содержит генетическую информацию от обоих родительских растений. Селекционеры отбирают растения с чертами, которые они хотят передать, и продолжают разводить эти растения. Обратите внимание, что скрещивание можно использовать только в пределах одного или близкородственных видов.
Мутагенез [ править ]
Мутации могут происходить случайным образом в ДНК любого организма. Чтобы создать разнообразие сельскохозяйственных культур, ученые могут случайным образом вызывать мутации растений. Мутагенез использует радиоактивность, чтобы вызвать случайные мутации в надежде наткнуться на желаемый признак. Ученые могут использовать мутирующие химические вещества, такие как этилметансульфонат или радиоактивность, для создания случайных мутаций в ДНК. Атомные сады используются для мутации сельскохозяйственных культур. Радиоактивное ядро расположено в центре круглого сада и возвышается над землей, чтобы излучать окружающие культуры, генерируя мутации в определенном радиусе. Мутагенез под воздействием излучения - это процесс, используемый для производства рубиновых красных грейпфрутов..
Полиплоидия [ править ]
Полиплоидия может быть вызвана изменением количества хромосом в культуре, чтобы повлиять на ее фертильность или размер. Обычно организмы имеют два набора хромосом , иначе называемые диплоидией . Однако естественным путем или с помощью химикатов это количество хромосом может измениться, что приведет к изменению фертильности или изменению размера урожая. Таким образом создаются арбузы без косточек ; арбуз с 4 наборами хромосом скрещивается с арбузом с 2 наборами хромосом для создания стерильного (без косточек) арбуза с тремя наборами хромосом.
Слияние протопластов [ править ]
Слияние протопластов - это соединение клеток или клеточных компонентов для передачи признаков между видами. Например, признак мужского бесплодия передается от редиса к краснокочанной капусте путем слияния протопластов. Это мужское бесплодие помогает селекционерам выращивать гибридные культуры. [4]
РНК-интерференция [ править ]
РНК-интерференция (RNAIi) - это процесс, при котором механизм преобразования клеточной РНК в белок отключается или отключается для подавления генов. Этот метод генетической модификации работает, вмешиваясь в информационную РНК, чтобы остановить синтез белков, эффективно подавляя ген.
Трансгеники [ править ]
Трансгеника включает в себя вставку одного фрагмента ДНК в ДНК другого организма, чтобы ввести новые гены в исходный организм. Это добавление генов к генетическому материалу организма создает новую разновидность с желаемыми характеристиками. ДНК необходимо подготовить и упаковать в пробирку, а затем ввести в новый организм. Новая генетическая информация может быть введена с помощью биолистики . Примером трансгенных растений является радуга папайя, модифицированная геном, придающим ей устойчивость к вирусу кольцевой пятнистости папайи .
Редактирование генома [ править ]
Редактирование генома - это использование ферментной системы для модификации ДНК непосредственно внутри клетки. Редактирование генома используется для создания устойчивого к гербицидам канолы, чтобы помочь фермерам контролировать сорняки.
Улучшенное содержание питательных веществ [ править ]
Сельскохозяйственная биотехнология использовалась для улучшения питательной ценности различных культур, чтобы удовлетворить потребности растущего населения. Генная инженерия может производить культуры с более высокой концентрацией витаминов. Например, золотой рис содержит три гена, которые позволяют растениям вырабатывать соединения, которые превращаются в витамин А в организме человека. Этот питательном улучшен рис предназначен для борьбы с ведущей в мире причины blindness- дефицита витамина А . Точно так же проект Banana 21 [5] работал над улучшением питания бананов для борьбы с дефицитом питательных микроэлементов.в Уганде. Генетически модифицировав бананы, чтобы они содержали витамин А и железо, Banana 21 помог найти решение проблемы дефицита питательных микроэлементов через основной продукт питания и основной источник крахмала в Африке. Кроме того, можно создавать сельскохозяйственные культуры для снижения токсичности или получения сортов с удаленными аллергенами .
Гены и признаки, представляющие интерес для сельскохозяйственных культур [ править ]
Агрономические характеристики [ править ]
Устойчивость к насекомым [ править ]
Одна из самых востребованных черт - устойчивость к насекомым . Это свойство повышает устойчивость культуры к вредителям и позволяет получать более высокие урожаи. Примером этого признака являются сельскохозяйственные культуры, которые генетически модифицированы для производства инсектицидных белков, первоначально обнаруженных у ( Bacillus thuringiensis ). Bacillus thuringiensis - это бактерия, вырабатывающая белки, отпугивающие насекомых, которые не вредны для человека. Гены, ответственные за устойчивость к насекомым, были выделены и введены во многие сельскохозяйственные культуры. Кукуруза и хлопок стали обычным явлением, а коровий горох , подсолнечник , соевые бобы , помидоры , табак , грецкие орехи и т. Д.сахарный тростник и рис изучаются в отношении Bt.
Устойчивость к гербицидам [ править ]
Сорняки были проблемой для фермеров на протяжении тысячелетий; они конкурируют за питательные вещества почвы, воду и солнечный свет и оказываются смертельными для сельскохозяйственных культур. Биотехнология предложила решение в виде толерантности к гербицидам. Химические гербициды распыляются непосредственно на растения, чтобы уничтожить сорняки и, следовательно, конкуренцию, а устойчивые к гербицидам культуры имеют возможность процветать.
Устойчивость к болезням [ править ]
Часто сельскохозяйственные культуры поражаются болезнями, передаваемыми через насекомых (например, тли ). Распространение болезни среди сельскохозяйственных культур невероятно трудно контролировать, и раньше можно было справиться только путем полного удаления пораженных культур. Область сельскохозяйственной биотехнологии предлагает решение путем генной инженерии устойчивости к вирусам. К выращиванию устойчивых к болезням ГМ культур в настоящее время относятся маниока , кукуруза и сладкий картофель .
Температурный допуск [ править ]
Сельскохозяйственная биотехнология также может помочь растениям в экстремальных температурных условиях. Чтобы максимизировать урожай и предотвратить гибель сельскохозяйственных культур, можно разработать гены, которые помогают регулировать устойчивость к холоду и жаре. Например, деревья папайи были генетически модифицированы, чтобы они были более устойчивыми к жарким и холодным условиям. [6] Другие характеристики включают эффективность использования воды, эффективность использования азота и солеустойчивость.
Качественные характеристики [ править ]
К качественным характеристикам относятся повышенная пищевая или диетическая ценность, улучшенная обработка и хранение пищевых продуктов или устранение токсинов и аллергенов в сельскохозяйственных культурах.
Общие ГМО-культуры [ править ]
В настоящее время только небольшое количество генетически модифицированных культур доступно для покупки и потребления в Соединенных Штатах. Министерство сельского хозяйства США одобрило соевые бобы, кукурузу, рапс, сахарную свеклу, папайю, тыкву, люцерну, хлопок, яблоки и картофель. [7] ГМО-яблоки ( арктические яблоки ) не имеют коричневого цвета и исключают необходимость в обработке против потемнения, сокращают количество пищевых отходов и усиливают вкус. Производство Bt-хлопка в Индии резко возросло: в 2011 году впервые было засеяно 10 миллионов гектаров, что привело к сокращению применения инсектицидов на 50%. В 2014 году индийские и китайские фермеры засеяли более 15 миллионов гектаров Bt-хлопка. [8]
Проверка безопасности и постановления правительства [ править ]
Регулирование сельскохозяйственных биотехнологий в США подпадает под действие трех основных государственных органов: Министерства сельского хозяйства (USDA), Агентства по охране окружающей среды (EPA) и Управления по контролю за продуктами и лекарствами (FDA). USDA должно одобрить выпуск любых новых ГМО, EPA контролирует регулирование инсектицидов, а FDA оценивает безопасность конкретной культуры, отправляемой на рынок. В среднем для того, чтобы генетически модифицированный организм появился на рынке , требуется около 13 лет и 130 миллионов долларов на исследования и разработки . В США процесс регулирования занимает до 8 лет. [9]Безопасность ГМО стала предметом дискуссий во всем мире, но в дополнение к работе FDA проводятся научные статьи для проверки безопасности употребления ГМО. В одной из таких статей был сделан вывод, что рис Bt не оказывает отрицательного воздействия на пищеварение и не индуцирует горизонтальный перенос генов . [10]
Ссылки [ править ]
- ^ "Что такое сельскохозяйственная биотехнология?" (PDF) . Корнельский университет . Дата обращения 3 февраля 2015 .
- ^ "Сельскохозяйственная биотехнология" (PDF) . Cornell.edu . PBS, ABSP II, Агентство международного развития США. 2004 . Дата обращения 1 декабря 2016 .
- ^ "Инфографика: методы модификации сельскохозяйственных культур - укрепленная биология, Inc" . Биология Фортифицированная, Инк . Архивировано из оригинала на 2016-04-14 . Проверено 5 декабря 2016 .
- ^ Де Бекелер, Мариани; Де Бекелер, Селестина; Де Бекелер, Марк; Truettner, Джесси; Лиманс, Ян; Гольдберг, Роберт (1990). «Индукция мужской стерильности в растениях геном химерной рибонуклеазы». Природа . 437.6295: 737–41 - через Google Scholar.
- ^ "О Banana21" . www.banana21.org . Проверено 5 декабря 2016 .
- ↑ Фигероа-Яньес, Луис; Перейра-Сантана, Алехандро; Арройо-Эррера, Ана; Родригес-Корона, Улисес; Санчес-Тейер, Фелипе; Эспадас-Алкосер, Хорхе; Эспадас-Хиль, Франсиско; Барредо-Пул, Фелипе; Кастаньо, Энрике (2016-10-20). «RAP2.4a транспортируется через флоэму для регулирования устойчивости к холоду и жаре у папайи (Carica papaya cv. Maradol): значение для защиты от абиотического стресса» . PLOS ONE . 11 (10): e0165030. DOI : 10.1371 / journal.pone.0165030 . ISSN 1932-6203 . PMC 5072549 . PMID 27764197 .
- ^ «МВД» . mvgs.iaea.org . Проверено 5 декабря 2016 .
- ^ "Международная служба по приобретению агробиотехнологических приложений - ISAAA.org" . www.isaaa.org . Проверено 5 декабря 2016 .
- ^ «Что нужно для вывода на рынок нового ГМ-продукта? #GMOFAQ» . FAQ по ГМО . Проверено 5 декабря 2016 .
- ^ Чжао, Кай; Рен, Фангфанг; Хан, Клык; Лю, Цивэнь; Ву, Гогань; Сюй, Ян; Чжан, Цзянь; Ву, Сяо; Ван, Цзиньбинь (05.10.2016). «Оценка пищевой безопасности генетически модифицированного риса T1C-1 для крыс Sprague Dawley посредством горизонтального переноса генов, аллергенности и кишечной микробиоты» . PLOS ONE . 11 (10): e0163352. DOI : 10.1371 / journal.pone.0163352 . ISSN 1932-6203 . PMC 5051820 . PMID 27706188 .
- Момох Джеймс Осамеде (2016). Биотехнология сельскохозяйственных культур в Нигерии. Процедура семинара для аспирантов, UNIBEN, Нигерия, 27 апреля 2016 г., BENIN CITY, Нигерия
