Трансгенні рослини: отримання та використання

Трансгенні рослини: отримання та використання


Питання про генетично модифіковані рослини все більш актуалізується в останні роки. У трансгенних технологій є свої противники і захисники, проте з плином часу ситуація не стає яснішою. У статті йтиметься про те, що таке генетично змінені рослинні культури, в чому їх плюси і мінуси, будуть наведені трансгенні рослини з прикладами.

Актуальність проблеми

Населення планети Земля на початок 2016 року становило 7,3 мільярда осіб і стрімко збільшується донині. Багато народів на планеті відчувають постійну нестачу їжі і води. Це пов'язано зі шкідливим впливом людини на природу, в результаті якого виснажується родючість ґрунту.

У XX столітті було втрачено не менше 20% плодоносних територій на всій планеті. Їх площа і зараз продовжує зменшуватися в результаті біологічної деградації, опустелювання земель, змиву корисної поверхні, вилучення ділянок під інші потреби.

Перехід на обробку технічних культур для виготовлення метанолу веде до скорочення площі посівних земель, що ще більше погіршує становище з харчуванням людини.

Дослідження МОЗ Росії показали, що харчування населення характеризується зменшенням кількості біологічно цінних продуктів. У результаті утворюється брак білків, вітамінів та інших корисних елементів.

Наукові спільноти прогнозують збільшення кількості людства на Землі до 9-11 мільярдів до 2050 року, тому потрібно подвоїти або навіть потроїти обсяги землеробської продукції по всьому світу. Це збільшення нездійсненне без введення трансгенних рослин, що допомагають підвищити обсяг врожаїв і знизити ціну на продукти, а також містять властивості, яких немає у рослин, вирощених за традиційною технологією.

Суть технології

У будь-якого живого організму є гени, що визначають всі його ознаки. Складні ланцюжки генів формують властивості. Сам ланцюжок називається генотипом (геномом).

Раніше нові гібридні сорти виходили в результаті з'єднання батьківських рослин, які змінювалися генами один з одним, і виходили нові ознаки. Цей процес займав велику кількість часу, а кінцевий продукт не завжди відповідав очікуванням.

Завдяки розвитку нових технологій стала можливою зміна генотипу рослин набагато швидше за допомогою введення необхідних генів. Цей напрям наукової діяльності отримав назву генної інженерії. Рослини зі зміненими генами називаються трансгенними або генномодифікованими. Генні інженери створюють нові генотипи. Тому вдається швидше отримувати нові рослини. Також з'явилася можливість трансформації генотипу з конкретною метою.

Приклади генних модифікацій

Генна інженерія допомагає вводити гени, стійкі до різних шкідливих факторів:

  • Гербіцидним засобам.
  • Пестицидним складам.
  • Фітопатогенним мікроорганізмам.

Вводяться також гени, що збільшують термін дозрівання, фіксують азот. Вдається поліпшити амінокислотний білковий склад рослин.

Розвиток сільськогосподарської промисловості і посадки одних і тих же культур на величезних територіях призводить до розмноження шкідників і перенесення захворювань. Для боротьби з ними вчені створюють численні хімічні склади. Шкідники поступово пристосовуються до отрут і стають стійкими. Екологічна ситуація при цьому погіршується: гинуть потрібні комахи, а в ґрунт потрапляють небезпечні хімічні речовини.

Генна інженерія пропонує створення генів, що виробляють захист від шкідників. У томатів прибирають ген, що викликає швидке гниття. У огірки додають гени, що відповідають за освіту цукру, в результаті виходить солодкий огірок. Чисто теоретично подібні методи дозволяють виростити ідеальні рослини, які дають високий урожай, не бояться паразитів і не хворіють.

Така практика здійснюється з 1984 року. Перша трансгенна рослина зареєстрована 1983 року. Це був тютюн, у клітинні структури якого впровадили сторонні гени. Випробування тютюну в полі були проведені в 1986-му в США. А в 1994 році в США в продаж надійшла трансгенна їжа. Це були томати з низьким терміном визрівання і соя. Через два роки на ринок вийшов цілий перелік генетично перетворених культур: кукурудза, томати, картопля, соя, ріпак, редис, кабачок, бавовняр.

Відтоді генні модифікації застосовуються до всіх сільськогосподарських культур, їх посіви збільшуються. Це пояснюється економічною вигодою. Адже колорадський жук знищує великі посіви картоплі, через що губляться мільярди доларів. Рішенням виступає трансгенна картопля, не схильна до колорадського жуку. Можна і далі називати трансгенні рослини з прикладами. На сьогоднішній день їх список досить великий. Практично всі сільськогосподарські культури отримали свого генного двійника.

Науковий процес

Створення трансгенних рослин починається з внесення певних генів у рослинні клітини для інтеграції в їхні хромосоми. Процес введення чужих генів спрощується, якщо спочатку клітинні стінки видалені за допомогою ферментів: пектинази або целюлази, що веде до появи протопластів. Нові гени впроваджують у протопластні структури, після чого клітини культивують у поживних умовах, потім утворені клітини застосовують для відновлення рослин.

Основне завдання генної науки - це трансгенні рослини, стійкі до гербіцидів і до вірусів. Для цього використовується метод введення трансгенів, які експресують всередині клітин антитіла проти вірусного білка. Виведення культур, не схильних до вірусів, дозволило створити надійний захист рослин від багатьох видів вірусних рослинних захворювань.

Основними методами отримання трансгенних рослин є:

  1. Застосування агробактерії. Полягає у впровадженні спеціальної бактерії в генотип рослин.
  2. «ДНК-гармата». У цьому випадку вчені буквально «вистрілюють» своїй ДНК в клітку. У результаті такі «кулі» вбудовуються разом зі своєю ДНК в необхідне місце.

Додатне значення

Селекція не давала можливості отримати рослини з великим обсягом вітамінів. Розвиток біохімії забезпечив таку можливість. Наприклад, був виведений «золотий рис» з підвищеним вмістом вітаміну А. Отримана земляника з високим вмістом вітаміну С. Вироблена соя, в якій в п'ять разів підвищено кількість вітаміну Е.

За допомогою рослин продукуються різні цінні білки, вакцини, антитіла. За допомогою рослинних систем створюються рекомбінантні білки в промислових масштабах. Найпершим був отриманий гормон росту людини в 1986 році. Відтоді синтезовано безліч білків, серед яких:

  • авідин (використовується при молекулярно-біологічних дослідженнях);
  • казеїн (молочний білок, що використовується як харчова добавка);
  • колаген і еластин (білки для медицини).

За допомогою генетично змінених рослинних організмів вирішуються питання очищення навколишнього середовища. Наприклад, створюються рослини-біодеградатори. Вони можуть допомагати розкладанню нафти та інших небезпечних речовин на великих територіях.

Щоб очистити води і ґрунти, можна застосовувати рослини, які поглинають шкідливі речовини з навколишнього середовища, особливо важкі метали. У подібних дослідах лідирує тютюн, що володіє всіма цими здібностями.

Для виконання завдань очищення рослини висаджують на забруднених територіях, потім прибирають і засівають новою партією «очищувачів». Щоб очищати воду, такі рослини повинні занурюватися кореневою системою у водні розчини.

Тенденції галузі

Процес отримання трансгенних рослин включає кілька складових:

  1. Виведення сортів, що характеризуються високим рівнем врожайності.
  2. Створення культур, здатних давати кілька врожаїв за рік. (Наприклад, виведена полуниця, яка плодоносить двічі за один літній сезон.)
  3. Отримання трансгенних рослин, стійких до комах. (Існує картопля, що знищує картопляного листоїда.)
  4. Виведення сортів, що долають будь-які погодні умови.
  5. Розведення рослин, що продукують тваринні білки. (У Китаї виведено сорт тютюну, що виробляє людський лактоферрин.)

Застосування трансгенних рослин допомагають вирішити низку питань, серед них: дефіцит продовольства, агротехнічні складності, розвиток фармакології та багато інших. Завдяки генномодифікованим рослинам йдуть у минуле шкідливі пестициди, що мають згубний вплив на стан навколишнього середовища. Трансгенні рослини, стійкі до комах, - це не фантастика, а цілком реальне явище в землеробській галузі.

Відмінності генномодифікованих і природних рослин

Простому обивателю відрізнити природні і трансгенні рослини не представляється можливим. Це з'ясовується шляхом лабораторних аналізів.

МОЗ Росії 2002 року зобов'язало виробників маркувати продукти, які мають у складі понад п'яти відсотків геннопреосвіченого матеріалу. Але в реальності таке маркування практично ніхто не ставить. Відповідні перевірки виявляють подібні порушення регулярно.

Для отримання права на ввезення, отримання та продаж генномодифікованої продукції існує державна реєстрація, що є платною процедурою. Це вкрай невигідно виробникам продуктів харчування.

Маркування на продукті зовсім не означає, що їжа принесе шкоду людині. Тим часом багато покупців її розцінюють як небезпечний сигнал.

Генетично змінені рослини - які вони?

У Росії пройшли реєстрацію і необхідні перевірки всі 10 видів трансгенних рослин. До них належать:

  • соя двох видів;
  • кукурудза п'яти різновидів;
  • картопля двох сортів;
  • буряк;
  • цукор з цього буряка.

На Заході генномодифіковані товари мають наклейки, ними завалені прилавки магазинів. У Росії теж багато подібних продуктів, хоча відповідного маркування на них немає. Однак всі ці товари привезені з інших країн. У Росії генетично перетворені культури зустрічаються поки тільки в наукових експериментах. Непідробну гордість для вчених представляє картопля, від якої гинуть картопляні листоїди.

Екологи виступають проти подібної картоплі. Проведені дослідження, які показали, що від поїдання такої картоплі у щурів змінюється формула крові, співвідношення органів тіла, виникають різні патології. Втім, на думку вчених, це не привід відкидати галузь в цілому.

Трансгенні розробки набагато простіші за селекційні методи, а часом і безпечніші. Трансгенні продукти коштують значно дешевше натуральних, тому користуються попитом у слаборозвинених держав. У перспективі натуральні овочі та м'ясо стануть товаром маленьких магазинів з високими цінами.

Переваги та недоліки генетично змінених рослин

Є дві протилежні думки про цінність трансгенних технологій. Одні вчені вважають трансформацію генотипічних даних абсолютно безпечною для організму людини і дуже корисною для розвитку сільського господарства. Інші вважають, що результат таких трансформацій покаже себе лише через багато років.

Поява трансгенних рослин також розділила світ навпіл. Серед тих, хто за, - США, Канада, Австралія, Аргентина і багато інших. Проти виступає Європа і безліч країн з відсталою системою землеробства.

Аргументом проти трансгенних рослин є думка, що такі культури з часом самі перетворяться на невикорінні бур'яни або будуть з'єднуватися з іншими посадками, забруднюючи навколишнє середовище. Звичайно, це цілком можливо.

Ситуація в світі і в Росії

На європейських прилавках генномодифіковані товари зустрічаються дуже рідко. Державна влада приймає суворі закони, що зобов'язують маркувати такі продукти. Існують також норми щодо ДНК. Подібна позиція Європи носить політичний і економічний характер.

У Росії подібних законів поки немає. Втім, немає і законів, що дозволяють садити геннозмінені культури. Можна вести розробки з отримання нових сортів, а також дозволено завозити геннопреосвічені продукти з іноземних держав. У Росію імпортуються трансгенні соя і кукурудза.

Громадську думку на ситуацію з геннозміненими товарами формують представники ЗМІ. Вони роздмухують скандали і займають бік ворогів геннопреосвіченої продукції. Наукові докази безпеки її при цьому залишаються в тіні.

Чи є привід для занепокоєння?

Будь-які рослини, піддані генетичній трансформації, проходять обов'язкові перевірки на безпеку, перш ніж отримати дозвіл на масове застосування. Державні відомства досліджують екологічні та токсикологічні ризики при вирощуванні даних культур. Жодних серйозних небезпечних наслідків після вживання генномодифікованих продуктів досі не зареєстровано.

Генна інженерія пропонує досить райдужні перспективи: трансгенні рослини не хворіють і не гниють. Але не варто забувати і стародавню приказку: «Природа не терпить порожнечі». Куди подітися хворобам і шкідникам? Невже паразити залишаться без їжі і вимруть? До чого призведе подібне явище, поки неясно.

На думку противників трансгенних технологій, інженери-генетики здійснюють насильство над природою. Вони, на відміну від селекціонерів, переміщують будь-які гени в будь-яких напрямках, що неминуче призведе до сумних наслідків. Втім, свого часу і лікарів-хірургів звинувачували за зухвалість втручатися в людське тіло, а сьогодні медицина зробила крок далеко вперед, і дії лікарів ні в кого не викликають суперечок.

Як би там не було, зупинка прогресу неможлива. Ймовірно, використання трансгенних рослин - це недалеке майбутнє сільськогосподарської промисловості. Причому розробки генної інженерії зможуть допомогти сільському господарству вийти з багатьох скрутних ситуацій. А нові біотехнології забезпечать вирішення й інших проблем (продовольчих, технологічних і політичних).

Тепер стає зрозуміло, що таке трансгенні рослини (ГМР), навести приклад і відповісти на це питання зможе будь-який читач статті.