Применение мутагенов в биотехнологии. Мутагены для растений

Мутагены, влияющие на жизнь человека. Мутаген

Наверное, каждому знакомо такое слово, как мутаген. Это вещество, которое может иметь различную природу и отличаться интенсивностью воздействия. Также они могут наносить вред окружающей среде и человеку. Но их свойства нередко используют во благо в различных сферах жизнедеятельности.

Что такое мутаген

Каждый человек имеет свое представление о том, что это за вещество. Но в действительности мутаген - это фактор, который вызывает стойкую модификацию в структуре организма. Эти изменения обычно наследуются последующими поколениями.

Мутагенами являются некоторые кислоты, всевозможные соединения, препараты и даже определенные типы излучений. Также ими могут быть некоторые виды вирусов. Мутаген - это универсальное определение факторов, которые могут вызывать мутацию у любого организма, начиная с бактерий и заканчивая растениями и человеком. От дозировки зависит интенсивность изменений.

Виды мутагенов

Сегодня известны три типа мутагенов: физический, химический и биологический. К первой категории принадлежат все ионизирующие излучения. Это рентгеновские и гамма-лучи, нейтроны, протоны, ультрафиолет. Интересно, что в некоторой степени стабильно высокая или низкая температура также оказывает влияние на изменения в структуре организма, правда, эти модифицирования менее интенсивны.

Другая категория - химические мутагены. К ним относятся чужеродные ДНК, алкилирующие соединения (диметилсульфат, иприт и др.), азотистая кислота, пестициды, акридиновые красители, формальдегид, некоторые алкалоиды и органические перекиси. Сюда же относятся и многие другие препараты, а также вещества, природа которых еще не исследована. Биологическими мутагенами могут быть вирусы, некоторые растения и генномодифицированные вещества.

Мутагены и человек: факторы риска

Ученые нередко используют мутагены на благо общества, например, ими пользуются селекционеры. Но гораздо сильнее их отрицательное влияние. Приобретая многие продукты, препараты, чистящие средства и бытовые приборы, человек подвергает себя воздействию мутагенов, нанося этим вред организму. Чаще всего это происходит незаметно для самого человека и проявляется лишь в следующем поколении. К сожалению, уже сегодня контакт с подобными веществами вызывает новые заболевания, хронические аллергические реакции и опухоли. Производители многих необходимых для современного человека товаров нередко вводят в их состав тот или иной мутаген. Это могут быть краски для волос, продукты питания, бытовая химия, выхлопные газы, производственные отходы и многое другое. Все эти вещества летают в воздухе, оседают на почву и поглощаются растениями, поступающими в пищу. Кроме того, мутагены окружающей среды оказывают влияние на животных и насекомых, меняя их повадки, делая более агрессивными и уязвимыми для болезней. Стоит отметить, что не было замечено таких перемен, которые пошли бы организму на пользу.

Продукты питания и мутагены

Сегодня в продуктовой промышленности есть разрешение на использование некоторых продуктов, которые содержат компоненты генетически модифицированной кукурузы, сои и масличных культур. Их можно встретить в сиропах, муке, масле, крахмале. Именно эти основы применяются в больших объемах для производства многих продуктов, начиная с печенья, детского питания, колбасы и заканчивая соусами. Возможно, на себе мы не заметим генетических перемен, вызванных подобным питанием, но их, очевидно, ощутят наши внуки.

Меры безопасности

После того как мы узнали, что наш мир переполнен мутагенами, складывается впечатление, что мы просто бессильны. Но в действительности эта информация помогает быть более осторожными при выборе продуктов питания.

fb.ru

«Мутагенные воздействия на растения»

Автор – Савранская Алёна Дмитриевна

Россия, Московская обл., г.о. Краснознаменск,

Муниципальное общеобразовательное учреждение гимназия №2, 8 класс

Краткая аннотация

Загрязнение окружающей среды, вызывающее деградацию среды обитания и наносящее ущерб здоровью населения, является одной из наиболее острых экологических проблем России, имеющей также приоритетное социальное и экономическое значение. Так же следует помнить, что вредное воздействие на растения оказывают не только Земные факторы (такие как соль свинца), но и космические, такие как ультрафиолетовое излучение.

В ходе работы был поставлен следующий вопрос: может ли сегодняшнее ультрафиолетовое излучение, воздействующее на растения, и соль свинца, всё чаще отравляющая окружающую среду, привести к снижению жизнедеятельности, снижению приспособленности к окружающей среде, к потере способности производить потомство или к смерти растения?

Проблематика данной работы настолько обширна, что в последующем будут проведены дополнительные исследования для её более глубокого рассмотрения.

«Мутагенные воздействия на растения»

Автор – Савранская Алёна Дмитриевна

Россия, Московская область, г.о. Краснознаменск

Муниципальное общеобразовательное учреждение гимназия №2, 8 класс

Аннотация

Загрязнение окружающей среды, вызывающее деградацию среды обитания и наносящее ущерб здоровью населения, является одной из наиболее острых экологических проблем России, имеющей также приоритетное социальное и экономическое значение. Так же следует помнить, что вредное воздействие на растения оказывают не только Земные факторы (например свинец), но и космические, такие как ультрафиолетовое излучение.

Так может ли сегодняшнее ультрафиолетовое излучение, воздействующее на растения, и соль свинца, всё чаще отравляющая окружающую среду, привести к снижению жизнедеятельности, снижению приспособленности к окружающей среде, к потере способности производить потомство или к смерти растения?

В ходе научной работы я поставила себе несколько целей и задач:

1. Взяв за объект исследования горох, выяснить, к какой из мутаций (полезной, нейтральной, вредной) привело ультрафиолетовое излучение/соль свинца.
2. Если растение дало потомство, сравнить его с первоначальным объектом исследования.
3. Сделать соответствующие выводы.

«Мутагенные воздействия на растения»

Автор – Савранская Алёна Дмитриевна

Россия, Московская область, г.о. Краснознаменск

Муниципальное общеобразовательное учреждение гимназия №2, 8 класс

Научная статья

Загрязнение окружающей среды, вызывающее деградацию среды обитания и наносящее ущерб здоровью населения, является одной из наиболее острых экологических проблем России, имеющей также приоритетное социальное и экономическое значение. Так же следует помнить, что вредное воздействие на растения оказывают не только Земные факторы (такие как соль свинца), но и космические, такие как ультрафиолетовое излучение.

Ультрафиолетовое излучение - невидимое глазом электромагнитное излучение, занимающее область между нижней границей видимого спектра и верхней границей рентгеновского излучения. Длина волны УФ - излучения лежит в пределах от 100 до 400 нм (1 нм = 10-9 м). По классификации Международной комиссии по освещению (CIE) спектр УФ - излучения делится на три диапазона:

UV-A - длинноволновое (315 - 400 нм.)

  UV-B - средневолновое (280 - 315 нм.)

   UV-C - коротковолновое (100 - 280 нм.)

Виды ультрафиолетового излучения

Естественные источники Ультрафиолетового излучения — Солнце, звёзды, туманности и др. космические объекты. Соотношение интенсивности излучения УФ-А и УФ-Б, общее количество ультрафиолетовых лучей, достигающих поверхности Земли, зависит от следующих факторов:

• от концентрации атмосферного озона над земной поверхностью
• от высоты Солнца над горизонтом
• от высоты над уровнем моря
• от атмосферного рассеивания
• от состояния облачного покрова
• от степени отражения УФ-лучей от поверхности (воды, почвы)
• В современном мире ультрафиолетовое излучение находит самое широкое применение в различных областях:

• Применение ультрафиолетового излучения в медицине связано с тем, что оно обладает бактерицидным, мутагенным, терапевтическим (лечебным), антимитотическим и профилактическим действиями,  дезинфекция; лазерная биомедицина

• В косметологии ультрафиолетовое облучение широко применяется в соляриях для получения ровного красивого загара. Дефицит ультрафиолетовых лучей ведет к авитаминозу, снижению иммунитета, слабой работе нервной системы, появлению психической неустойчивости.
• Ультрафиолетовое излучение оказывает существенное воздействие на фосфорно-кальциевый обмен, стимулирует образование витамина D и улучшает все метаболические процессы в организме.

• Обеззараживания воды, воздуха, помещений, тары и упаковки УФ излучением
• Следует подчеркнуть, что использование УФИ как физического фактора воздействия на микроорганизмы может обеспечить обеззараживание среды обитания в очень высокой степени, например до 99,9%.

 5) Полиграфия.

• Технология формования полимерных изделий под действием ультрафиолетового излучения (фотохимическое формование) находит применение во многих областях техники. В частности, эта технология широко применяется в полиграфии и в производстве печатей и штампов.

• Ученые разработали технологию, позволяющую обнаруживать малейшие дозы взрывчатых веществ. В приборе для обнаружения следов взрывчатых веществ используется тончайшая нить (она в две тысячи раз тоньше человеческого волоса), которая светится под воздействием ультрафиолетового излучения, но всякий контакт со взрывчаткой: тринитротолуолом или иными используемыми в бомбах взрывчатыми веществами, прекращает ее свечение. Прибор определяет наличие взрывчатых веществ в воздухе, в воде, на ткани и на коже подозреваемых в преступлении

• Освещение, световые эффекты.

Биологическое действие У. и. При действии на живые организмы У. и. поглощается верхними слоями тканей растений. . В основе биологического действия У. и. лежат химические изменения молекул биополимеров. Биополимеры, высокомолекулярные природные соединения, являющиеся структурной, основой всех живых организмов и играющие определяющую роль в процессах жизнедеятельности. К Б. относятся белки, нуклеиновые кислоты и полисахариды; известны также смешанные Б. — гликопротеиды, липопротеиды, гликолипиды и др. . Эти изменения вызываются как непосредственным поглощением ими квантов излучения, так и (в меньшей степени) образующимися при облучении радикалами воды и др. низкомолекулярных соединений.

В растениях У. и. изменяет активность ферментов и гормонов, влияет на синтез пигментов, интенсивность фотосинтеза и фотопериодической реакции. Большие дозы У. и., несомненно, неблагоприятны для растений, о чём свидетельствуют и существующие у них защитные приспособления (например, накопление определённых пигментов, клеточные механизмы восстановления от повреждений). На микроорганизмы и культивируемые клетки высших животных и растений У. и. оказывает губительное и мутагенное действие (наиболее эффективно У. и. с  в пределах 280—240 нм). Обычно спектр летального и мутагенного действия У. и. примерно совпадает со спектром поглощения нуклеиновых кислот — ДНК и РНК (рис. 1, А), в некоторых случаях спектр биологического действия близок к спектру поглощения белков (рис. 1, Б). Основная роль в действии У. и. на клетки принадлежит, по-видимому, химическим изменениям ДНК: входящие в её состав пиримидиновые основания (главным образом тимин) при поглощении квантов У. и. образуют димеры, которые препятствуют нормальному удвоению (репликации) ДНК при подготовке клетки к делению. Это может приводить к гибели клеток или изменению их наследственных свойств (мутациям). Определённое значение в летальном действии У. и. на клетки имеют также повреждение биолеских мембран и нарушение синтеза различных компонентов мембран и клеточной оболочки.

Среди других загрязнителей биосферы доля окислов азота и свинца увеличивается постоянно. Ежегодно выброс этих соединений в атмосферу Земли достиг 50 млн.т. 30% из них вносят теплоэнергетические установки, 38%-автомобильный транспорт (в выхлопных газах автомобиля содержится примерно 0,6% окислов азота) Приблизительно 20% поступает от предприятий по производству азотных удобрений, анилиновых красителей, вискозы, целлулоида, фотоплёнки. Остальное производится самой биосферой, в частности многими микроорганизмами.

Предотвращение и снижение уровня свинцового загрязнения рассматривается во всех развитых странах в качестве важнейших задач экологической политики. Этот вопрос рассматривается на многих Международных конференциях, симпозиумах (“Тяжелые металлы в окружающей среде" Россия, Пущино, октябрь 1996г.;”Воздействие тяж. металлов на детей” - Москва, сентябрь1995г.).[4]

Основным источником загрязнения атмосферного воздуха в РФ является автотранспорт использующий свинец содержащий бензин. Огромную роль в загрязнении свинцом нашей экологии играют предприятия цветной металургии (660 т\год, или около 87%), стекольной промышленности (100 - 200 т\год).На 50-60 т\год загрязняют нашу атмосферу обезжиревание и переработка твердых бытовых отходов.

В настоящее время большая часть территории России испытывает нагрузку от выпадений свинца, превышающую критическую для нормального функционирования экосистем. Наиболее высокий уровень загрязнения воздуха свинцом, превышающий в России нормы (ПДК-0,3 мкг\м ), отмечался в 1994-1995гг. В Комсомольске-на-Амуре, Тобольске, Тюмени, Карабаше, Владимире, Владивостоке (до 0,5мкг\м ).

Увеличение содержания свинца в почве, как правило, но не всегда ведет к его накоплению растениями как на незагрязненных почвах, так и почвах естественных геохимических аномалий. В соответствии содержание свинца в растениях, выращенных на почвах легкого механического состава (песчаных и супесчаных) колеблется от0,13 до 0,96 мк/кг; в почвах тяжелосуглинистых (с рН 5,5) в более широких пределах 0,34 - 7,0 мк/гк.

Более высокие концентрации свинца (до 1000 мк/гк) характерны для растительности на техногенно-загрязненных территориях: в окрестностях металлургических предприятий, рудников по добыче полиметаллов и главным образом вдоль автострад.

Все вышеописанные факторы непосредственно приводят к мутации растений.

Мута́ция (лат. mutatio — изменение) — стойкое (то есть такое, которое может быть унаследовано потомками данной клетки или организма) изменение генотипа, происходящее под влиянием внешней или внутренней среды. Процесс возникновения мутаций получил название мутагенеза.

Существуют факторы, способные заметно увеличить частоту мутаций — мутагенные факторы. К ним относятся:

• химические мутагены — вещества, вызывающие мутации,
• физические мутагены — ионизирующие излучения, в том числе естественного радиационного фона, ультрафиолетовое излучение, высокая температура и др.,
• биологические мутагены — например, ретровирусы, ретротранспозоны.

По относительному влиянию на жизнеспособность и плодовитость организма мутации делятся на: - полезные; - нейтральные; - вредные. Полезные мутации повышают устойчивость организма к неблагоприятным внешним условиям. Вредные тормозят нормальный ход жизнедеятельности, понижают жизнеспособность организма. Нейтральные мутации не влияют на жизнестойкость и плодовитость, т. е. не понижают и не повышают их. Вредные мутации подразделяются на летальные и полулетальные. Летальные приводят организм к гибели на ранних стадиях развития (на стадии зиготы). Полулетальные мутации приводят к снижению жизнеспособности, организм погибает на ранних стадиях, до достижения половой зрелости, т. е. не передает своих генов потомкам. (У растений полулетальные мутации выражаются, например, в неспособности образовывать корни, гибели зародыша, альбинизме и т. д.).

Цели, задачи, гипотеза.

Гипотеза: Может ли сегодняшнее ультрафиолетовое излучение, воздействующее на растения, и соль свинца, всё чаще отравляющая окружающую среду, привести к снижению жизнедеятельности, снижению приспособленности к окружающей среде, к потере способности производить потомство или к смерти растения?

В ходе научной работы я поставила себе несколько целей и задач:

4. Взяв за объект исследования горох, выяснить, к какой из мутаций (полезной, нейтральной, вредной) привело ультрафиолетовое излучение/соль свинца.
5. Если растение дало потомство, сравнить его с первоначальным объектом.
6. Сделать соответствующие выводы.

Спектр электромагнитных излучений и спектр видимого света.

Рис. 1. Зависимость выживаемости разных бактерий от дозы ультрафиолетового излучения: А — кишечная палочка, длина волны 253,7 нм; 1, 2 — мутантные штаммы; 3 — дикий тип; Б — M. radiodurans , длина волны 265,2 нм.

nenuda.ru

Химический мутагенез | Популярно о генетике

Вскоре после открытия мутагенных свойств ионизирующих лучей ученые обнаружили возможность возникновения мутаций и под действием химических веществ. Усилить частоту мутаций по сравнению с той, которая протекает в природе, получить в большом количестве максимальное разнообразие мутантов - важнейшая задача генетиков. Огромный интерес представляет управление самим мутационным процессом. Вот почему должны быть использованы такие факторы воздействия на растения, которые давали бы возможность дифференцированно изменять наследственность, вызывать специфическое мутирование. На химические мутагены возлагаются в этом отношении большие надежды.

Еще в начале 30-х годов Кольцов искал пути воздействия на яйца тутового шелкопряда в направлении развития без оплодотворения. Он получил положительные результаты при обработке яиц йодом, формалином, хлорным железом, соляной кислотой, азотнокислым серебром, бертолетовой солью. Выяснилось, что химические вещества оказывают существенное влияние на клеточное ядро, следовательно, они могут воздействовать на наследственность. Проверить такую вероятность Кольцов поручил своему сотруднику В. В. Сахарову.

Для исследования характера мутагенного действия химических веществ Сахаров использовал дрозофилу. Он обрабатывал оплодотворенные яйца насекомого раствором иода и получал большое количество мутаций. Многие из них вызывали гибель потомства, но часть его была жизнеспособной, с наследственно измененными внешними признаками. Исследователь получил мутации и под действием других химических веществ. Опыты по химическому мутагенезу на дрозофиле провел М. Е. Лобашев - он испытывал действие аммиака.

В результате исследований эти ученые сформулировали основные принципы работы с химическими мутагенами, определяли вещества, вызывающие мутации. И что особенно важно, в 1938 г. Сахаров указал на существование специфического действия химических мутагенов. Однако первые мутагены отличались меньшей эффективностью, чем радиация, и не нашли широкого применения в практике.

Значительный интерес генетиков и селекционеров к химическому мутагенезу возник в 40-е годы после успешных работ советского ученого И. А. Раппопорта и англичанки Ш. Ауэрбах. Они открыли мощное мутагенное действие некоторых химических веществ. Ауэрбах родилась в Германии, но после прихода к власти фашистов переехала в Англию и стала работать в Эдинбургском университете. Во время войны она исследовала действие горчичного газа (иприта) и родственных ему соединений.

Ауэрбах обнаружила, что эти химические вещества дают такой же эффект, как и рентгеновские лучи, в сотни раз превышая процент мутаций по сравнению с контролем. Иприт обладает и рядом специфических особенностей. При его действии наблюдается отдаленный эффект: после обработки спермиев дрозофил ипритом мутации появлялись не только в момент воздействия, но и в нескольких последующих поколениях клеток. Некоторая часть хромосомы приходит в неустойчивое состояние, которое после нескольких поколений клеток развивается в истинную мутацию. В результате часто возникают особи, представляющие собой химеры из нормальных и измененных клеток. Кроме того, иприт вызывает большие структурные нарушения хромосом (в частности, происходят разрывы хромосом).

Мутагенные свойства формальдегида и очень сильное мутагенное действие простейшего гетероциклического соединения - этиленимина - установил Раппопорт. Высокая эффективность этиленимина проявилась и на растительных объектах, и на животных. В 1948 г. Раппопорт впервые установил мутагенную активность нитрозосоединений. Несколько позже он показал мощный мутагенный эффект этих соединений в газовой фазе. С их помощью удается экспериментально получить большое количество мутаций.

Выявление Раппопортом высокоактивных химических мутагенов из класса нитрозоалкилмочевин и диазокетонов, названных супермутагенами, послужило толчком для развития во всем мире широких исследований по химическому мутагенезу. Приоритет в открытии многих новых активных химических мутагенов и испытании действия их на озимой пшенице и горохе принадлежит сотрудникам Института химической физики АН СССР. С 1965 г. там создан Центр по химическому мутагенезу. Это дало возможность провести испытание эффективности мутагенов на большом наборе сельскохозяйственных культур. На ежегодных весенних совещаниях подводятся итоги применения химических мутагенов на разных культурах. Центр регулярно осуществляет методическое руководство и оказывает практическую помощь в обработке химическими мутагенами всем учреждениям страны.

Уже обнаружены сотни химических веществ с мутагенной активностью. Действие большинства из них универсально. Они вызывают генные мутации у растений, животных и микроорганизмов. Характер активности химических веществ зависит от генетических особенностей организмов, стадии их развития, состояния ядра клетки, ряда других факторов.

Многие мутагены проявляют специфичность действия на клетку в определенный момент синтеза ДНК. Одни оказывают влияние на нее только во время синтеза, другие способны одинаково поражать ДНК в покоящемся состоянии и в период удвоения. Специфичность действия химических мутагенов состоит в их избирательном влиянии, вызывающем генные и хромосомные мутации.

Характер наследственных изменений у культурных растений зависит от дозы мутагена. При небольших концентрациях чаще возникают малые мутации, связанные с количественными признаками. С увеличением концентрации возрастает количество мутаций, обусловленных перестройкой хромосом. При действии этиленимина на семена пшеницы в концентрациях 0,01-0,04 % основную массу мутаций составляли крупноколосые формы, устойчивые к заболеваниям, со слабым восковым налетом. Все они относились к малым типам мутаций - мутанты почти не отличались от исходных сортов. Повышение концентрации до 0,06 и выше (0,12) приводило к появлению резких мутаций, связанных с существенными морфологическими изменениями колоса и соломины.

Химические вещества способны оказывать на наследственный материал не только прямое, но и непрямое воздействие. У различных организмов установлено наличие антимутагенов, которые предупреждают мутагенное действие ряда веществ, нормально участвующих в метаболических процессах, или противодействуют ему. Естественным антимутагеном служит фермент каталаза. Она сразу же прекращает мутагенное влияние перекиси водорода. Высокое содержание в клетках каталазы, по-видимому, объясняет неудачи в получении мутаций с помощью перекиси водорода.

Пример антимутагенного действия - уменьшение мутагенной активности продуктов пиролиза пищи под влиянием экстрактов из ряда овощей. В результате анализа около 60 видов овощей и фруктов было установлено, что одни из них обладают сильным, а другие - умеренным аитимутагенным действием. Среди сильных противомутагенов оказались соединения, содержащиеся в капусте, зеленом перце, луке, имбире, ананасе, яблоках, листьях мяты; умеренные антимутагены содержатся в цветной капусте, редьке, сладком картофеле, винограде, некоторых грибах.

populargenetic.ru

Мутагены

Как в природе, так и в опытах мутации возникают под влиянием различных воздействий, называемых мутагенными факторами, или мутагенами.

Применяемые для искусственного получения мутаций мутагены делятся на физические (радиация, температура, механические воздействия) и химические. Из физических мутагенов особенно широко применяют электромагнитные и корпускулярные излучения.

Под действием облучения частота мутаций у растений по сравнению с естественным процессом мутирования увеличивается примерно в 1000 раз. Число возникающих мутаций зависит от дозы облучения: с увеличением ее до известных пределов число мутаций пропорционально увеличивается. За единицу дозы облучения принят один рентген (Р) — количество излучения, вызывающее образование в 1 см3 сухого воздуха при 0 °С и давлении 760 мм ртутного столба 2,1 • 109 пар ионов. При облучении растений и животных дозу измеряют килорентгеиами (кР). Например, гамма-лучи (60Со) при воздействии на сухие семена применяют в дозе 5—10 кР.

Различают летальную (смертельную для организма) и критическую дозы облучения. Критической считают такую дозу, при которой наблюдается сильное угнетение организмов, но значительная часть их все-таки выживает и дает большое число мутаций. Так, для большинства видов критические дозы радиации гамма — лучей, при воздействии которых на сухие семена выживает около половины растений, лежат за пределами 10 кР. К наименее радиочувствительным относятся лен и представители семейства капустных. Высокой радиочувствительностью отличаются горох, подсолнечник и клубни картофеля.

Среди химических мутагенов наиболее широко распространены этиленимин (ЭИ), диэтилсульфат (ДЭС), диметилсульфат (ДМС), нитрозоэтилмочевина (НЭМ), нитрозометилмочевииа (НММ), а также 1,4-бисдиазоацетилбутан (ДАБ), перекись водорода, азотистая кислота, горчичный газ (иприт) и др. Химические вещества, обладающие особенно высокой активностью, такие как ацетилбутан, НЭМ, этилметансульфонат (ЭМС) и некоторые другие, способны вызывать до 100 % мутаций. Их называют супермутагенами. Обычно химические мутагены применяют в виде водных растворов различной концентрации (обычно в пределах 0,01—0,2 %). В них намачивают семена в течение 12—24 ч.

Действие мутагенов на наследственные структуры клеточного ядра носит многообразный характер. Классификация известных типов мутаций позволила выявить в качестве основных следующие из них.

I. Изменения числа хромосом (перестройки генома).

II. Изменения структуры хромосом.

III. Изменения структуры гена — генные, или точковые, мутации — результат изменения молекулярной структуры ДНК.

Ионизирующие излучения вызывают главным образом хромосомные перестройки, сопровождающиеся резким изменением строения и функций организмов. Большинство их вредно. Химические же мутагены вызывают преимущественно точковые (генные) мутации, влияющие на физиологические и количественные признаки.

Репарации генетических повреждений. Бактерии, грибы и клетки высших организмов могут репарировать (исправлять) некоторые генетические повреждения после воздействия мутагенов. Например, ультрафиолетовые лучи в момент своего действия на клетки бактерий вызывают только потенциальные повреждения ДНК. Если сразу же после обработки клеток ультрафиолетовым светом облучать их видимым светом, то реактивируется более 95 % возможных мутаций.

Способность к репарации зависит от генотипа организма и физиологических условий, в которых оказываются клетки после облучения или обработки химическими мутагенами. Одни организмы обладают очень мощными репарирующими системами и проявляют большую устойчивость к мутагенным воздействиям, у других репарирующие системы оказываются малоэффективными. У одних и тех же организмов работа репарирующих систем и вероятность исправления генетических повреждений очень сильно зависят от условий, в которых находится клетка, особенно от температуры, света и состава питательной среды.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

www.activestudy.info

Химический мутагенез

Для того чтобы агент был активным мутагеном, он должен обладать определенными свойствами: во-первых, легко проникать клетки организма, сохраняя его жизнеспособность, и, во-вторых, достигать ядра клетки и влиять на химическую структуру хромосом и происходящие в них химические процессы.

Все известные до сих пор наиболее активные мутагены обладают этими свойствами. К ним относятся, как мы видели, в первую очередь ионизирующие излучения, а затем ультрафиолетовые лучи. Существуют также и сильные химические мутагены.

Агенты, действию которых на клетки организма препятствуют его защитные механизмы, оказываются слабыми мутагенами, например, температура. Так, при постепенном повышении температуры в организме вступают в действие функциональные защитные механизмы, позволяющие ему сохранять постоянство внутренней среды (физиологический гомеостаз). Это справедливо и в отношении ряда химических агентов.

При длительном действии агента организм может приспособиться к нему за счет различных защитных приспособительных механизмов. Последние вырабатываются как в индивидуальном развитии, так и в ряду поколений за счет накопления соответствующих мутаций и закрепления их в генотипе отбором. Например, колхицин у растений вызывает полиплоидию, но он содержится в растении Colchicum (безвременник), не вызывая у него появления полиплоидных клеток. Следовательно, мутагенный эффект того или иного фактора может контролироваться приспособленностью к нему организма.

Изучение мутагенного эффекта химических агентов было начато давно. Первые экспериментальные работы, в которых был получен мутационный эффект под действием химических агентов, проведены в 1934 г., в Советском Союзе В. В. Сахаровым и М. Е. Лобашевым. Тогда же Лобашевым были предложены некоторые принципы выбора химических мутагенов, которые в дальнейшем получили подтверждение. Указывалось, что химическое вещество, используемое в качестве мутагена, должно обладать 1) высокой проникающей способностью, 2) свойством изменять коллоидное состояние хромосом и 3) определенным действием на изменение гена или хромосомы. В исследованиях тех же лет М. Е. Лобашевым было показано влияние бескислородной среды на мутации.

Первые поиски сильных химических мутагенов были малоуспешными, еще не были известны такие химические вещества, которые могли бы конкурировать по эффективности с ионизирующими излучениями. Однако впоследствии И. А. Рапопортом в СССР и Ш. Ауэрбах в Англии были найдены мощные химические мутагены, названные первым супермутагенами.

Так, например, в работе И. А. Рапопорта 1946 г. при действии сублетальной дозы водного раствора формалина (формальдегида) на личинок дрозофилы было получено 47 летальных мутаций на 794 исследованных по методу ClB половых хромосом, или 5,9%, тогда как в контроле — лишь l летальная мутация на 833 хромосомы, т. е. 0,12%. В исследованиях Ш. Ауэрбах и Д. Робсона было показано влияние серного и азотного аналогов горчичного газа (иприта), при действии которых возникает до 24% летальных, сцепленных с полом, мутаций, тогда как в контроле их было только 0,2%. Далее выяснилось, что этот агент вызывает все виды прямых и обратных точковых мутаций, а также хромосомные перестройки. Проведенное ими сравнение действия этих веществ, а также формальдегида и уретана с действием рентгеновых лучей показало, что в обоих случаях нет никаких принципиальных различий в характере вызываемых изменений — возникают как генные мутации, так и хромосомные перестройки.

В настоящее время открыто очень много химических веществ, обладающих мутагенным эффектом. Используемые методы воздействия химическими веществами на организмы с целью получения мутаций определяются целью исследования, дозировкой, особенностью объекта, стадией развития организма, а для половых клеток животных — стадиями гаметогенеза.

Значение методики для оценки результатов опытов поучительно выявляется на следующем примере. Формальдегид проявляет себя как активный мутаген при внесении его в пищу личинок дрозофилы. Но воздействие парами его на тех же личинок или имаго не оказывается мутагенным. Заключение об эффективности мутагена на основе одной методики может оказаться неверным.

В таблице приведен список некоторых изученных химических мутагенов, вызывающих почти все виды мутаций у разных организмов. Эти вещества могут изменять характер своей активности в зависимости от вида, к которому относится организм, от стадии его развития, от состояния ядра в митотическом цикле и т. д.

Химические вещества, повышающие частоту мутаций и вызывающие разрывы хромосом

После того, как была изучена молекулярная структура хромосом, действие химических мутагенов стали рассматривать исходя из химических процессов, происходящих в молекуле ДНК. Э. Фриз, например, все наиболее изученные химические мутагены разделяет на две крупные группы: мутагены, действующие на нуклеиновые кислоты в процессе их репликации, и мутагены, действующие на них в фазе нереплицирующейся ДНК, т. е. «покоя», с последующей репликацией.

В настоящее время делается попытка классификации химических мутагенов по их структуре и действию. К первой группе относят высокоактивные химические вещества, которые могут переносить алкильные группы на другие молекулы. Сюда входят наиболее активные химические мутагены (иприт, формальдегид, этилметансульфонат и др.), которые по своему мутагенному эффекту сходны с ионизирующими излучениями. Такие вещества иногда называют радиомиметическими.

Ко второй группе относят перекиси. Активными в них являются свободные радикалы (OH, H, HO2), поэтому все факторы, способствующие образованию свободных радикалов, усиливают мутагенный эффект перекисей. К таким факторам относятся кислород, вода, ультрафиолетовые лучи, видимый свет и т. д.

Механизм действия третьей группы — метаболит-аналогов заключается в замещении ими нормальных метаболитов в ходе обменных процессов в клетке. К этой группе относятся, например, различные производные пуриновых и пиримидиновых оснований — бромурацил, аминопурин, производные фолиевой кислоты, аминоптерин и др.

К последней, четвертой, группе относят вещества, принцип действия которых еще не ясен: это различные минеральные соли, алкалоиды, некоторые красители и др.

При изучении действия химических веществ обнаружено еще одно интересное явление, как потом оказалось, общее с влиянием ионизирующих излучений и ультрафиолетовых лучей, а именно явление отсроченных мутаций. Оно заключается в том, что возникающие в момент воздействия химическим мутагеном (иприт, формальдегид и уретан) мутации проявляются в зиготе не первого, на второго поколения в виде многочисленных гонадных мозаиков, половые клетки у которых в отдельном участке гонады несут определенную мутацию.

Это явление объясняется следующим образом. Если каждая хромосома политенна, то она состоит из кратного двум числа хромонем. Мутация гена может возникнуть лишь в одной из многих хромонем данной хромосомы. Естественно, что при этом мутация проявится лишь в том поколении, в котором, наконец, вся хромосома окажется состоящей из хромонем, возникших в результате редупликации исходной измененной хромонемы. Явление отсроченных мутаций обнаружено у дрозофилы и кукурузы. Однако это явление до сих пор остается малоисследованным.

Химические мутагены весьма разнообразны по своему эффекту. Влияние одних из них сходно с действием ионизирующей радиации как по активности, так и по типу вызываемых мутаций (генные мутации и хромосомные перестройки), действие других сильно отличается.

По данным И. А. Рапопорта, формальдегид как мутаген более эффективен при воздействии на сперматозоиды насекомых, а при воздействии на оогонии, ооциты и яйца — не активен. Дихлорэтан чаще вызывает мутации в женских половых клетках, чем в мужских. Диэтилсульфат вызывает почти равное количество мутаций у тех и других. Для действия ряда химических мутагенов (этиленимин) на женские и мужские половые клетки существует определенная зависимость частоты возникновения мутаций от продолжительности экспозиции, т. е. от дозы мутагена.

Наблюдаемое сходство и различие химических мутагенов и ионизирующих излучений, по-видимому, определяется тем, преимущественно какого типа возникают мутации на разных стадиях развития половых клеток. Хромосомные мутации, возникающие в клетках до мейоза, могут в значительной части элиминироваться, а генные сохраняться. Кроме того, химические мутагены более разнообразны по характеру действия на атомном, молекулярном и хромосомном уровнях.

Считается, что мутагенный эффект могут дать агенты, обладающие одним из следующих свойств:

1. подавлять синтез предшественников нуклеиновых кислот — пуринов, или пиримидинов; могут быть агенты, которые подавляют синтез одного какого-либо основания: тимина, аденина или гуанина;
2. включаться в ДНК и РНК как аналоги оснований, замещая природные; к таким искусственным аналогам относятся 5-бромурацил и 5-хлорурацил, которые могут замещать тимин в ДНК бактерий.

Такого рода классификация условий действия мутагенов учитывает возможность изменения кодовой наследственной информации лишь на молекулярном уровне и не охватывает изменений, происходящих на хромосомном уровне: индуцирование хромосомных перестроек, межгенных рекомбинаций. Очевидно, что в мутациях на хромосомном уровне участвуют более комплексные процессы, затрагивающие белковые и неорганические химические компоненты хромосомы. Общей теории действия мутагенов пока еще нет. Существующие гипотезы относительно молекулярного механизма мутаций будут освещены в следующей главе.

Изучению химического мутагенеза принадлежит большая роль в раскрытии тайны явления наследственности и наследственной изменчивости.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

www.activestudy.info

Искусственный мутагенез

Искусственный мутагенез — новый важный источник создания исходного материала в селекции растений.

Применение ионизирующих излучений и химических мутагенов значительно увеличивает число мутаций. Однако значение экспериментального мутагенеза для селекции растений было понято не сразу.

А. А. Сапегин и Л. Н. Делоне — первые исследователи, показавшие значение искусственных мутаций для селекции растений. В их опытах, проводившихся в 1928—1932 гг. в Одессе и Харькове, была получена целая серия хозяйственно полезных мутантных форм у пшеницы. Несмотря на это, к применению экспериментального мутагенеза в селекции растений длительное время продолжали относиться отрицательно. Лишь в конце 50-х годов к экспериментальному мутагенезу проявили повышенный интерес. Он был связан, во-первых, с крупными успехами ядерной физики и химии, давшими возможность использовать для создания мутаций различные источники ионизирующих излучений и высокореактивные химические вещества, и, во-вторых, с получением этими методами на самых различных культурах практически ценных наследственных изменений.

Особенно широко работы по экспериментальному мутагенезу в селекции растений развернулись в последние годы. Очень интенсивно они ведутся в СССР, Швеции, Японии, США, Индии, Чехословакии, Франции и некоторых других странах. В Институте химической физики АН СССР под руководством И. А. Рапопорта создан центр по химическому мутагенезу, координирующий работу многих сельскохозяйственных научно-исследовательских учреждений, использующих индуцированные мутации в качестве исходного селекционного материала.

Большую ценность представляют мутации, обладающие устойчивостью к грибным и другим заболеваниям. Создание иммунных сортов — одна из главных задач селекции, и в ее успешном решении большую роль должны сыграть методы радиационного и химического мутагенеза.

С помощью ионизирующих излучений и химических мутагенов можно ликвидировать отдельные недостатки у сортов сельскохозяйственных культур и создавать формы с хозяйственно полезными признаками: неполегающие, морозостойкие, холодостойкие, скороспелые, с повышенным содержанием белка и клейковины.

Возможны два основных пути селекционного применения искусственных мутаций: прямое использование мутаций, полученных у самых лучших районированных сортов, и в процессе гибридизации.

В первом случае ставится задача улучшения существующих сортов по некоторым хозяйственно-биологическим признакам, исправления у них отдельных недостатков. Этот метод считается перспективным в селекции на устойчивость к заболеваниям. Предполагается, что у любого ценного сорта можно быстро получить мутации устойчивости и сохранить при этом нетронутыми другие хозяйственно-биологические признаки. Это дало бы возможность селекционерам быстро реагировать на расообразование паразитов.

Метод прямого использования мутаций рассчитан на быстрое создание исходного материала с нужными признаками и свойствами. Однако прямое и быстрое использование мутаций при тех высоких требованиях, которые предъявляются к современным селекционным сортам, далеко не всегда дает положительные результаты. Полученный вследствие мутагенеза исходный материал должен, как правило, пройти через гибридизацию. Это второй путь использования искусственных мутаций. В Краснодарском НИИСХ мутантный сорт ячменя Темп был включен в гибридизацию с контрастным по ряду признаков сортом западноевропейской селекции. Это обусловило огромное генетическое разнообразие форм и появление трансгрессивных линий. Из этих комбинаций был выделен сорт ярового ячменя Каскад, превосходящий исходные формы по урожаю и многим другим признакам.

Мутации могут изменять свое фенотипическое выражение в зависимости от того, в какой генотип они включаются. Особенно это относится к малым физиологическим мутациям. Поэтому скрещивание качественно меняет влияние отдельных мутаций на развитие многих признаков и свойств. Широко применяются также сочетание индуцированного мутагенеза с гибридизацией, обработка мутагенами гибридных семян F0, F1 и старших поколений, скрещивание мутантных форм между собой и с лучшими районированными сортами, беккроссовая гибридизация. Последняя проводится по следующей схеме:

Мутант любой формы с нужным X Данный исходный улучшаемый сорт единичным признаком Fx X Данный исходный улучшаемый сорт 1 X Данный исходный улучшаемый сорт

Используется экспериментальный мутагенез и совместно с отдаленной гибридизацией. Путем искусственных мутаций в ряде случаев удается преодолевать нескрещиваемость разных далеких видов растений, а также проводить пересадку путем транслокации отдельных локусов хромосом диких видов в хромосомный комплекс культурных растений. Так, Э. Сирсу (США) удалось перенести от эгилопса в геном пшеницы очень небольшой кусочек хромосомы, контролирующий устойчивость к ржавчине. В результате была получена нормально плодовитая форма, ничем не отличающаяся от пшеницы, но обладающая благодаря проведенной транслокации устойчивостью к ржавчине. Аналогичным путем Ф. Эллиот перенес от пырея в геном пшеницы локусы устойчивости к стеблевой ржавчине и головне.

Исключительный интерес представляет эксперимент Г. Штуббе (ГДР) по улучшению дикого мелкоплодного помидора в процессе мутагенеза. Путем многократного пятиступенчатого облучения лучами Рентгена и отбора он довел крупность плодов у этой формы до нормальных размеров.

Рядом исследователей установлено, что мутабильность отдаленных гибридов значительно выше, чем внутривидовых и обычных линейных сортов. Многочисленные опыты показали, что частота и характер возникающих мутаций в равной степени зависят как от вида мутагенов, так и от наследственности исходного сорта.

Выбор исходного сорта для получения мутаций так же важен, как подбор родительских пар при гибридизации. Для создания нужных мутаций необходимо учитывать способность сортов к образованию тех или иных мутаций, а также частоту их возникновения. Выявлено, что чем ближе сорта по своему происхождению и генотипу, тем они более сходны в частоте и характере возникающих мутаций, и, наоборот, чем генетически сорта менее родственны, тем более они различаются по мутационной изменчивости. Таким образом, закономерности искусственного мутагенеза у различных сортов подчиняются закону гомологических рядов в наследственной изменчивости.

Для получения хозяйственно ценных мутаций наиболее широко применяются гамма-лучи, лучи Рентгена и нейтроны, а из химических мутагенов — алкилирующие соединения: этиленимин, нитрозоэтилмочевина, этилметансульфонат и др.

Концентрация химических мутагенов и дозы ионизирующих излучений не должны быть очень высокими. Для облучения семян гамма-лучи и лучи Рентгена применяют в дозах от 5 до 10 кР; облучение быстрыми нейтронами проводят при дозах от 100 до 1000 рад. Если облучению подвергается пыльца, дозу уменьшают в 1,5—2 раза.

Химические мутагены обычно используют в виде водных растворов 0,05—0,2 %-ной концентрации при продолжительности намачивания семян от 12 до 24 ч. При этом обеспечивается лучшее выживание растений и сохранение среди них мутаций с хозяйственно полезными признаками. Не следует допускать большого разрыва во времени между обработкой семян и их посевом, так как в противном случае может снизиться всхожесть и возрасти повреждающий эффект. Чтобы снизить повреждающее действие мутагенов, обработанные семена рекомендуется промывать в проточной воде.

Различные поколения растений, полученных из семян от воздействия мутагенами, обозначают буквой М с соответствующими цифровыми индексами: М-1 — первое поколение, М-2 — второе и т. д.

Для получения хозяйственно полезных мутаций у какого-либо сорта рекомендуется подвергать мутагенному воздействию от 2 до 4 тыс. семян. Отбор мутаций чаще всего проводят в М2. Но так как в М1 выявляются не все мутации, его повторяют в М2. Иногда отбор начинают и в М1. В этом случае отбирают доминантные мутации, а также высокопродуктивные растения для последующего отбора в их потомстве генных мутаций, не связанных с хромосомными перестройками.

Первое поколение мутантов выращивают при оптимальных условиях питания и увлажнения. Растения М1 обмолачивают отдельно или совместно. При раздельном обмолоте во втором поколении высевают индивидуальные потомства (семьи) отдельных растений, что облегчает выделение мутаций с хозяйственно полезными признаками. Во втором поколении отбирают мутанты с хорошо выраженными ценными признаками и растения для получения малых мутаций в следующем поколении. В дальнейшем мутации подвергаются отбору или используются в скрещиваниях между собой или с сортами.

К настоящему времени в мире создано много мутантных сортов сельскохозяйственных растений. Некоторые из них имеют существенные преимущества в сравнении с исходными сортами. Ценные мутантные формы пшеницы, кукурузы, сон и других полевых и овощных культур получены в последние годы в научно — исследовательских учреждениях нашей страны. Районированы мутантные сорта озимой пшеницы Киянка, яровой пшеницы Новосибирская 67, ячменя Минский, Темп, Дебют, сои Универсал, люпина Киевский скороспелый, Горизонт и Днепр с повышенным содержанием белка, овса Зеленый, фасоли Санарис 75 и других культур.

Во Всесоюзном НИИ масличных культур впервые в мировой селекции методом химического мутагенеза создан сорт подсолнечника Первенец (оливковый мутант), в масле которого содержится до 75 % олеиновой кислоты. По качеству оно не уступает маслу, добываемому из плодов субтропического вечнозеленого оливкового дерева. Многие мутантные сорта в настоящее время изучаются в производственных условиях и испытываются на сортоучастках Госкомиссии по сортоиспытанию сельскохозяйственных культур.

Особое внимание селекционеров привлекает использование мутаций карликовости. С этой проблемой во многих странах связано осуществление селекционных программ по созданию короткостебельных сортов зерновых культур интенсивного типа, способных при орошении и внесении высоких доз минеральных удобрений давать урожай зерна 100 ц/га и выше. Одним из наиболее ценных доноров короткостебельности у пшеницы оказался старый японский озимый сорт Norin 10, обладающий тремя парами спонтанно возникших рецессивных генов карликовости dw (от англ. dwarf — карлик) с неравнозначным эффектом (dwx>dw2>dwz).

Если обычный сорт имеет высоту стебля более 150 см, у полукарликовых сортов с одним геном карликовости высота стебля составляет 100—110 см, а у сортов с двумя и тремя генами карликовости соответственно 70—90 и 45—50 см.

Исключительно эффективной оказалась работа по созданию короткостебельных сортов пшеницы с использованием генов Norin 10 в Мексиканском международном центре по улучшению пшеницы и кукурузы (СИММИТ). Во многих странах на основе мексиканских карликовых пшениц созданы собственные приспособленные к местным условиям короткостебельные сорта интенсивного типа.

Наряду с рецессивными генами карликовости сорта Norin 10 в селекции сортов интенсивного типа используют доминантные гены, носителями которых являются тибетская пшеница Тот Роисе (Том Пус) и родезийский сорт Olsen Dwarfs. Эти гены снижают высоту стебля у пшеницы еще сильнее, чем рецессивные. Используя их, можно создавать ультранизкорослые трехгенные карликовые сорта с высотой стебля 30—35 см. Предполагается, что получение таких сортов позволит поднять урожайный потенциал пшеницы в условиях очень интенсивной культуры земледелия до 150 ц/га и выше. В Краснодарском НИИСХ путем химического мутагенеза получены карликовые мутанты из сортов озимой пшеницы Безостая 1 и Мироновская 808. Карликовые мутанты Безостой 1, имеющие хорошие качества зерна и более высокую зимостойкость, широко используются в гибридизации.

На основе мутанта Краснодарский карлик за 6 лет выведен неполегающий сорт озимой пшеницы интенсивного типа Полукарликовая 49. Для получения высокопродуктивных сортов озимой ржи селекционными учреждениями нашей страны успешно используется естественный мутант EM-I, несущий доминантный ген короткостебельности.

С помощью карликовых мутантов риса удалось создать сорта, устойчивые к полеганкю, отзывчивые на высокие дозы минеральных удобрений, а также отличающиеся благодаря нейтральной фотопериодической реакции высокой пластичностью.

Ценные мутантные сорта ячменя получены в Австрии, ФРГ, ГДР, США, Чехословакии, Швеции. В Краснодарском НИИСХ путем химического мутагенеза из сорта озимого ячменя Завет получен устойчивый к полеганию полукарлик 55М1. В этом же институте получен гигантский широколистный толстостебельный мутант овса и на его основе создан сорт Зеленый, дающий очень высокий урожай кормовой массы.

Используется мутагенез и для получения карликовых гибридов кукурузы. У таких гибридов предполагается повысить урожайность и ускорить созревание за счет снижения затрат питательных веществ и воды на рост стебля, что одновременно позволит выращивать их при значительно большей густоте стояния растений и применять в повторных посевах.

Исключительно велико значение биохимических мутаций. Так, у кукурузы спонтанные мутации белкового комплекса opaque-2 (тусклый-2) и floury-2 (мучнистый-2) послужили основой для создания гибридов с высоким содержанием незаменимых аминокислот. Рецессивный ген увеличивает содержание лизина в различных генотипах в 1,5—2 раза. Полудоминантный ген fl2 обладает такой способностью в меньшей степени, под его контролем значительно повышается содержание метионина. При этом сокращается количество зеина и увеличивается содержание других белков, более богатых указанными аминокислотами. В нашей стране созданы первые высоколизиновые гибриды кукурузы Краснодарский 82ВЛ, Краснодарский 303ВЛ, Геркулес Л. В их белке содержится примерно в 1,5 раза больше лизина, чем у обычных гибридов. Животные на откорме зерном высоколизиновых гибридов кукурузы значительно увеличивают привесы, а затраты кормов при этом намного ниже, чем при рационах с обычной кукурузой.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

www.activestudy.info

Применение мутагенов в биотехнологии

Применяя мутагены можно изменить генетические свойства микроорганизмов и получить штаммы с ценными для промышленности свойствами. Несмотря на определяющую роль генетического фактора в биосинтезе ферментов, производительность биотехнологических процессов зависит и от состава питательной среды. Этот факт должен учитываться при выборе технологии.

Например, фермент липаза почти не синтезируется грибом Aspergillus awamori на среде без индуктора, добавление жира кашалота усиливает биосинтез фермента в сотни раз. При добавлении же в среду крахмала и при полном исключении минерального фосфора интенсивно синтезируется фосфатаза. Также важную роль играет состав питательной среды и условия культивирования. При разработке процесса биосинтеза a-амилазы культурой Aspergillus oryzae замена сахарозы (как источника углерода) на крахмал увеличила активность фермента в 3 раза, добавление солодового экстракта (из проросших семян злаковых) ещё в 10 раз, а повышение концентрации основных элементов питательной среды на 50% - ещё в 2 раза.

В сельскохозяйственной практике, получены сомаклоны картофеля сорта Зарево, отличающиеся высокой урожайностью, повышенной устойчивостью к заболеваниям, более высоким содержанием в клубнях протеина и крахмала. Для растений табака получены через каллусную культуру сомаклоны, устойчивые к вирусу табачной мозаики.

В настоящее время метод культуры тканей начал широко использоваться в селекции не только кормовых и технических культур, но и декоративных и лекарственных растений. Примером тому может служить новый сорт пеларгонии Velvet Rose, полученный через каллусную культуру.

Для ускорения селекционного процесса в культуре клеток используются химические и физические мутагены. Обработка ткани раувольфии змеиной азотистым ипритом в концентрации 2,5 * 10-3 М привела к повышению уровня аберраций хромосом в первом пассаже до 32%, вызвала сдвиг популяции в сторону увеличения триплоидов. В результате удалось получить штамм с более высокой биосинтетической активностью по сравнению с исходной тканью.

Ультрафиолетовые лучи представляют собой один из физических факторов бактериостатического и бактерицидного воздействия на микроорганизмы в воздушной среде и на поверхностях обрабатываемых объектов. Они входят в число средств, обеспечивающих снижение микробной обсемененности поверхностей и воздушной среды, дополняют комплекс ветеринарно-санитарных мероприятий на объектах ветеринарного надзора.

УФ-лучи широко применяют для дезинфекции и стерилизации различных объектов в медицине, ветеринарии, на предприятиях биологической,  фармацевтической и пищевой промышленности, в животноводстве и других отраслях народного хозяйства.

Обработка УФ-лучами улучшает санитарно-гигиенические показатели производственных помещений, воздуха, поверхностей различного оборудования, тары, транспортных средств, воды, яиц, молока, крови, мясного сырья, мясных продуктов; позволяет хранить охлажденное мясо без замораживания в течение 17 - 20 суток с хорошими товарными и органолептическими показателями. Применение источников УФ-лучей в холодильных камерах уменьшает заплесневение стен и порчу охлажденного мяса, снижает потери его массы при переработке, что обеспечивает экономию затрат на заморозку и дезинфицирующих средств, применяемых для санитарной обработки камер. При применении УФ-лучей достигается, помимо бактериостатического и бактерицидного эффекта на обрабатываемых объектах, резкое снижение в помещениях концентрации аммиака, сероводорода и других вредных производственных газов, в том числе образующихся при порче мяса и других пищевых продуктов.

Искусственный мутагенез и и его роль в селекции растений

Важность искусственного мутагенеза трудно недооценить, ведь именно он служит важнейшим источником получения исходных материалов в селекции растений. Биологи уже научились применять ионизирующее излучение и химические мутагены, с помощью которых возможно увеличить число мутаций. Правда, вначале учёные не особо придавали значение искусственному мутагенезу, считая его просто очередным экспериментом. Вся важность этого открытия была понята не сразу, но когда, наконец, биологи осознали, насколько важен искусственный мутагенез в селекции растений, то сразу взяли на вооружение эту технологию.

Первыми исследователями, доказавшими всю важность искусственного мутагенеза, стали учёные Сапегин и Делоне - именно они на примере пшеницы доказали, насколько значим искусственный мутагенез для селекции растений. Благодаря их опытам в тысяча девятьсот двадцать восьмом году были получены очень важные результаты исследования, а также новые образцы пшеницы, которую вырастили под Харьковом. Но, даже несмотря на удачные опыты, к искусственному мутагенезу в научном мире относились с прохладой, считая его бесперспективным и не достойным внимания.

Это недоверие продолжалось вплоть до пятидесятых годов, однако после этого к искусственному мутагенезу у учёных проснулся интерес, и не просто так, во многом этому поспособствовала ядерная физика и химия, с помощью которой учёные открыли новые возможности, позволившие использовать при проведении опытов разнообразные источники ионизирующих излучений, а также высокореактивных химических веществ. Всё это позволило дать искусственному мутагенезу второй шанс, и учёные не ошиблись в своих решениях. Через год над искусственным мутагенезом проводили свои опыты многие учёные и биологи не только из нашей страны, но и зарубежные коллеги обратили внимание, на искусственный мутагенез, понимая, насколько он важен в сельском хозяйстве. Вскоре в СССР был создан центр по изучению искусственного мутагенеза, а также велась разработка новых способов применения мутаций в качестве исходных селекционных материалов. Больше всего учёных и биологов, изучавших искусственный мутагенез, волновала проблема, как получить мутации, позволяющие растениям переносить грибковые и другие виды заболеваний.

Именно эта задача и ставилась перед учеными, которые занимались искусственным мутагенезом. Применив в искусственном мутагенезе ионизирующие излучения и химические мутагены можно легко избавиться от главных недостатков, которыми зачастую страдают многие виды сельскохозяйственных растений. Применив искусственный мутагенез взамен проблемных растений легко получить совершенно новые формы, обладающие очень важными свойствами, такими, как устойчивость к заболеваниям, скороспелость, хорошая переносимость жары и холода и другие не менее полезные качества, выводящие сельскохозяйственные культуры на новую ступень.

Существуют два пути применения искусственного мутагенеза, которые можно использовать при применении искусственных мутаций у сельскохозяйственных растений. В первом варианте перед учёными стоит задача улучшить существующие виды растений по основным известным признакам, при этом, не забывая исправлять их главные недостатки. Первый метод искусственного мутагенеза является наиболее перспективным при использовании прямых мутации в растениях. К тому же метод прямых мутаций позволяет не только получить новые виды растений, но и оставить нетронутыми старые сорта. Второй вариант применения искусственных мутаций больше подходит для быстрого получения исходного материала с требуемыми признаками и свойствами. Однако такой метод не гарантирует получение качественных образцов, а зачастую именно эти требования предъявляются к новым видам растений.

А значит, этот вариант может рассматриваться только в виде эксперимента, позволяя учёным создавать всевозможные виды мутаций. А для того чтобы в искусственном мутагенезе получить наиболее ценные в сельском хозяйстве мутации учёные применяют гамма-лучи и лучи Рентгена, а также нейтроны, а также используют химические мутагены типа этиленимина. Чтобы получить хотя бы одну полезную мутацию учёным приходиться подвергать искусственному мутагенезу две тысячи семян. Благодаря открытию и изучению искусственного мутагенеза, были получены новые сорта и виды растений, которые имеют значительные преимущества перед своими собратьями. Во многом благодаря искусственному мутагенезу, биологами были получены ценные исследования, которые позволили открыть множество полезных свойств используемых для получения новых мутаций в сельскохозяйственных растениях.

biofile.ru

Смотрите также

• 
  Анемона растение фото
• 
  Растение вика польза
• 
  Лаборант по растениям
• 
  Мутагены для растений
• 
  Самые колючие растения
• 
  Роза характеристика растения
• 
  Растения хищники проект
• 
  Растения харьковской области
• 
  Растения в психиатрии
• 
  Проект растения хищники
• 
  Полезное растение облепиха