СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ БИОТЕХНОЛОГИЯ

Тип работы: Материал
Бесплатно: Антиплагиат
Объем: 195 страниц
В избранное:

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РК
АЛМАТИНСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

АРАЛБАЕВА А.Н., ЖАПАРКУЛОВА Н.И., СЕЙДАХМЕТОВА З.Ж., КАТАШЕВА А.Ч.

СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ БИОТЕХНОЛОГИЯ

Алматы,
2019

УДК
ББК

Рецензенты
Махатов Б.М.- д.с-х. н, профессор, академик АСХН РК
Есенбаев М.Н. - к.с.х.н.
Абдрешов С.Н..- к.б.н, асс.профессор

Обсуждено и рекомендовано на заседании НМК факультета Пищевых производств, АТУ (протокол № от )

ISBN

Учебное пособие Сельскохозяйственная биотехнология предназначен для изучения прикладных аспектов биотехнологий в сельском хозяйстве. В данном издании освещены вопросы по применению биотехнологий в растениеводстве, животноводстве, земледелии, рассмотрены проблемы плодородия почвы, утилизации отходов сельского хозяйства, а также затронуты перспективы клеточной и генной инженерии в животноводстве и селекции новых сортов и пород, проблемы безопасности сельскохозяйственного сырья. Данное издание рекомендовано для студентов обучающихся по образовательной программе - Биотехнология.

СОДЕРЖАНИЕ

Предмет и задачи сельскохозяйственная биотехнология, история развития и современное состояние
4
Повышение плодородия почвы: компостирование
23
Повышение плодородия почвы
31
Биотехнологии сельскохозяйственных растений: препараты - регуляторы роста растений, минеральные и бактериальные удобрения
42
Бактериальные удобрения, биопестициды
52
Биотехнологии в кормопроизводстве - силосование и сенажирование
62
Биотехнологии в кормопроизводстве: методы улучшения кормов
72
Биотехнология в животноводстве: повышение продуктивности скота
78
Зоогигиена
86
Биоконверсия органических отходов в сельском хозяйстве
96
Выведение новых сортов и пород сельскохозяйственных животных и культур
108
Роль генной и клеточной инженерии в сельскохозяйственной биотехнологии
120
Вопросы безопасности сельскохозяйственной продукции
130
Планы проведения лабораторных работ
137
Тестовые задания для проверки знаний
168
Список литературы
189

ПРЕДМЕТ И ЗАДАЧИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ БИОТЕХНОЛОГИЯ, ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ И СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ

Сельскохозяйственная биотехнология - наука о взаимодействии растений и удобрений в процессе выращивания сельскохозяйственных культур, о круговороте веществ в земледелии и использование удобрений для увеличения урожая, улучшения его качества и повышения урожая. Так же, сельскохозяйственная биотехнология - это отрасль биотехнологии, которая занимается клонированием, генетической инженерией животных, основами культивирования микроорганизмов, классификацией вакцин и технологией их приготовления, методами выделения, концентрирования и высушивания микроорганизмов и продуктов микробного синтеза, новыми направления в создании вакцин.
Современная сельскохозяйственная биотехнология - теоретическая, биологическая, и химическая дисциплина, имеющая прямые выходы в практику сельскохозяйственного производства.
Главная задача сельскохозяйственной биотехнологии - управление круговоротом и балансом химических элементов в системе почва - растение. Применение удобрений - главным образом вмешательства человека в этот круговорот. Внесение минеральных удобрений позволяет вводить новые количества элементов питания растений, а навоза и других отходов животноводчества и растениеводства, также повторное использование питательных веществ уже входящих в состав предыдущих урожаев. Применение удобрений дает возможность восполнять вынос урожаем питательных веществ и непроизводительные потери их из почвы, вследствие ветровой и водной эрозии, выщелачивание, улетучивание в атмосферу и т.д. Таким образом, не только может поддерживать, но и повышать плодородие почв и урожайность сельскохозяйственных культур.
Сельскохозяйственная биотехнология играет важную роль в интенсивных технологических возделываниях сельскохозяйственных культур, в создании оптимальных уровней всех факторов участвующих в формировании урожая, в их наиболее благоприятном сочетании. Получения максимального экономически выгодного урожая базируется на использовании лучших сортов, обеспечении необходимых физических и химических свойств почв, комплексов применения средств химизации в период вегетации растений, своевременном и качественном выполнении всех агротехнических работ.
Она вскрывает общие закономерности процессов взаимодействия факторов среды на урожай конкретных культур. Зная эти принципиальные закономерности специалист может предвидеть в ход их течения в конкретной обстановке при различных сочетаниях факторов среды.

Основой, обеспечивающей благоприятную ситуацию для бурного развития биотехнологии, явились революционизирующие открытия и разработки:
:: доказательства роли нуклеиновых кислот в хранении и передаче наследственной информации в биологических системах (имеются в виду индивидуальные клетки и отдельные организмы, а не их популяции);
:: расшифровка универсального для всех живых организмов генетического кода; :: раскрытие механизмов регуляции функционирования генов в процессе жизни одного поколения организмов;
:: совершенствование существовавших и разработка новых технологий культивирования микроорганизмов, клеток растений и животных;
:: как логическое следствие из вышесказанного, явилось создание (возникновение) и бурное развитие методов генетической и клеточной инженерии, с помощью которых искусственно создаются новые высокопродуктивные формы организмов, пригодные для использования в промышленных масштабах.
Абсолютно новым направлением является так называемая инженерная энзимология, возникшая вследствие развития современных методов изучения структуры и синтеза белков-ферментов и выяснения механизмов функционирования и регуляции активности этих соединений (важных элементов клетки). Достижения в этой области позволяют направленно модифицировать белки различной сложности и специфичности функционирования, разрабатывать создание мощных катализаторов промышленно ценных реакций с помощью высоко стабилизированных иммобилизованных ферментов. Все эти достижения вывели биотехнологию на новый уровень ее развития, позволяющий сознательно и целенаправленно управлять сложными клеточными процессами. Данная новая область биологических знаний и ее последние достижения уже стали крайне важными для здоровья и благополучия человека.
Понятие биотехнология может быть представлено многими определениями:
:: использование биологических объектов, систем или процессов для производства необходимых продуктов или для нужд сервисной индустрии;
:: комплексное применение биохимических, микробиологических и инженерных знаний с целью промышленного использования потенциальных возможностей микроорганизмов, культур клеток и отдельных их компонентов или систем; :: технологическое использование биологических явлений для воспроизводства и получения (изготовления) различных типов полезных продуктов;
:: приложение научных и инженерных принципов для обработки материалов биологическими агентами с целью получения необходимых продуктов или создания сервисных технологий. Биотехнология на самом деле не что иное, как название, данное набору технических приемов (подходов) и процессов, основанных на использовании для этих целей биологических объектов.
Таким образом, как это явствует из приведенных определений, биотехнология по существу сводится к использованию микроорганизмов, животных и растительных клеток или же их ферментов для синтеза, разрушения или трансформации (превращения) различных материалов с целью получения полезных продуктов для различных нужд человека. Биотехнологические направления имеют своей целью создание и практическое внедрение (т. е. практическое использование):
:: новых биологически активных веществ и лекарственных препаратов, используемых в здравоохранении для диагностики, профилактики и лечения различных заболеваний;
:: биологических средств защиты сельскохозяйственных растений от возбудителей заболеваний и вредителей, бактериальных удобрений и регуляторов роста растений и животных; новых сортов растений, устойчивых к разного рода неблагоприятным воздействиям (факторам внешней среды); новых пород животных с полезными свойствами (трансгенные животные);
:: ценных кормовых добавок для повышения продуктивности сельскохозяйственных животных (кормового белка, аминокислот, витаминов, ферментов, способствующих повышению усвояемости кормов, и т. п.);
:: новых биоинженерных методов для получения высокоэффективных препаратов различного назначения, используемых в сельском хозяйстве и ветеринарии; :: новых технологий создания и получения хозяйственно ценных продуктов для пищевой, химической и микробиологической промышленности;
:: эффективных технологий переработки сельскохозяйственных, промышленных и бытовых отходов для получения продуктов, которые могут использоваться в других отраслях хозяйственной деятельности человека (например, биогаза, удобрений, топлива для автомобилей и т. п.). Само собой разумеется, что такие комплексные задачи требуют интеграции различных отраслей научных и технических знаний и характеризуют биотехнологию как ряд перспективных технологий, которые найдут применение в самых разнообразных индустриальных направлениях. Интеграция биологии, химии и инженерных приемов в биотехнологии осуществляется таким путем, чтобы обеспечить максимальное использование потенциальных возможностей всех входящих в нее областей знаний.
Биотехнология - междисциплинарная область научно-технического прогресса, возникшая на стыке биологических, химических и технических знаний и призванная к созданию новых биотехнологических процессов, которые в большинстве случаев будут осуществляться при низких температурах, требовать небольшого (меньшего) количества энергии и будут базироваться преимущественно на дешевых субстратах, используемых в качестве первичного сырья. Однако следует отдавать себе отчет в том, что биотехнология не является чем-то новым, ранее не известным, а представляет собой развитие и расширение набора технологических приемов, корни которых появились тысячи лет тому назад.
Термин биотехнология был введен в 1917 г. венгерским инженером Карлом Эреки при описании процесса крупномасштабного выращивания свиней с использованием в качестве корма сахарной свеклы. По определению Эреки, биотехнология - это все виды работ, при которых из сырьевых материалов с помощью живых организмов производятся те или иные продукты. Однако этот термин в те годы не получил широкого распространения. Только в 1961 г. к нему вновь вернулись после того как шведский микробиолог Карл Герен Хеден порекомендовал изменить название научного журнала "Journal of Microbiological and Biochemical Engineering and Technology" (Журнал микробиологической и химической инженерии и технологии), специализирующегося на публикации работ по прикладной микробиологии и промышленной ферментации, на "Biotechnology and Bioengineering" (Биотехнология и биоинженерия). С этого момента биотехнология оказалась четко и необратимо связана с исследованиями в области промышленного производства товаров и услуг при участии живых организмов, биологических систем и процессов.
Если говорить об этапах развития биотехнологии, то до последней трети XIX века длился первый эмпирических этап, при котором главную роль играл многовековой опыт биотехнологического производства. В конце XIX века, благодаря трудам Л.Пастера, были созданы предпосылки для развития микробиологии, что также сказалось и на прогрессе биотехнологии. Пастер установил, что микробы играют основную роль в процессах брожения и показал, что в образовании отдельных продуктов участвуют их конкретные виды. Его исследования позволили оптимизировать процессы получения вина, пива и послужили основой развития в конце XIX и начале XX века бродильного производства органических растворителей (ацетона, этанола, бутанола и изапропанола) и других химических веществ, где использовались микроорганизмы, осуществлявшие превращения углеводов в процессе брожения. Были предприняты первые попытки наладить производство пищевых концентратов из дрожжей. В ХIX веке было также установлено, что вместо живых организмов можно использовать продукты их жизнедеятельности - ферменты. Еще в 1814 году петербургский академик К. С. Кирхгоф открыл явление биологического катализа и пытался биокаталитическим путём получить сахар из доступного отечественного сырья (до середины XIX века сахар получали только из сахарного тростника). В 1891 году японский биохимик Такамине получил первый патент в США на использование ферментных препаратов в промышленных целях: учёный предложил применить диастазу для осахаривания растительных отходов. Такой важный раздел как разработка и производство вакцин и сывороток для предупреждения инфекционных заболеваний человека и животных начал развиваться после эпохальных открытий Л.Пастера, Р. Коха и Э. А.Беринга, сделанных в конце XIX века. Во время первой мировой войны в Германии в промышленных масштабах выращивали дрожжи Saccharomyces cerevisiae, которые добавляли в колбасу и супы, компенсируя 60% довоенного импорта пищевых продуктов. Важным этапом в развитии биотехнологии получения ценных веществ была организация промышленного производства антибиотиков. Отправной точкой здесь было открытие Флеминга, которое было подкреплено работами Х.Флори и Э.Б. Чейна по промышленному получению пенициллина (1940 г). Нельзя не сказать об использовании микроорганизмов для минерализации различных отходов. Процесс минерализации органических отбросов, основанный на использовании активного ила был разработан в 1914 г. С тех пор он был существенно модернизирован и используется во всём мире для переработки стоков. При современной переработке стоков в анаэробных условиях смешенной микрофлоры, попутно получают биогаз (состоит, в основном, из метана и углекислого газа). Микроорганизмы стали использоваться в получении металлов, путем выщелачивания руд. В медицине - стали применять лечебные ферменты, стероиды, новые антибиотики. Биотехнология - наукоемкая отрасль. Целью биотехнологических исследований является максимальное повышение эффективности каждого из этапов биотехнологического производства и поиск микроорганизмов, с помощью которых можно получить нужные вещества. В 60-70е гг. прошлого века все эти исследования касались только исходной обработки сырья, устройства биореакторов и получения конечного продукта. Благодаря этому был усовершенствован инструментальный контроль процесса ферментации и значительно расширены возможности крупномасштабного культивирования, что позволило повысить эффективность производства. До 70-х годов традиционная биотехнология, как научная дисциплина, была не слишком известна и представлялась скорее, как инженерная химия с микробиологическим уклоном. Т.е. в то время биотехнология занималась производством коммерческих продуктов, образуемых микроорганизмами в результате их жизнедеятельности. Тогда же было дано формальное определение биотехнологии, как Наука о научных и инженерных принципах переработки материалов живыми организмами с целью создания товаров и услуг или еще более точное определение: биотехнология - наука о промышленном производстве товаров и услуг при участии живых организмов, биологических систем и процессов. В настоящее время идет этап молекулярно-биотехнологической революции. Формально началом можно считать 15 октября 1980 г.
Рождение сельскохозяйственной биотехнологии относится к периоду семидесятых годов прошлого столетия и связано с выдающимися мировыми открытиями в науке, кризисным положением в сельском хозяйстве многих стран, в том числе СССР, и исчерпанием использования традиционных энергетических ресурсов и резервов роста аграрного сектора экономики в США и других развитых странах. В Советском Союзе была создана Продовольственная программа, которая по большинству показателей была выполнена.
В США в сельском хозяйстве и продовольственном обеспечении страны кризиса нет. Но Президент США поставил перед учеными страны задачу: осуществить новый этап в фундаментальных исследованиях, позволяющий более полно использовать биологические резервы науки в области фотосинтеза, биоэнергетики, селекции и трансформации растений, животных и микроорганизмов. Выполнение этого поручения базировалось на новейших мировых открытиях.
Большое значение для формирования нового стратегического направления в современной биологии имели также основополагающие работы выдающихся биологов мира Г.Бойера, С.Коена, Д.Морра, А.Баева, А.Белозерского, О.Ейвери, Г.Гамова, К.Кораны, Ф.Жакоба, Ж.Моно, Дж.Беквиста, Ю.Овчинникова, А.Спирина, решивших ряд крупнейших проблем по расшифровке генетического кода, идентификации и экспрессии генов, структуры и функций биоинженерных ферментов, биосинтеза белка у прокариот и эукариот. В пятидесятые годы в биотехнологии возникло еще одно важное направление - клеточная инженерия, основателями которого были П.Уайт и Р.Готре. В России это направление получило успешное развитие благодаря масштабным исследованиям Р.Бутенко, ее учеников и последователей.

Состояние и достижения современных сельскохозяйственных биотехнологий
Применение современных биотехнологических методов в сельском хозяйстве предвосхищает будущую сельскохозяйственную революцию, которая будет способна, как прогнозируют многие специалисты, стабилизировать сельскохозяйственное производство. Считается, что сельскохозяйственная биотехнология позволит решить продовольственную проблему для растущего населения планеты, получить продукты питания улучшенного качества и большей экологической чистоты. Биотехнология предоставляет возможность получить новые виды сельскохозяйственных культур устойчивые к болезням, с высокой урожайностью, а также новые специальные продукты, которые рынок может запросить в самом ближайшем будущем.
Таким образом, биотехнология стала весомым и перспективным фактором развития производства. Новые прогрессивные методы, прежде всего в биотехнологии, позволили фермерам ряда промышленно развитых стран, в первую очередь США и Канаде, упрочить свои лидирующие позиции в производстве и реализации сельскохозяйственной продукции. На сегодняшний день стало очевидно, что для усиления конкурентоспособности сельского хозяйства на мировом рынке необходимо усиление научных и технологических разработок в аграрном секторе. Внедрение достижений и продуктов биотехнологии позволяет решить многие проблемы энерго-, ресурсо- и финансовоёмкого производства продукции сельского хозяйства, поэтому сегодня это направление научных и практических исследований для сельскохозяйственных нужд развивается в промышленных странах особенно быстрыми темпами.
Работы по генетической модификации растений начались в 80-е гг. прошлого века в США. В начале 90-х первые трансгенные культуры появились на американском рынке и быстро завоевали популярность у сельхозпроизводителей благодаря своей дешевизне, быстрому росту, устойчивости к всевозможным заболеваниям и высокой урожайности. Хотя первые ГМ культуры начали коммерчески выращивать в 1994 году (томаты), только в 1996 году культуры, содержащие новые признаки, стали занимать значительные площади (1,66 млн га). С тех пор площади ГМ культур существенно увеличились, и к 20052006 году они достигли 87,2 млн га. В 2013 году общая площадь под генетически модифицированными культурами в мире превысила 175 млн га. Если говорить о доле основных коммерциализованных культур с новыми признаками (соя, кукуруза, хлопчатник и рапс), ГМО занимают 29% мировых посевов этих четырех культур. Объем рынка ГМ растений в США достигает 20 млрд. долл., а к 2020 г. возрастет до 75 млрд.
В силу того что биотехнологическое производство относится к наиболее высокотехнологичным отраслям, основная его концентрация сосредоточена в промышленно развитых странах. Чуть менее половины всего мирового производства биотехнологических продуктов приходится на американские компании (27,5 млрд. долл.). Крупными производителями являются также Германия, Япония (7 млрд. долл.), Канада (3 млрд. долл.), Франция и Великобритания (ЕС - 15 млрд. долл.). По данным Frost&Sullivan, объём производства биотехнологических продуктов в мире в 2001 г. составил 49,9 млрд. долл. С учётом данных государственных органов промышленно развитых стран и среднего годового роста по продуктам на уровне 10 - 15%, объём биотехнологического производства в мире в 2002 г. достиг 55 - 60 млрд. долл. Объём продаж биотехнологических продуктов для нужд сельского хозяйства в мире составляет 7,5 млрд. долл. В этих расходах доминируют генмодифицированные (ГМ) семена культурных растений и аминокислоты, используемые в кормовых добавках для скота и птицы.
Фермеры США в конце XX - начале XXI в., как никто в мире, используют новейшие достижения этой новой науки. В США выращиваются более 23 всех ГМ растений на земле. Это связано не только с наличием в стране крупнейших биотехнологических компаний, но и с поистине либеральным законодательством. В результате рост производства ГМ продуктов в США оказался беспрецедентным.
Несколько другие задачи стоят перед аграрным сектором в развивающихся странах, где слабые сельхозпроизводители нуждаются в повышении производительности сельского хозяйства, чтобы подняться над уровнем нищеты. Результаты опроса ряда фермерских хозяйств показывают, что применение биотехнологии может способствовать значительной интенсификации бедных хозяйств. При одновременном решении проблем мелких хозяйств и усовершенствовании агрономических техник, а также при проведении разумной политики, облегчающей выход новых продуктов на рынок, биотехнологические продукты могут получить самое широкое распространение именно в развивающихся странах (с учётом специфики их сельскохозяйственного производства и благоприятных климатических условий). Плодами биотехнологий активно пользуются Аргентина, Канада и Китай. В 2000 г. пахотные земли под ГМ растениями составили: в США 68% от общего объёма пахотных земель, в Аргентине - 23%, Канаде - 7%, Китае - 1%.
ГМ культуры в Китае начали высевать в 1998 г., и они быстро завоевали популярность у местных фермеров. В настоящее время Китай продолжает придерживаться курса на превращение страны в одного из крупнейших мировых продуцентов трансгенных пищевых продуктов. Согласно опубликованным данным, к концу 2003 г. размер площадей, занятых под ГМ культурами, такими как хлопчатник, сладкий перец, томаты и некоторыми другими, достиг почти 3 млн. га., около 90% китайского хлопка вырабатывается из трансгенного сырьяHYPERLINK "http:www.rusus.ruadmineditore ditorfckeditor.html?InstanceName=c ontent&Toolbar=Bazilio" \l "_ftn1".
В последнее время в Китае было разработано 25 тестов и стандартов оценки безопасности трансгенных культур. Для осуществления тестирования предполагается основать 42 института. В 2001 г. был создан Китайский национальный аграрный комитет по безопасности трансгенных растений, на который возложена ответственность за безвредность ГМ пищевых продуктов. Если в перспективе темпы расширения посевных площадей под ГМ культурами сохранятся на нынешнем уровне, в недалёком будущем Китай может выйти на 2-е место в мире после США по выращиванию таких культур.
Фермеры США и Аргентины - двух стран, которые являются основными производителями сои и кукурузы, - первыми использовали новую семенную технологию. Производство трансгенной сои началось в США в 1995 г., а в 1997 г. она уже занимала 12% от общей соевой площади страны. В Аргентине в 1997 г. трансгенная соя занимала 22%. В 1997 г. в США ГМ кукуруза, устойчивая к вредителям, была засеяна на 9% площадей (в других странах эти площади были совсем незначительными). Производству ГМ семян в Африке и Азии изначально препятствовало отсутствие семенного производства и неразвитость системы транспортировки. В 1999 г. 80% площадей, предназначенных для сои, в Аргентине и 51% в США были засеяны трансгенной соей, устойчивой к гербицидам.
В 1998 г. в обзоре по коммерческим трансгенным культурам Международная Служба применения агробиотехнологических продуктов (The International Service for the Acquisition of Agri-biotech Applications, ISAAA) констатировала, что уровень внедрения трансгенных культур был, пожалуй, наивысшим с учётом стандартов сельскохозяйственного производства. Действительно, в период с 1996 по 1998 г. восемь стран (четыре промышленно развитые и четыре развивающиеся: США, Канада, Франция, Испания, Аргентина, Мексика, Австралия, ЮАР) в 15 раз увеличили площади, предназначенные для трансгенных культур, общая площадь для трансгенных растений в 1998 г. возросла до 27,8 млн. га (по сравнению с 11 млн. га в 1997 г.).
Трансгенные культуры принесли фермерам большую экономическую выгоду. Например, в 1996 - 97 гг. прибыль фермеров в США ISAAA оценила в 315 млн. долл., а в Канаде, где площади, предназначенные для этих культур, значительно меньше, фермеры получили общую прибыль в 53 млн. долл. По данным Службы экономических исследований Министерства сельского хозяйства США (МСХ), площади посева трансгенных хлопка и кукурузы резко возросли и составили от 20 до 44% всей площади, запланированной под посев этих культур на1998 г.
В 2004 г. в США площади посева ГМ кукурузы, устойчивой к вредителям и к гербицидам, возросли до 45%, трансгенная кукуруза в превысила 45% от общей площади посевов, посевы ГМ сои увеличились до 85% (в 2001 г. эта цифра составила около 60%). Для 14 основных штатов, производящих сою, этот показатель колеблется от 75% в Мичигане до 95% в Южной Дакоте (почти как в Аргентине). В 2004 г. площади посевов ГМ хлопка увеличились до 76%. Для семи основных хлопковых штатов границы разброса составили от 58% в Техасе до 97% в Миссисипи.
Как зафиксировала Национальная служба сельскохозяйственной статистики (National Agricultural Statistics Service) МСХ США, в 2004 г. площади под основными генетически модифицированными культурами в США значительно возросли: доля трансгенной гербицидоустойчивой сои выросла до 85%, хлопка - до 76%, а зерновых - до 45%. Однако площадь под посевами пшеницы снизилась почти на 3%. Общая площадь под всеми ГМ зерновыми в США в 2004 г. оценивается специалистами в 32,4; под соей - 29,9 млн. га; а под хлопком - 5,56 млн. га.
В 2005 г., по данным Национальной службы сельскохозяйственной статистики, 52% кукурузы, 87% сои и 79% хлопка, засеянных в США, представляли собой трансгенные культуры. В 2005 г. ГМ культуры занимали около 88,8 млн. га, причём из 1,52 млрд. га всех пахотных площадей, занятых зерновыми культурами, 5,8% составили трансгенные разновидности. Таково состояние производства основных ГМ культур в США, являющимся лидером и законодателем сельскохозяйственной биотехнологии. Эти данные свидетельствуют о быстром росте популярности биотехнологических новинок в стране.
Как сообщил директор Центра международной политики в области продовольствия и сельского хозяйства (Center for International Food and Agricultural Policy) при Университете штата Миннесота профессор Рунге, в настоящее время в США используются биотехнологические разновидности восьми культур: кукуруза, соя, хлопчатник, рапс (канола), пшеница, картофель, рис и сахарная свекла. В том числе на коммерческой основе фермеры применяют трансгенные разновидности кукурузы, сои, хлопчатника и рапса, а по другим четырем культурам ведутся интенсивные полевые испытания. По данным Рунге, в 2002 г. примерно половина товарной продукции этих четырех коммерческих культур (около $40 млрд.) была выращена из семян, улучшенных биотехнологическими методами. Наибольшую прибавку в расчете на гектар по сравнению с традиционными сортами принесла трансгенная кукуруза - $150. В 2004 г. МСХ США выделило около $2,3 млрд. на биотехнологические исследования.
Многие специалисты считают, что выращивание сельхозкультур, устойчивых к гербициду раундапу, снижает антропогенное воздействие на окружающую среду, которое может повлечь глобальное потепление климата на планете. Американский фермер, доктор сельскохозяйственных наук по агрономии сорных трав, президент компании Фосетт консалтинг Ричард Фосетт в этом убежден. В 2004 г. на семинаре по вопросам использования биотехнологических культур в сельском хозяйстве, Ричард Фосетт доложил, что появление культур, устойчивых к гербициду раундапу, помогло американским фермерам безболезненно перейти на нулевую обработку почвы. По его словам, за последние 5 лет в США площади, обрабатываемые по сберегающим технологиям, возросли более чем на 30%, а экономия топлива достигла 1 млрд. л в год.
Преимущества сберегающих технологий, в частности нулевой обработки почвы, известны давно: это предотвращение эрозии и вымывания питательных веществ, сохранение структуры почвы, снижение интенсивности минерализации органического вещества, а также сохранение мест обитания и биологического разнообразия на обрабатываемых полях, экономия времени, топлива и человеческих ресурсов. С переходом на нулевую обработку вынос пестицидов, фосфатов и нитратов в грунтовые воды снижается на 70%, а благодаря крайне медленной минерализации органического вещества в атмосферу практически не поступает углекислый газ. Вместе с весомым сокращением топливных расходов, в этом, по мнению Фосетта, заключается еще одно преимущество нулевой обработки.
Резко возросший интерес американских фермеров к сберегающим технологиям связывают с широким распространением сортов сои и кукурузы, устойчивых к гербициду раундапу. Согласно проведенным опросам, многие фермеры задумались о внедрении у себя нулевой обработки только после того, как стали выращивать биотехнологические сорта. Дело в том, что большинство фермеров в США специализируются на производстве кукурузы и сои, и еще задолго до торжества биотехнологических разработок в стране существовали государственные программы по переходу на сберегающие технологии обработки почвы. Однако фермеры не торопились, опасаясь, что их поля без механической обработки превратятся в полигоны для сорняков. Одновременно возникала опасность повышения пестицидной нагрузки на окружающую среду. Как замечает Фосетт, в течение последних 30 лет прошлого столетия на нулевую обработку перешла всего лишь треть американских фермеров, и только с появлением биотехнологических культур, устойчивых к гербициду раундапу, сберегающие технологии в США стали доминировать.
Иначе сложилась ситуация с распостранением ГМ пшеницы. В мае 2004 г. компания Монсанто, мировой лидер в биотехнологии, объявила о замораживании планов продвижения на рынок первого трансгенного сорта пшеницы. Как передало агентство Reuters, руководство компании приняло это решение, откликаясь на море протестов во всем мире. Представитель Монсанто сообщил, что решение было принято после широких консультаций с обществами и союзами потребителей, однако компания продолжает отслеживать спрос на ГМ сельхозкультуры, чтобы определить, когда и как будет практически целесообразно выводить их на рынок. Пока же Монсанто продолжает полевые опыты по испытанию ГМ пшеницы, устойчивой к раундапу, которые ведутся уже 6 лет и на которые затрачены сотни миллионов долларов. Аналогичные сорта кукурузы, сои и некоторых зернофуражных культур компании удалось успешно коммерциализировать, и она строила планы фактического завоевания огромного рынка пшеницы, выпустив, сначала в США и Канаде, в коммерческое использование первый ГМ сорт пшеницы. Однако первые же попытки в этом направлении натолкнулись на широкое противостояние не только защитников окружающей среды, но и фермеров, союзов потребителей, многих религиозных групп, а также покупателей американской и канадской пшеницы во всем мире.
Противники трансгенной пшеницы предупреждали о возможной опасности новой пшеницы и продуктов ее переработки для человеческого здоровья, о прогнозируемом росте резистентности сорняков, а также о завоевании компанией контроля над пшеничным рынком во всем мире.
В настоящее время в США проводятся интенсивные биотехнологические исследования во многих отраслях агропромышленного комплекса. По официальным данным, в конце 80-х гг. в США насчитывалось более 240 частных компаний, проводящих биотехнологические исследования в сельском хозяйстве. Почти каждый университет США занимается определённой проблемой сельскохозяйственной биотехнологии. В этой области науки работало 8,5 тыс. ученых и к 1995 г. их число достигло 21 тыс.

Результаты биотехнологических исследований в животноводстве
Сегодня сельскохозяйственная биотехнология имеет несколько направлений, каждое из которых позволит решить множество задач. Так, например, благодаря трансгенным животным можно получать ценные гормоны и создавать лекарства для лечения эмфиземы и инфекций у младенцев, повысить питательную ценность большинства продуктов, получить вакцину, защищающую от вируса бешенства и лихорадки крупного рогатого скота.
Эксперименты по генетической модификации многоклеточных организмов путём введения в них трансгенов требуют много времени. Тем не менее, трансгенез стал мощным инструментом для исследования молекулярных основ экспрессии генов млекопитающих и их развития, для создания модельных систем, позволяющих изучать болезни человека, а также для генетической модификации клеток молочных желёз животных для получения из молока важных фармацевтических препаратов. Для процесса получения аутентичных белков человека или фармацевтических препаратов из молока трансгенных домашних животных был даже предложен новый термин - фарминг. Использование молока целесообразно потому, что оно образуется в организме животного в большом количестве и его можно надаивать по мере надобности без вреда для животного. Вырабатываемый молочной железой и секретируемый в молоко новый белок не должен при этом оказывать никаких побочных эффектов на нормальные физиологические процессы, протекающие в организме трансгенного животного, и подвергаться тем изменениям, которые происходят в клетках человека. Кроме того, выделение нового белка из молока не должно составлять большого труда.
На протяжении многий столетий домашний скот использовался для получения лекарственных средств для человека. До появления в 1982 г. технологии рекомбинантной ДНК для получения инсулина, необходимого больным диабетом, его получали из тканей животных как побочный продукт мясной промышленности. Животные использовались также для получения гепарина (антикоагулянта), сердечных клапанов, различных сывороток, антисывороток и коллагена.
Достижения технологии рекомбинантной ДНК, эмбриологии животных, иммунологии и других научных дисциплин дали начало направлению, в котором животные играют значительную роль как источник очень сложных биофармацевтических препаратов и биологических продуктов. Разработан целый ряд технологий получения этих продуктов, в которых конечной производственной системой является ГМ животное. В этих случаях ген для получения целевой молекулы конструируется таким образом, что он может экспрессироваться только в специфической ткани. Некоторые компании нацелены на получение специфических животных протеинов из молока (крупный рогатый скот, овцы, козы, свиньи) или из яиц (птицы). Эти новые методы позволят более экономично получить определённые биофармацевтические препараты, производство которых сегодня очень дорого.
Одна из целей трансгенеза крупного рогатого скота - изменение содержания в молоке различных компонентов. Как известно, молоко коровы на 86% состоит из воды, остальное - это углеводы, жиры, белки, минеральные вещества, в том числе кальций, необходимый для роста костей новорожденных. Всё вместе образует сложную смесь для кормления потомства и для производства молочных продуктов - творога, масла, сметаны, сыра. В молоке 80% молочных белков составляютказеины: альфа-S1, альфа-S2, бэта-казеин, каппа-казеин и другие. Биофизические свойства их сходны, но есть и видовые различия, и роль казеинов поэтому разная: одни казеины высвобождают кальций из различных сочетаний с другими элементами, другие переводят его в форму, необходимую для развития костей новорожденных. Каппа-казеин связывает свободный кальций и тем вызывает осаждение казеинов, благодаря чему молоко свёртывается и делится на две фракции - творог (нерастворимые казеины) и сыворотку (в ней остаются растворимые белки). Это разделение кладёт начало изготовлению сыра. Исследователи склоняются к тому, что и качество сыра, и возможности совершенствовать производство и выход продукта зависят главным образом от генетических вариантов белка молока. Так, количество сыра, получаемого из молока, прямо пропорционально содержанию в нём κ-казеина (каппа-казеина), поэтому весьма перспективным представляется увеличение количества синтезируемого κ-казеина с помощью гиперэкспрессии трансгена этого белка. Варианты κ-казеина в большой степени изучены, и особый интерес вызвал его ВВ-вариант. Именно с ним связывают перспективы совершенствования производства сыра: многочисленные исследования показали, что и время свёртывания молока с этим вариантом меньше, и выход сыра больше, и полное затвердение сыра достигается быстрее, да и вкус чеддера в таком продукте выражен отчётливее и полнее.
Очень интересным представляется молочный белок лактоферрин, выполняющий множество функций, главной из которых является связывание и транспортировка в организме железа. Так же как и лизоцим, он активно борется с бактериальной и вирусной инфекциями в желудочно-кишечном тракте матери и ребёнка, регулирует естественный иммунитет и даже замедляет рост опухолей и метастаз. Кроме того, он успешно применяется и в качестве пищевой добавки в коровье молоко и в искусственные молочные смеси для кормления малышей.
Интерес к лактоферрину во всём мире огромен, в 1992, 1995 и 1997 гг. ему были посвящены три международные специализированные конференции - две научные и одна научно-практическая, собравшая производителей созданных на основе этого белка препаратов. В мире существует немало научных и коммерческих фирм, работающих с лактоферрином. Мировой объём продаж достигает уже 5 млрд. долл. в год. Сам препарат очень дорогой: грамм лактоферрина из коровьего молока стоит более 1000 долларов, а из молока человека - втрое дороже, поэтому вопрос об удешевлении и увеличении его производства стоит очень остро.
В 1990 г. в Голландии бык, получивший от матери-коровы ген лактоферрина человека, стал основателем стада, насчитывающего уже 200 коров. Планируется довести численность этого стада до 2 000 голов. Продукция лактоферрина человека в литре такого молока составляет около 1 грамма. В Южной Корее трансгенный по лактоферрину бык был получен только в 1996 г. Поэтому стадо - потомство этого быка - пока ещё только создаётся. Южно-корейские учёные намерены получать лактоферрин человека не только от коров, но и от коз.
В ряде стран ген лактоферрина человека пересаживают не только животным, но и растениям, например табаку, и в растениях он работает, то есть производит этот молочный белок. Цель этих работ - выведение растений, устойчивых к вирусным и бактериальным заболеваниям. Успешные опыты были проведены в той же Южной Корее: на листьях трансгенного табака, куда вносили инфекцию, проявлялись лишь некоторые симптомы заболевания, а полная клиническая картина не складывалась даже через месяц.
Благодаря биотехнологии были получены растения с улучшенными питательными свойствами, устойчивые к гербицидам и со встроенной защитой против вирусов и вредителей. Эти сорта были быстро приняты американскими фермерами. Самые распространённые из выращиваемых в мире ГМ культур - соя, хлопок, канола, папайя и помидоры. ГМ растения, используемые в животноводстве, - кукуруза, соевые бобы, канола и хлопок. В США около 80% кукурузы и 70% соевых ... продолжение

Вы можете абсолютно на бесплатной основе полностью просмотреть эту работу через наше приложение.