Селекция микроорганизмов. Микроорганизмы Бактерии, микроскопические грибы, простейшие. Презентация на тему "селекция микроорганизмов " Новые сферы и методы применения микроорганизмов слайд

ионизирующих излучений и ультрафиолетовых лучей наследственных изменений (мутаций). Под действием излучений возникают качественно те же мутации, что и без облучения, но значительно чаще; соотношение разных типов мутаций также может быть иным. Используется в генетических исследованиях, в селекции промышленных микроорганизмов, сельскохозяйственных и декоративных растений. Повышение частоты вредных мутаций в результате увеличения содержания в биосфере радиоактивных изотопов - одна из основных опасностей радиоактивного загрязнения биосферы. Отдельно выделена группа биологически активных веществ, которые влияют не только на процессы роста и развития растений, но и вызывают наследственные изменения в организме - химические мутагены. С помощью мутагенов можно разорвать сцепленно наследуемые признаки, преодолеть нескрещиваемость между отдаленными формами и стерильность собственной пыльцы, решить задачи, не поддающиеся разрешению при использовании других методов селекции. В ряде случаев возникают совершенно новые формы и признаки, не встречающиеся в природе, что позволяет расширить естественное разнообразие форм культурных растений.

Использование микробов В хлебопечении В виноделии В производстве кормового белка В производстве молочнокислых продуктов В производстве биологически активных веществ (антибиотиков, гормонов, витаминов, аминокислот, ферментов) В сельском хозяйстве (при производстве силоса) Для биологической защиты растений и очистки сточных вод

Из более чем 100 тыс. видов известных в природе микроорганизмов человеком используется несколько сотен, и число это растет. Качественный скачок в их использовании произошел в последние десятилетия, когда были установлены многие генетические механизмы регуляции биохимических процессов в клетках микроорганизмов.

Особенности селекции микроорганизмов 1) у селекционера имеется неограниченное количество материала для работы: за считанные дни в чашках Петри или пробирках на питательных средах можно вырастить миллиарды клеток; 2) более эффективное использование мутационного процесса, поскольку геном микроорганизмов гаплоидный, что позволяет выявить любые мутации уже в первом поколении; 3) простота генетической организации бактерий: значительно меньшее количество генов, их генетическая регуляция более простая, взаимодействия генов просты или отсутствуют.

Методы селекции микроорганизмов Широко используют различные способы рекомбинирования генов: конъюгацию, трансдукцию, трансформацию и другие генетические процессы. Например, конъюгация (обмен генетическим материалом между бактериями) позволила создать штамм Pseudomonas putida, способный утилизировать углеводороды нефти.

Методы селекции микроорганизмов Важнейшим этапом в селекционной работе является индуцирование мутаций. Экспериментальное получение мутаций открывает почти неограниченные перспективы для создания высокопродуктивных штаммов. Вероятность возникновения мутаций у микроорганизмов (1x х) ниже, чем у всех других организмов (1x x10 -4). Но вероятность выделения мутаций по данному гену у бактерий значительно выше, чем у растений и животных, поскольку получить многомиллионное потомство у микроорганизмов довольно просто и сделать это можно быстро.

Cлайд 1

Cлайд 2

Традиционная селекция микроорганизмов (в основном бактерий и грибов) основана на экспериментальном мутагенезе и отборе наиболее продуктивных штаммов. Но 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 у всех других организмов (1 мутация на 1 млн. особей по каждому гену), очень высокая интенсивность размножения дает возможность найти полезную мутацию по интересующему исследователя гену.

Cлайд 3

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.

Cлайд 4

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.

Cлайд 5

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.

Cлайд 6

Cлайд 7

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

Cлайд 8

Генная инженерия Генная инженерия - совокупность методик, позволяющих выделять нужный ген из генома одного организма и вводить его в геном другого организма. Растения и животные, в геном которых внедрены «чужие» гены, называются трансгенными, бактерии и грибы - трансформированными. Традиционным объектом генной инженерии является кишечная палочка, бактерия, живущая в кишечнике человека. Именно с ее помощью получают гормон роста - соматотропин, гормон инсулин, который раньше получали из поджелудочных желез коров и свиней, белок интерферон, помогающий справиться с вирусной инфекцией.

Cлайд 9

Процесс создания трансформированных бактерий включает этапы: Рестрикция - «вырезание» нужных генов. Проводится с помощью специальных «генетических ножниц», ферментов - рестриктаз. Создание вектора - специальной генетической конструкции, в составе которой намеченный ген будет внедрен в геном другой клетки. Основой для создания вектора являются плазмиды. Ген вшивают в плазмиду с помощью другой группы ферментов - лигаз. Вектор должен содержать все необходимое для управления работой этого гена - промотор, терминатор, ген-оператор и ген-регулятор, а также маркерные гены, которые придают клетке-реципиенту новые свойства, позволяющие отличить эту клетку от исходных клеток. Трансформация - внедрение вектора в бактерию. Скрининг - отбор тех бактерий, в которых внедренные гены успешно работают. Клонирование трансформированных бактерий.

Cлайд 10

Образование рекомбинантных плазмид: 1 - клетка с исходной плазмидой 2 - выделенная плазмида 3 - создание вектора 4 - рекомбинантная плазмида (вектор) 5 - клетка с рекомбинантной плазмидой

Cлайд 11

Эукариотические гены, в отличие от прокариотических, имеют мозаичное строение (экзоны, интроны). В бактериальных клетках отсутствует процессинг, а трансляция во времени и пространстве не отделена от транскрипции. В связи с этим для пересадки эффективнее использовать искусственно синтезированные гены. Матрицей для такого синтеза является иРНК. С помощью фермента обратная транскриптаза на этой иРНК сперва синтезируется цепь ДНК. Затем на ней с помощью ДНК-полимеразы достраивается вторая цепь.

Cлайд 12

Хромосомная инженерия Хромосомная инженерия - совокупность методик, позволяющих осуществлять манипуляции с хромосомами. Одна группа методов основана на введении в генотип растительного организма пары чужих гомологичных хромосом, контролирующих развитие нужных признаков (дополненные линии), или замещении одной пары гомологичных хромосом на другую (замещенные линии). В полученных таким образом замещенных и дополненных линиях собираются признаки, приближающие растения к «идеальному сорту».

Cлайд 13

Метод гаплоидов основан на выращивании гаплоидных растений с последующим удвоением хромосом. Например, из пыльцевых зерен кукурузы выращивают гаплоидные растения, содержащие 10 хромосом (n = 10), затем хромосомы удваивают и получают диплоидные (n = 20), полностью гомозиготные растения всего за 2–3 года вместо 6–8-летнего инбридинга. Сюда же можно отнести и метод получения полиплоидных растений

Cлайд 14

Клеточная инженерия Клеточная инженерия - конструирование клеток нового типа на основе их культивирования, гибридизации и реконструкции. Клетки растений и животных, помещенные в питательные среды, содержащие все необходимые для жизнедеятельности вещества, способны делиться, образуя клеточные культуры. Клетки растений обладают еще и свойством тотипотентности, то есть при определенных условиях они способны сформировать полноценное растение. Следовательно, можно размножать растения в пробирках, помещая клетки в определенные питательные среды. Это особенно актуально в отношении редких или ценных растений.

Понятие селекции

В широком смысле слова селекция как процесс изменения домашних животных и культурных растений, по выражению Н.И. Вавилова, «представляет собой эволюцию, направленную волей человека».
Селекция - наука о методах создания новых пород животных, сортов растений, штаммов микроорганизмов с нужными человеку признаками.

Дайте формулировку закона гомологических рядов в наследственной изменчивости.

Дайте формулировку закона гомологических рядов в наследственной изменчивости.

Виды и роды, генетически близкие, характеризуются сходными рядами наследственной изменчивости с такой правильностью, что, зная ряд форм в пределах одного вида, можно предвидеть нахождение параллельных форм у других видов и родов.

Какое значение для селекции имеет закон гомологических рядов в наследственной изменчивости?

Закон успешно используется в селекционной практике:

Закон успешно используется в селекционной практике:
а) обнаружение спонтанных мутаций у одного вида дает основание для поисков сходных мутаций у родственных видов растений или животных;
б) некоторые наследственные заболевания и уродства, встречающиеся у человека, отмечены и у некоторых животных, животных с такими болезнями используют в качестве модели для изучения дефектов у человека.
Пр. катаракта глаза бывает у мышей, крыс, собак, лошадей; гемофилия - у мыши и кошки; диабет у крысы и т.д.

Порода, сорт -это искусственно созданная человеком популяция, характеризующаяся специфическим генофондом, наследственно закрепленными морфологическими и физиологическими признаками, определенным уровнем и характером продуктивности.

Порода, сорт -это искусственно созданная человеком популяция, характеризующаяся специфическим генофондом, наследственно закрепленными морфологическими и физиологическими признаками, определенным уровнем и характером продуктивности.
Штамм – чистая одновидовая культура микроорганизмов(или вирусов), выделенная из определенного источника и обладающая специфическими физиолого-биохимическими признаками

Задачи селекции

Создание новых пород домашних животных и сортов культурных растений
Улучшение ранее известных пород и сортов

Основные методы селекционной работы

методы
селекционной
работы

Скрещивание

Искусственный
отбор

родственное

неродственное

Внутрипородное
(внутрисортовое)

Межпородное
(межсортовое)

Отдаленная
гибридизация

массовый

индивидуальный

Методы селекции животных

Инбридинг

Аутбридинг

Гетерозис

Скрещивание внутри
одной породы между
близкими родственниками
для сохранения важных
признаков

Скрещивание различных
пород животных, отличающихся по ряду признаков для получения межвидовых гибридов

Скрещивание генетически
отдаленных форм
Получение межпородных
высокопродуктивных
гибридов

Каждый сорт, каждая порода имеют особого дикого предка.
Все породы кур происходят от дикой банкивской курицы,
домашние утки – от дикой кряковой утки,
породы кроликов – от дикого европейского кролика
предки крупного рогатого скота – два вида диких туров,
собаки – волк.

Чем отличаются культурные растения и домашние животные от своих диких предков?

размеры и продуктивность культурных растений выше, чем у родственных диких видов;
культурные растения лишены средств защиты от поедания: горьких и ядовитых веществ, шипов, колючек;
так же у культурных форм сильно развиты отдельные признаки, бесполезные или вредные для существования в естественных условиях, но полезные для человека.

Экстерьер - это вся совокупность наружных форм животных, их телосложение, соотношение частей тела.

Экстерьер крупного рогатого скота мясного направления (шортгорнская порода)

Экстерьер крупного рогатого скота молочного направления
(джерсейская порода)

Высокая продуктивность по тому или иному признаку связана с определенными экстерьерными особенностями.

зубр + американский бизон = зубробизон

Порода была создана, чтобы объединить характеристики обоих животных и с целью увеличить производство говядины.

архар(горный баран) + меринос (тонкорунная овца) = архаромеринос

Стада их круглогодично пасутся на высокогорных пастбищах в таких условиях, при которых не могут существовать тонкорунные овцы - мериносы

самец осла + самка лошади = мул

Мулы более терпеливы, устойчивы, выносливы и живут дольше, чем лошади, и менее упрямые, более быстрые и умные, чем ослы.

лев + тигр = лигр

Лигры - крупнейшие кошки на Земле.
Самый большой лигр по имени Геркулес, весом как два льва, проживает в парке «Остров джунглей» в Майами. В отличие от самок лигры-самцы обычно бесплодны, поэтому их нельзя разводить.

африканский сервал + домашняя кошка = саванна

Саванны гораздо более общительные, чем обычные домашние кошки, и их часто сравнивают с собаками благодаря их преданности хозяину. Их можно обучить ходить на поводке и даже приносить брошенные хозяином предметы.

Селекция растений

Близко родственное скрещивание и самоопыление используется для выведения «чистых линий»
Гетерозис – гибридная сила. Потомки от скрещивания чистых линий превосходят по качествам родительские формы.
И. В. Мичурин разработал метод отдаленной гибридизации для получения новых сортов

Сорта капусты Гетерозис- явление гибридной силы.

Гетерозис- явление гибридной силы.
В первом поколении гибридов повышается жизнеспособность и наблюдается мощное развитие (более крупные размеры), более высокая урожайность, более активный синтез органических веществ. Объясняется гетерозис переходом многих генов в гетерозиготное состояние и взаимодействием благоприятных доминантных генов.
При последующих скрещиваниях гибридов между собой гетерозис затухает вследствие выщепления гомозигот.

Тритикале

Тритикале
(от лат. triticum - пшеница и лат. secale - рожь) - злак, гибрид ржи и пшеницы.
Тритикале обладает повышенной морозостойкостью (больше чем у озимой пшеницы), устойчивостью против грибных и вирусных болезней, пониженной требовательностью к плодородию почвы, содержат много белка в зерне.

Центры происхождения культурных растений (по Н.И.Вавилову)

Название центра	Географическое положение	Культурные растения
Южноазиатский тропический	Индия, Индокитай, Южный Китай, о-ва Юго-Восточной Азии	Рис, сахарный тростник, цитрусовые, огурец, баклажан, черный перец (50% к.р)
Восточноазиатский	Центральный и Восточный Китай, Япония, Корея, Тайвань	Соя, просо, гречиха, плодовые и овощные- слива, вишня, редька (20% к.р)
Юго-Западноазиатский	Малая и Средняя Азия, Афганистан, Юго-Западная Индия	Пшеница, рожь, бобовые, лен, репа, морковь, чеснок, виноград, абрикос, груша(14% к.р)
Средиземноморский	Побережье Средиземного моря	Капуста, сахарная свекла, маслины, кормовые травы(11%к.р)
Абиссинский	Абиссинское нагорье Африки	Твердая пшеница, ячмень, кофе, бананы
Центральноамериканский	Южная Мексика	Кукуруза, какао, тыква, табак, хлопчатник, арахис, фасоль
Южноамериканский	Южная Америка вдоль западного побережья	Картофель, ананас, хинное дерево

Селекция микроорганизмов

использование микро
организмов

Синтез пищевых
добавок

Синтез БАВ

Производство
лекарств

Производство
кормов для
животных

Искусственный мутагенез – метод селекционной работы с микроорганизмами
Мутагены: рентгеновские лучи, яды, радиация…

Микробиология (от греч. mikros - малый, bios-жизнь, logos - наука), наука о строении и жизнедеятельности мельчайших живых существ, называемых микроорганизмами.

Микроорганизмы

Бактерии

Вирусы

Грибы

Простейшие

Сине-зеленые водоросли

Микроорганизмы– это группа прокариотических и эукариотических одноклеточных организмов, различаемых только под микроскопом.

Кокки - возбудители бактериального менингита

Герпес-вирус
6-го типа

Дрожжеподобные грибы вида C.albicans

Paramecium, род простейших одноклеточных

Цианобактерии

Биотехнология – это технология получения из живых клеток или с их помощью необходимых человеку продуктов.

Биотехнология – это технология получения из живых клеток или с их помощью необходимых человеку продуктов.

Примеры промышленного получения и использования продуктов жизнедеятельности микроорганизмов:

Примеры промышленного получения и использования продуктов жизнедеятельности микроорганизмов:
хлебопечение;
пивоварение;
виноделие;
приготовление молочных продуктов;
производство кормового белка;
производство ферментных и витаминных препаратов используемых в пищевой промышленности, медицине, животноводстве.

Основные направления селекции микроорганизмов

Генная инженерия

Клеточная
инженерия

Биотехнология