Магистерский диплом (ВКР) на тему Возможности генетической модификации теплолюбивых растений для агроклиматического районирования пример Abelmoschus esculentus

Содержание:

Введение. 2

1. Обзор
литературы. 7

1.1
Биологическая характеристика Abelmoschus esculentus 7

1.2 Экология и
морфология Abelmoschus esculentus 17

1.3
Генетическая инженерия Abelmoschus esculentus 30

2. Практическая
часть. 52

2.1 Методы
исследования. 52

2.2 Результаты
исследования. 59

2.3
Рекомендации. 71

Выводы.. 76

Заключение. 80

Список
использованной литературы.. 82

Введение:

Генетическая модификация-это процесс изменения
генетического состава организма. Это было сделано косвенно в течение тысяч лет
путем контролируемого или выборочного разведения растений и животных.
Современная биотехнология позволила легче и быстрее нацелить конкретный ген на
более точное изменение организма с помощью генной инженерии.

Термины "модифицированный" и
"модифицированный" часто используются взаимозаменяемо в контексте
маркировки генетически модифицированных или "ГМО" продуктов питания.
В области биотехнологии ГМО означает генетически модифицированный организм, в
то время как в пищевой промышленности этот термин относится исключительно к
пище, которая была целенаправленно спроектирована, а не выборочно выведена
организмами. Это несоответствие приводит к путанице среди потребителей.

Генетическая модификация восходит к древним временам,
когда люди влияли на генетику, избирательно размножая организмы, согласно
статье Габриэля Рангеля, ученого в области общественного здравоохранения в
Гарвардском университете. При повторении в течение нескольких поколений этот
процесс приводит к драматическим изменениям в виде.

По словам Рангеля, собаки, вероятно, были первыми
животными, которые были целенаправленно генетически модифицированы, причем
начало этих усилий датируется около 32 000 лет. Дикие волки присоединились к
нашим предкам-охотникам-собирателям в Восточной Азии, где собаки были
одомашнены и выведены для повышения послушности. На протяжении тысячелетий люди
разводили собак с различными желаемыми личностными и физическими чертами, что в
конечном итоге привело к широкому разнообразию собак, которые мы видим сегодня.

Самым ранним известным генетически модифицированным
растением является пшеница. Считается, что эта ценная культура возникла на
Ближнем Востоке и в Северной Африке в районе, известном как Плодородный
Полумесяц, согласно статье 2015 года, опубликованной в журнале традиционной и
комплементарной медицины. Древние фермеры выборочно разводили пшеничные травы,
начиная примерно с 9000 года до нашей эры, чтобы создать одомашненные сорта с
более крупными зернами и более выносливыми семенами.

К 8000 году до нашей эры выращивание одомашненной
пшеницы распространилось по всей Европе и Азии. Продолжающаяся селекция пшеницы
привела к появлению тысяч сортов, которые выращиваются сегодня.

Кукуруза также пережила некоторые из самых
драматических генетических изменений за последние несколько тысяч лет. Основной
урожай был получен из растения, известного как teosinte, дикая трава с
крошечными ушами, которые несли только несколько ядер. Со временем фермеры
выборочно разводили травы теосинте, чтобы создать кукурузу с большими
колосьями, лопающимися ядрами.

По словам Рангеля, помимо этих культур, большая часть
продуктов, которые мы едим сегодня, включая бананы, яблоки и помидоры,
претерпела несколько поколений селекции.

Технология, которая специально разрезает и переносит
кусок рекомбинантной ДНК (рДНК) из одного организма в другой, была разработана
в 1973 году Гербертом Бойером и Стэнли Коэном, исследователями из
Калифорнийского университета в Сан-Франциско и Стэнфордского университета
соответственно. Пара перенесла фрагмент ДНК из одного штамма бактерий в другой,
обеспечив устойчивость к антибиотикам у модифицированных бактерий. В следующем
году два американских молекулярных биолога, Беатрис Минц и Рудольф Ениш, ввели
чужеродный генетический материал в эмбрионы мышей в первом эксперименте по
генетической модификации животных с использованием методов генной инженерии.

Исследователи также модифицировали бактерии для
использования в качестве лекарств. В 1982 году человеческий инсулин был
синтезирован из генетически модифицированных бактерий E. coli, став первым
генетически модифицированным человеческим лекарством, одобренным FDA, по словам
Рангеля.

Биотехнология растений может быть использована для
производства продуктов питания, топлива, лекарств и материалов.
Стандартизированные методы, пропагандируемые сообществом синтетической
биологии, могут ускорить цикл проектирования растений, в конечном итоге делая
инженерию растений более широко доступной для биоинженеров, которые могут
внести разнообразный творческий вклад в процесс проектирования.

Селекция уже давно используется для изменения
характеристик растений, таких как скорость роста, размер семян и вкус [1]. На
протяжении большей части сельскохозяйственной истории целевые признаки отражали
потребности местных производителей и потребителей, создавая широкий спектр
сортов сельскохозяйственных культур. Достижения в области генетики и появление
технологии рекомбинантной ДНК ускорили нашу способность манипулировать
продовольственными культурами [1-5]. В частности, введение нескольких генов (называемых
штабелированием генов в растениях) сделало растения доступными для приложений
синтетической биологии [6-11]. В отличие от предыдущих разработок в области
сельскохозяйственных технологий, генетическая модификация растений в основном
выполнялась в интересах крупномасштабных монокультур сельскохозяйственных
культур.

Заключение:

Изменение климата стало серьезной угрозой во всем
мире и, следовательно, является предметом значительных исследований. Это
создало большую проблему для экономического роста многих стран [1]. Ограничение
воды представляет собой серьезный риск для безопасности пищевых продуктов
пострадавших стран, а изменение климата увеличило вероятность возникновения
опасных событий, таких как засуха [2]. При стрессе засухи присутствие активных
форм кислорода приводит к окислительному стрессу, который повреждает многие клеточные
компоненты, такие как углеводы, липиды, нуклеиновые кислоты и белки, в конечном
итоге замедляя рост растений, дыхание и фотосинтез [3,4]. Ascophyllum nodosum
экстракт стал элементом, представляющим интерес для многих биологов из — за его
физиологической и токсикологической значимости. Он играет жизненно важную роль
в росте растений в условиях абиотического стресса, усиливая фотосинтетические
пигменты, фенольные соединения и антиоксидантную активность, а также улучшая
толерантность растений к условиям дефицита воды путем регулирования их водного
статуса [5]. Неблагоприятные условия часто повреждают растения, замедляя их
рост и урожайность [6]. Что касается неблагоприятных условий, засуха играет
жизненно важную роль в снижении производства сельскохозяйственных культур во
всем мире [7]. Засуха ограничивает генетический потенциал вида растений в
течение его жизненного цикла. Засушливый стресс повреждает засухочувствительные
растения на вегетативном уровне и ограничивает репродуктивное развитие
засухоустойчивых растений [8].

Закрытие устьиц является начальной реакцией на
засуху, и это ингибирует физиологические и биохимические реакции растений [4].
Кроме того, этот процесс изменяет процесс развития, заставляя растения
принимать защитное состояние, когда продуктивность растений снижается в
долгосрочной перспективе [9].

Генерация активных форм кислорода при стрессе засухи
вызывает избыточную энергию окислительного возбуждения, которая отвечает за
разрушение фотосистем из-за низкой регуляции генов фотосинтетического
углеродного обмена [10]. Возникновение адекватной реакции на стоматическое и
нестатическое ограничение фотосинтеза сельскохозяйственных культур зависит от
интенсивности засушливого стресса и склонности растения к засухе [11].

Растения адаптируются и приспосабливаются к условиям
засухи путем накопления белка и осмолитов [12]. Накопленные осмолиты и белки
ведут себя как промоторы осмотической перестройки, улучшая осмотическое
равновесие и уменьшая повреждение клеток в условиях дефицита воды [13].
Осмолиты состоят из аминокислот, таких как пролин, которые помогают в адаптации
к условиям засухи [14]. Кроме того, морфологические характеристики, такие как
толщина корней, глубина, масса и характеристики развития, такие как способность
корней нарушать компактный слой почвы, минимизируют стрессоустойчивость [15].

Для повышения продуктивности растений в условиях
дефицита воды необходима эволюция высокоустойчивых генотипов с использованием
селекционных подходов [16]. Кроме того, экзогенное применение различных
стимуляторов роста было оценено по всему миру для повышения устойчивости к
засухе [4]. Однако использование таких атрибутов обычно является дорогостоящим.
В последнее время применению минеральных добавок для устойчивости к стрессу
уделяется значительное внимание [17].

Экстракты бурых морских водорослей в основном
используются для снижения вредного воздействия абиотического стресса и усиления
роста растений. Химический состав этих морских водорослей в основном состоит из
жирных кислот, фитогормонов, витаминов, минеральных питательных веществ и
полисахаридов. Исследования исследовали вероятный молекулярный механизм, на
который влияют экстракты морских водорослей (SWEs). Коричневые SWES состоят из
различных типов органических и неорганических компонентов. Неорганические компоненты
Ascophyllum nodosum экстракт (ANE) содержит азот, фосфор, калий, кальций,
железо, магний, цинк, натрий и серу. Различные органические соединения содержат
осмолиты, которые содержатся в ANE. Показано, что бурые морские водоросли
содержат фитогормоны-неорганические и органические компоненты, которые
действуют против суровости засушливого стресса и повышают урожайность и
урожайность сельскохозяйственных культур [18]. Ascophyllum nodosum является
одним из наиболее широко используемых морских водорослей в сельском хозяйстве.
Это бурая морская водоросль, которая встречается только в Северной части
Атлантического океана [19]. Ascophyllum nodosum часто применяется в сельском
хозяйстве, особенно в виде экстракта. В предыдущих исследованиях было показано,
что ANE повышает устойчивость растений к замерзанию и засолению [20,21].

Фрагмент текста работы:

Обзор литературы

1.1
Биологическая характеристика Abelmoschus esculentus Бамия, Abelmoschus esculentus L. (Moench), широко известный как дамский
пальчик и под несколькими другими народными названиями, культивируется как
важная овощная культура в тропических, субтропических и теплых регионах с более
низкими температурами по всему миру, общий объем торговли оценивается более чем
в 5 миллиардов долларов (Ойенуга, 1969; Чаухан, 1972; Ламонт, 1999; Ойеладе,
Гет-Омовайе, & Адеоми, 2003; Симонсма и Куаме, 2000; Ндунгуру и Раджабу,
2004; СРН, 2006; Кумар и др., 2010; Бенчасри, 2012; Лим, 2012).

Бамия — это однолетнее или многолетнее высокое (около
2 метров) двудольное растение, относящееся к таким видам, как хлопок, какао и
гибискус. Растение предпочтительно растет на хорошо дренированной плодородной
почве, богатой гумусом, на полном солнце с рН от 6 до 6,7, но оно может
переносить широкий диапазон типов почв и рН от 5,5 до 8,0 (Н. Джайн, Р. Джайн,
В. Джайн и С. Джайн, 2012). Листья длинночерешковые, округлые или
округло-яйцевидные, длиной около 10-20 см, широкие и грубые, пальчато-лопастные
с 5-7 долями. Цветки этого растения пазушные и одиночные, диаметром 4-8 см, с
пятью лепестками от белого до желтого цвета, часто с красным или фиолетовым
пятном у основания каждого лепестка. Плод удлиненный, длиной от 10 до 25 см,
диаметром от 1,5 до 3 см, сужающийся к тупому концу и содержащий ряды округлых
семян в форме почек (рис. 1). В зависимости от сорта плоды бамии созревают
через 60-180 дней после посева (в качестве альтернативы также можно считать
5-10 дней после цветения растения). Плоды отделяются от стопок легким
скручиванием (Тиндалл, 1986). Раздражающие волоски иногда присутствуют на
листьях, стеблях и на поверхности плодов.

Незрелые свежие и зеленые стручки семян употребляются
в пищу как овощи. После приготовления он имеет слизистую консистенцию. Часто
экстракт, полученный из плодов, добавляют в различные рецепты, такие как супы,
рагу и соусы, чтобы увеличить консистенцию. Незрелые стручки также используются
для приготовления маринада. Все растение съедобно и используется для различных
пищевых (Бабу и Шринивасан, 1995; Мэдисон, 2008; Лим, 2012; Джайн и др., 2012;
Марамаг, 2013) и непищевых применений (Камчук, Деплан, Виларем и Гасет, 1998).

Листья бамии в некоторой степени съедобны и
используются в качестве салата в свежем виде или приготовлены в съедобных
целях, как зелень свеклы или одуванчиков. Семена бамии являются источником
масла и белка. Его можно использовать в качестве заменителя кофе без кофеина.
Семена бамии могут быть обжарены и измельчены с образованием заменителя кофе
без кофеина (Martin,
1982; Calisir, Ozcan, Haciseferogullari, & Yildiz, 2005). Порошок семян
бамии используется в качестве заменителя солей алюминия при очистке воды (Vaidya & Nanoti, 1989). Слизь корня
бамии имеет почти тот же химический состав, что и у лекарственного растения
алтея лекарственного алтея лекарственного.

Другие непищевые применения включают использование
корня и стебля бамии для очистки сока тростника, из которого готовят Джаггери
(гур или коричневый сахар) (Чаухан, 1972). Зрелые плоды и стебли, содержащие
сырое волокно, используются в бумажной промышленности (Мартин, 1982). Его также
можно использовать для мешков и веревок (Ватт, 1908), биогаза и топлива (Дахия
и Васудеван, 1987). Бамия широко используется в этномедицине в различных
культурах.

В Айруведе бамия используется в качестве съедобного
настоя и в различных препаратах для мочегонного эффекта (Марамаг, 2013). Настой
фруктовой слизи также используется для лечения дизентерии и диареи при остром
воспалении и раздражении желудка, кишечника и почек, простудных инфекциях,
повышенной мочеиспускательности, дизурии и гонорее. Семена используются как
спазмолитическое, сердечное и стимулирующее средство (Lim, 2012, стр. 160-169).
Экстракты листьев и корней используются в качестве успокаивающих и смягчающих
припарок (Бабу и Шринивасан, 1995).