выведения новых гибридных и сортовых форм;
-создание биотехнологических форм деревьев с заданными признаками, например, с пониженным содержанием лигнинов, устойчивостью к гербицидам;
-клональное микроразмножение генетически ценных форм деревьев с целью быстрого выведения на рынок новейших селекционных достижений и повышения качества посадочного материала.
Биотехнологические формы деревьев являются сырьевой базой современной лесоперерабатывающей промышленности. Значительная часть расходов в процессе переработки древесины приходится на отделение древесной целлюлозы от лигнина, который представляет собой вещество, связывающее волокна древесины. При этом используются едкие щелочные растворы, высокие температуры и давление. Использование древесины, содержащей меньше лигнина и больше целлюлозы, существенно повышает конкурентоспособность лесоперерабатывающей промышленности.
Быстрорастущие деревья являются также одним из эффективных способов борьбы с изменением климата в качестве поглотителей углекислого газа. Другим направлением использования быстрорастущего леса является его использование в качестве сырья для биотоплива.
7.4 "Биологические средства защиты леса"
Применение средств химии губительно сказывается на биоразнообразии лесных сообществ, а отсутствие работ по созданию и производству новых биологических средств защиты (включая микробиологические и энтомофаги) не позволяет сдерживать распространение в лесах новых опасных вредителей и фитопатогенов фитофагов, что негативно влияет на пожарную безопасность в лесах и приводит к значительным социально-экономическим ущербам от пожаров. Комплекс мероприятий направлен на изыскание биотехнологических средств 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 социально-экономические 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.
Тесты для самоконтроля: Назвать основные пункты Программы по развитию лесных биотехнологий в России; Необходимость принятия Программы; Назвать основные задачи первого пункта; второго пункта; третьего пункта; четвертого пункта Программы; Рассказать о перспективах биотехнологических исследований в области лесного хозяйства.
Тема 2. История развития биотехнологии и связь с другими науками.
Цель работы: ознакомиться с обзором исторического развития биотехнологии, еѐ связи с другими науками.
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 хозяйстве.
Особенно внимательно следует определить роль и место в практике
лесного хозяйства, биотехнологии лесных растений как части лесного ресурсоведения. Студенту 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.
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.
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.
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 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 биотехнологии; Назвать виды хвойных древесных растений, используемых в биотехнологии; Назвать виды декоративных древесных и кустарниковых пород; Привести алгоритм введения в культуру ткани карельской березы.
Тема 5. Методы биотехнологии.
Цель работы: Изучить основные методы биотехнологии, их применимость к отдельным видам деревьев.
Методические рекомендации
В начале 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 санитарно-эпидемиологическом благополучии населения» об условиях работы в области генной инженерии.
К методам биотехнологии относится клеточная инженерия. Студенту 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 гибридом, особенности культивирования клеток животных.
А также получение медицинских препаратов и лекарственных веществ с помощью 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.