Методичні рекомендації для самостійної роботи студентів спеціальності „Педагогіка вищої школи з методики навчання з циклу дисциплін з агрономії



Скачати 25.74 Mb.
Сторінка30/49
Дата конвертації14.03.2017
Розмір25.74 Mb.
ТипМетодичні рекомендації
1   ...   26   27   28   29   30   31   32   33   ...   49

Викладач звертає увагу у презентації лекції на значення первинної ланки насінницва-розсадники, демонструючи особливе значення цього етапу розмноження насіння. 8. Розмножити насіння нових самозапилених ліній, стерильних аналогів, сортів і гібридів сорго. Насінництво серед багатьох заходів, що підвищують урожайність сільськогосподарських культур, в тому числі і сорго (зернового, віничного, силосного чи кормового, ССГ і Суданської трави), є одним з основних, що дає можливість використання на посів насіння з високими сортовими якостями. Насінницька робота починається в первинних ланок насінництва з оригінальним насінням: в розсадниках відбору, насіннєвих розсадниках, а потім і на ділянках розмноження елітного насіння. У розсаднику добору особлива увага приділяється типовості родин, сорту або лінії, стерильності стерильних аналогів і фертильності їхніх закріплювачів стерильності.

Ця робота проводиться за допомогою індивідуального, індивідуально-сімейного, індивідуально-групового й масового доборів; сортових і видових прополок, контролем за ступенем стерильності материнських форм. Від якості роботи на даному етапі залежить чистосортність нового або районованого сорту. Тому в насінництві всі заходи спрямовані на одержання насіннєвого матеріалу не тільки високої чистоти, але й вирівняності по важливим морфологічним властивостям і господарсько-цінним ознакам. Цим і займаються співробітники проблемної НІ лабораторії сорго в первинному насінництві.


Розсадник відбору закладається 1 раз в 4 роки. Тому ми щорічно в насіннєвому розсаднику проводимо масовий добір типових рослин для закладки на наступний рік того ж насіннєвого розсадника.

У звітному році в розсадниках відбору розмножувалися: стерильний аналог зернового сорго і закріплювач стерильності до нього: Орана 10С і Орана 10Ф, Перспектива 80с і Перспектива 80Ф; стерильний аналог цукрового сорго і закріплювач стерильності до нього ГОС 11С і ГОС 11Ф; сорт зернового сорго сориз Анна; сорти віничного сорго Вавіген 100 та Українське 20 і лінія цукрового сорго Південне. Цим матеріалом у майбутньому будуть закладатися насіннєві розсадники для одержання суперелітного насіння.

У насіннєвих розсадниках проводилося розмноження оригінального насіння супереліти районованих сортів і нових самозапилених ліній, а на ділянках гібридизації - гібридів першого покоління на стерильній основі різних напрямків використання. Всі посіви апробовані, оформлені акти апробації, затверджені Міністерством і Республіканською насінною інспекцією Криму.

На даний момент заготовлено, і поки зберігається в снопах масовий відбір по сортах і лініям сорго різного напрямку використання. Серед цукрового сорго це Кримське солодке (Пам'яті Шепеля), Кримське 15, Цукрове 372; суданської трави - Фіолета, Чародійка; віничного сорго сорту Українське 30 (Скіфське).

В 2009 році було зібрано і доведено до насіннєвих кондицій наступна кількість насіння еліти:

Крупинка 10388 кг

Бурана 24С х Крупинка 1080 кг

Іскра 2С х Крупинка 1065 кг

Кримбел1667 кг

Коричнева 11С 186 кг

Коричнева 11Ф40 кг

Іскра 2С745 кг

Іскра 2Ф150 кг

По сортах цукрового сорго на даний момент точних цифр немає. Сорти Кримське 15 і Пам’яті Шепеля проходять доробку насіннєвого матеріалу (обмолот волотей комбайном безпосередньо на сушарках, очистка сортування насіння на насіннєочищувальних машинах і закладка на зберігання).

Насіння, яке було отримано в насіннєвих розсадниках, на ділянках гібридизації направляються згідно рознарядок, Інституту експертизи сортів рослин України, на сортодільниці для випробування, вищим навчальним закладам і науково-дослідним установам для зонального випробування, дослідним станціям для промислового насінництва й реалізуються господарствам півдня України для насінницьких і виробничих посівів.

Отже, за результатами виконаної в 2009 р. науково-дослідної роботи, проведених польових дослідів, фенологічних спостережень, біометричних вимірів, обліків і польових оцінок, на підставі узагальнення, аналізу, статистичної обробки отриманих даних можна зробити наступні висновки:

1. Агрометеорологічні умови 2009 року у період вегетації сорго різного напряму використання можна віднести до екстремальних по температурному режиму й ступеню зволоження. Рік був вкрай посушливим з високими температурами. Все це в певній мері позначилося на рості, розвитку й продуктивності сорго. Сорго сформувало у звітному році порівняно низькі врожаї як зерна так і зеленої маси.

2. Тривало вивчення, розмноження, збереження зразків сорго для формування нового вихідного матеріалу і використання його надалі для селекційного процесу. Всього у вивченні перебувало 1360 зразків і ліній соргових культур різного напрямку використання: 279 - в гібридному розсаднику, 231 - у селекційному, 678 - у розсаднику самозапилених ліній і 172 - у розсаднику стерильних аналогів. Кращі з них з комплексу господарсько-цінних ознак, комбінаційній здатності й реакції на ЦЧС, будуть включаться в гібридизацію для створення нових сортів і гібридів.

3. У попередньому і конкурсному випробуваннях вивчалися нові сорти й гібриди зернового, цукрового, харчового, віничного сорго, суданської трави й сорго-суданкові гібриди, у тому числі: 31 сорт і гібрид цукрового сорго; 7 сортів суданської трави й 15 сорго-суданкових гібридів; 7 сортів віничного сорго; 36 сортів харчового сорго й 34 гібрида зернового сорго й до них 8 самозапилених ліній - відновлювачів фертильності.

Проведено їхню комплексну оцінку на посухостійкість, стійкість до поразки хворобами, ушкодженню шкідниками, на продуктивність і інші показники.

4. Серед сорго-суданкових гібридів і суданської трави в розсаднику попереднього випробування врожайність зеленої маси за 3 укоси склала 208 - 306,3 ц/га. Ймовірного перевищення над стандартом (51,06 ц/га) у нових гібридів не було. Однак слід виділити комбінації Коричнева 11С х Фіолета, у якої врожайність зеленої маси склала 301,3 ц/га і Іскра 2С х Сорокалета - 306,3 ц/га; перевищення над стандартом відповідно 39,3 ц/га і 44,3 ц/га, чи і 16.9%. У сортів суданської трави ймовірного перевищення над стандартом - сортом Фіолета за три укоси не спостерігалося, всі значення були в межах помилки досліду.

При визначенні врожайності сіна за три укоси серед сорго-суданкових гібридів кращими були: Коричнева 11С х Фіолета (86,5 ц/га), Коричнева 11С х Сорокалета (72,4 ц/га) та Іскра 2С х Сорокалета (73,5 ц/га). В цілому урожайність повітряно-сухої маси у гібридів склала 57,7-86,5 ц/га.

Серед сортів суданської трави по врожайності сіна за три укоси перевищення над стандартом Фіолета (56,2 ц/га) не спостерігалося.

5. У середньостиглій групі цукрового сорго 5 зразків перевищили стандарт по врожайності силосної маси: Золотава 65С х Кримський солодкий (326 ц/га), Цукрове 14 (333 ц/га), Кормовий 220 (343 ц/га), Янтар ранній (350 ц/га) і Цукрове 350/3 (343 ц/га). Перевищення над стандартом склало 48-72 ц/га або 17,3-25,9%, при врожайності районованого сорту Кримське 15 - 278 ц/га. Решта сортів і гібридів цукрового сорго була на рівні стандарту або ймовірно нижче за нього.

Серед гібридів пізньостиглої групи тільки один гібрид цукрового сорго перевищив стандарт сорт Кримське 15, це Бурана 24С х Кримське 15, при врожайності 439 ц/га перевищення склало 112 ц/га або 79%.

6. Аналіз головних параметрів якості сировини віничного сорго показує, що як урожайність надземної маси, так і врожайність волотей (технічної сировини), а, отже, і врожайність насіння у звітному, посушливому році була на порядок нижчою, чим у вологий рік і склала: технічної сировини 50,2 ц/га (Вавіген 115) - 81,6 ц/га (Вавіген 100); насіння - 11,0 - 26,5 ц/га. Ймовірне перевищення над стандартом сортом Українське 20 забезпечив по технічній сировині тільки один сорт Вавіген 100, а по насінню перевищення не спостерігалося.

7. У попередньому випробуванні харчового сорго "Крупинка" урожайність сортів варіювала від 13,5 ц/га (Кримакса) до 26,0 ц/га (Рисорго 534/3). Ймовірного перевищення над стандартом не було (НІР05 = 2,3 ц/га). У стандарту, сорту Кримбел урожайність зерна у звітному році склала 24,9 ц/га.

8. У конкурсному випробуванні зернового сорго гібридів першого покоління, що перевищили врожайність зерна за стандарт Кримдар 10 (26,5 ц/га) на ймовірну величину було 10 гібридів, тобто, у них виявився трансгетерозис. Найвищий ефект трансгетерозису (конкурсного гетерозису) відмічено у гібридів: Коричнева 11С х Кримбел - 6,8 ц/га, або 25,3%, при врожайності зерна 33,2 ц/га; Бурана 24С х Крупинка 10 (НАШ) - 5,7 ц/га, чи 21,5%, з урожаєм 32,2 ц/га; Коричнева 11С х Анна - 5,6 ц/га, або 21,1%, з урожаєм 32,2 ц/га,

9. Виділені зразки цукрового сорго з високим змістом цукру, проведена їх попередня оцінка на врожайність з метою подальшого глибокого вивчення і розмноження кращих.

10. Після багаторічних досліджень, оцінок і бракувань виведений продуктивний сорт цукрового сорго Пам'яті Шепеля й гібрид сориз - НАШ, які за результатами попереднього й конкурсного випробувань передані до Державної служби по охороні сортів рослин України для реєстрації. З 2008 року сорт Памяті Шепеля занесений до Реєстру сортів України.

11. У розсадниках відбору, насіннєвих розсадниках розмножені оригінальні насіння й насіння супереліти нових і районованих сортів і гібридів, а також відновлювачів фертильності, стерильних аналогів і їхніх закріплювачів стерильності для закладки ділянок гібридизації в майбутньому; на ділянках гібридизації - розмножено насіння гібридів першого покоління на стерильній основі різних груп використання: зернового, харчового, цукрового, віничного й трав'янистого сорго (суданської трави й сорго-суданкових гібридів). У цілому зібрано 8210 кг бункерної ваги й зерна в волотях. На даному етапі ведеться доробка насіннєвого матеріалу (обмолот волотей комбайном безпосередньо на сушарках, очистка сортування насіння на насіннєочищувальних машинах і закладка на зберігання).

В кінці лекції викладач узагальнює і систематизує матеріал у вигляді схем, малюнків, опорно-інформаційних схем та чітко дає відповіді на поставлені студентам питання проблемного характеру та дискусію з ними.



Викладачу доцільно придержуватись вимог до дисципліни, а отже і рекомендовану літературу подавати в кінці кожної лекції.

Література.

1. Агроклиматический справочник по Крымской области. - Л., 1960. - 135 с.

2. Л. Болдирєва, В. Філатова, В. Бритвін Звіт про науково-дослідну роботу „Вихідний матеріал для селекції сорго різного напряму використання/НУБіПУ, 2009.-20 с.

3.   Болдырева Л.Л. Изучение веничного сорго как основной культуры для производства веников. // Сельскохозяйственные науки. - Вып.100. - Симферополь, 2007. - С.137-143.

4.   Болдырева Л.Л. Новые сорта сорго для возделывания в Крыму. // Сельскохозяйственные науки. - Вып.94. - Симферополь, 2006, С.67-71.

5.   Болдырева Л.Л. Сорта памяти Шепеля и НАШ. Збірник наукових праць VІІІ з`ізду Українського товариства генетиків і селекціонерів ім. М.І. Вавилова: Досягнення і проблеми генетики, селекції та біотехнології. -Т 2. - Київ. - Логос. 2007. - С.32-34.

6.   Болдырева Л.Л., Бритвин В.В. Итоги и перспективы развития селекции сахарного сорго в Крыму. // Сельскохозяйственные науки. - Вып.108., Симферополь, 2008, - С.102-108.

7.   Болдырева Л.Л., Бритвин В.В. Сахарное сорго - универсальная культура. // Сельскохозяйственные науки. - Вып.104. - Симферополь, 2007. - С.167-174.

8.  Болдырева Л.Л., Бритвин В.В., Филатова В.Д. Морфологические, биологические и технологические особенности сорго пищевого - сориз. // Сельскохозяйственные науки. - Вып.100. - Симферополь, 2007, - С.159-165.

9.  Доспехов Б.А. Методика полевого опыта. - М.: Колос, 1979. - 416 с.

10.   Еримизин Н.Н. Гетерозис у гибридов сахарного сорго // Сельскохозяйственные науки: Научные труды Крымского ГАУ. - Симферополь, 1999. - Вып.58, ч.1. - С.40-47.

11.       Изотов А.М., Болдырева Л.Л., Тарасенко Б.А., Бритвин В.В. // Итоги селекции сорго-суданковых гибридов и суданской травы в условиях Крыма. // Сельскохозяйственные науки. - Вып.107., Симферополь, 2008, - С.71-74.

12.       Методика проведення дослідів по кормовиробництву / Під ред. проф.А. О Бабича. - Вінниця, 1994.

13.  Шепель Н.А., Болдирєва Л.Л., Филатова В.Д., Шепель С.Н. Віникове сорго - технологічні особливості вирощування та ринкові перспективи // Агроном. - 2004. - № 4. - С.11-16.

Запитання для самоконтролю:

а) ключові поняття: мета лекції, мета семінару, мета практичної роботи, мета лабораторної роботи, мета аудиторної самостійної роботи, мета поза аудиторної самостійної роботи, виховна мета, розвивальна мета, навчальна мета, ієрархічні цілі, лекція – візуалізація.

б) тест задача: „Ви – викладач спеціальних дисциплін, доведіть, що навчальна мета залежить від форми організації заняття, а не від виду заняття?”



1.3. Оптимальні методи навчання з теми „Біотехнологічні методи і генна інженерія”

Викладач проводить актуалізацію теми, звертаючи увагу на терміни „метод” та „оптимізація”.



Н.В. Басова указує, що існує більше 200 визначень поняття «метод».

Саме слово метод в перекладі з грецького означає дослідження, спосіб, шлях до досягнення мети. Так, наприклад у філософському словнику наголошується: «метод - в найзагальнішому значенні - спосіб досягнення мети, певним чином впорядкована діяльність».

Герберт Нойнер і Ю.К. Бабанський під методом навчання розуміють "послідовне чергування способів взаємодії вчителя і що вчаться, цілі за допомогою опрацьовування учбового матеріалу".

М.Н. Скаткін дає наступне визначення: «Метод навчання припускає, перш за все, мету вчителя і його діяльності засобами, що є у нього. В результаті виникає мета учня і його діяльності засобами, що є у нього».

Зі всього вищесказаного можна зробити висновок, що метод - це поєднання способів і форм навчання, направлених на досягнення певної мети навчання. Таким чином метод містить спосіб і характер організації пізнавальної діяльності студентів.

Термін «оптимальний» (від латін. слова optimus - якнайкращий) - найбільш відповідний певним умовам і завданням. Звідси під оптимізацією в широкому значенні цього слова розуміють процес вибору якнайкращого варіанту рішення будь-якого завдання за даних умов. Відповідно оптимізацією навчання називають науково обгрунтований вибір і здійснення якнайкращого для даних умов варіанту навчання з погляду успішності рішення його завдання і раціональності витрат часу студентів і викладачів.

Теорія і методика оптимізації навчання є одним з елементів загальної теорії наукової організації педагогічної праці (НОПП), яка припускає науково обгрунтоване планування і нормування праці, чіткий розподіл функцій і координацію зусиль, створення необхідних умов, вибір оптимального варіанту діяльності, оперативне стимулювання, регулювання, контроль і облік, а також перспективність педагогічної праці. Без вибору оптимального варіанту наукова організація навчання практично неможлива.

План. Методика навчання питань:

1. Перспективи використання біотехнології та генної інженерії в селекції рослин.

2. Генетичні та селекційні критерії ефективності трансформації крохмалю в біоетанол у сортів та гібридів зернових культур.

3. Розробка та застосування технологій in vitro для розмноження і збереження біологічного різноманіття.

Починати лекцію необхідно з ключових понять, а саме: методи навчання, оптимізація навчання, принцип оптимальності, лекція удвох, проблемна лекція.

Принцип оптимальності як один з принципів НОПП вимагає, щоб процес навчання досягав не просто дещо кращого, а якнайкращого для даної ситуації рівня свого функціонування. Він виступає проти гіперболізування і недооцінки окремих методів, прийомів, засобів, форм навчання, проти шаблону і трафарету в навчанні, проти перевантаження студентів і викладачів через складність навчання або дуже швидкого темпу вивчення навчального матеріалу.

Принцип оптимальності пред'являє вимоги розумності, раціональності, відчуття міри в застосуванні всіх елементів навчального процесу. Він зведений до максимально можливих результатів при мінімально необхідних витратах часу і зусиль. У цьому полягає його велике гуманістичне значення.

Оптимальо вибрані методи навчання можливі з огляду на : рівень розвитку студентів, рівень педагогічної майстерності викладача, забезпечення технічними засобами навчання.

Викладач пропонує вид лекції- лекція удвох.

У цій навчальни лекції удвох й матеріал проблемного змісту дається студентам в живому діалогічному спілкуванні двох викладачів між собою. Тут моделюються реальні професійні ситуації обговорення теоретичних питань з різних позицій двома фахівцями, наприклад теоретиком і практиком, прихильником або супротивником тієї або іншої точки зору і т.п.

1. Перспективи використання генної інженерії в селекції рослин.



Викладач наголошує, що нині в біотехнології сформувалось два напрями – прикладна молекулярна і клітинна біологія та промислова мікробіологія. В Україні й нині реалізується комплексна програма „Біотехнологія”, мета якої - розробка теоретичних і практичних досліджень з клітинної інженерії, одержання регенератів із тканинних культур, створення селекційних середовищ і умов добору на рівні клітин.

Для створення умов для евристичної бесіди між викладачами та студентами, ставиться запитання проблемного характеру: „Чому нині вважається розвиненою країна та, де на державному рівні велика увага приділяється біотехнології, а саме, генній інженерії, хоча дорожчі харчові продукти ті, де немає ГМО?” Викладач наголошує, що на лекції будуть вирішуватись виробничі ситуації і запрошений викладач та студенти будуть брати в дискусії участь. Найактивніші студенти отримають додатковий бал.

Одним із труднощів проведення лекції удвох є звична для студентів ситуація, коли лекцію проводить один викладач, інформація поступає тільки від одного джерела. Дві позиції, пропоновані лекторами, іноді викликають неприйняття самої форми навчання. Щоб зняти дані труднощі - лекцію доцільно проводити у вигляді рольової гри, коли запрошений викладач грає роль вченого, а студенти - роль фахівців, тобто форму проведення лекції потрібно заздалегідь обговорити із студентами.

Викладач звертає увагу, що сьогодні вдалося регенерувати цілі рослини з колоса кукурудзи, сорго, рису, пшениці., вівса. Розроблено методи стійкого бульбоутворення у рослин картоплі, вирощених у пробірці in Vitro з меристеми для оздоровлення посівів цієх культури від вірусів.

Найбільше значення нині має відтворення рослин з окремих клітин і протопластів (клітин без оболонки). Виявлено, що регенеруюча здатність – генетична ознака і не кожен генотип має необхідний для регенерації набір генів.

Регенерація злаків із протопластів відкриває великі можливості для соматичної гібридизації. Основні напрями соматичної гібридизації у рослин такі:

1. Реконструкція цитоплазматичних генів. Створення гібридів, які несуть частину цитоплазми вихідних клітин.



2. Подолання статевої несумісності у рослин. Соматична гібридизація допомагає подолати барєр при скрещуванні віддалених форм організмів.

    1. Перенесення фрагментів хромосом. Передача культурному сорту-реципієнту кількох цінних генів дикого виду – донора. Робота в цьому напрямі проводиться в м. Мічурінськ, Нікітському ботанічному саду.

Гаплоїдні рослини виводять із пиляків чи пилку або з незапліднених насінєвих зачатків. Обробкою колхіцином набір хромосом подвоюють. Методом культури гаплоїдів у короткий строк одержують гомозиготні чисті лінії з цінними якостями. Успішно працюють вчені в селекційно-генетичному інституті в м. Одеса, Інституті картоплярства в м. Київ.

Як шлях поліпшення культурних рослин- генна інженерія, яка включає рекомбінацію генетичного матеріалу на базі генетичних карт хромосом, заміщення хромосом одного виду хромосомами іншого виду; використання клітинних методів. Суть методу генної інженерії полягає в тому, що він дає можливість вводити в організм окремі гени.

Використання будь-якої генно-інженерної програми передбачає одержання фрагментів ДНК, які несуть потрібний ген, об’єднання їх в in Vitro з векторними молекулами, здатними забезпечити доставку гена в організм реципієнта, створення умов для стабільного успадкування.

Перенесення генетичного матеріалу в клітину рослин можливе за допомогою плазмід (кільцеобразних молекул ДНК, які реплікуються автономно від хромосоми). Рослини зі сторонніми генами (нові сорти з цінними господарськими властивостями) або трансгенні рослини впроваджуються в сільськогосподарську практику. Нині виділені гени з картоплі (патанін), квасолі (фазеолін), гороху (легумін), кукурудзи (зеїн), які становлять основу для кормів тварин.



Подальший напрям генно-інженерних робіт – створення гербіцидостійких видів культурних рослин.

Повну відповідь на запитання проблемного характеру можна буде дати після викладення всього матеріалу лекції, тому викладач лише акцентує увагу студентів на елементи відповіді та сприяє виникненню евристичної бесіди.

Виклад матеріалу другого питання плану: 2. Генетичні та селекційні критерії ефективності трансформації крохмалю в біоетанол у сортів та гібридів зернових культур, доцільно розпочати, створивши виробничу ситуацію, де завданням буде: розробка нового напряму селекції на створення сортів зернових культур технічного використання для виробництва біоетанолу.

Мета роботи. Робота спрямована на розробку нового напрямку селекції на створення сортів зернових культур технічного використання для виробництва біоетанолу. Цей напрямок передбачає залучення спеціального генетичного матеріалу, використання спеціальних методів оцінки зерна, об’єктивних критеріїв добору та оцінки селекційного матеріалу на високу ферментабільність. Визначення серед зернових культур найбільш ефективних джерел сировини для біоетанолу по його виходу та ефективності трансформації крохмалю в спирт. Створення нових генотипів зернових культур, адаптованих для виробництва біоетанолу.

Наукова новизна. Визначення критеріїв добору селекційного матеріалу зернових культур на високу ферментабільність. Дослідження впливу біохімічних властивостей крохмалю: амілазного комплексу, гранулометричного складу, співвідношення полісахаридів - амілоза/амілопектин на ефективність трансформації крохмалю в спирт.

  1. Розробка нової ефективної системи методів оцінки вихідного матеріалу в процесі селекції спирто-дистилятного напрямку.

  2. Дослідження сучасних комерційних сортів та гібридів зернових культур за розробленою системою на предмет використання для виробництва біоетанолу та визначення ефективності трансформації крохмалю в спирт в залежності від сорту та генотипу зернових культур.

  3. Створення генетичного матеріалу із залученням нових генів та генетичних систем, які раніше в селекції не використовувалися.

  4. Виділення та рекомендації в виробництво перспективних ліній селекційного матеріалу зернових культур з максимальною ефективністю трансформації крохмалю в спирт.

  5. Визначення параметрів якості сортів та гібридів зернових культур для спирто-дистилятного напрямку.

Викладач наголошує, що під час лекції удвох потрібно прагнути до того, щоб діалог викладачів між собою демонстрував культуру сумісного пошуку рішення розігруваної проблемної ситуації, із залученням до спілкування студентів, які ставлять запитання, виказують свою позицію, формують своє відношення до обговорюваного матеріалу лекції, показують свій емоційний відгук на те, що відбувається.

Практичне значення. Незважаючи на прогресивний розвиток світової селекції, селекція основних польових культур в Україні та СНД таких як пшениця та кукурудза зосереджена головним чином на створенні сортів та гібридів традиційного використання. Така ситуація пояснюється кількома причинами, серед яких основними є: а\ відсутність належного фахового рівня оцінки сучасного стану та перспектив розвитку селекції і технологій переробки зерна, б\ відсутність в селекційних програмах нового генетичного матеріалу з докорінно іншими біохімічними та технологічними параметрами, в\ консерватизм, застаріла технічна, законодавчо-нормативна база та надто глибока політизація в зернопереробній, і особливо, хлібопекарській галузі, г\ відсутність належної фахової взаємодії між селекцією та зернопереробними галузями.

В той же час умови конкурентного ринку примушують зернопереробну галузь пристосовуватися до потреб ринку, розробляти нові види продуктів з зерна. Сучасний світовий ринок енергоресурсів вимагає поруч з традиційними видами енергії використання нових біологічних видів палива. Використання біоетанолу в Україні дасть можливість суттєво скоротити імпорт нафтопродуктів, підвищити енергетичну незалежність країни, підвищити екологічну безпеку навколишнього середовища. Широке використання біологічних видів палива в Україні в відповідності з принципами екологічно раціонального ведення сільського господарства, що становить основу загальноєвропейської аграрної політики, відкриває нові можливості для стійкого розвитку сільських районів в межах ринково орієнтованої аграрної політики. Розвиток багатофункціональності сільського виробництва і процвітання сільських районів, в свою чергу призведе до створення спільного ринку нових сільськогосподарських продуктів та вступу в ЕС. Розвиток в сфері виробництва біоетанолу також призведе до створення нових робочих місць в сільській місцевості та підвищенню рівня агропромислового комплексу в цілому. Оскільки зернове виробництво в Україні є стабільним і має перспективи нарощування, то в якості сировини для виробництва етанолу використовується зерно пшениці, тритікале, кукурудзи. Проте, сорти зернових культур досить суттєво відрізняються між собою за ефективністю переробки одної тони збіжжя в етанол. Не випадково, в провідних селекційних центрах розвинутих країн ведеться селекція сортів (гібридів) зернових культур, спеціально призначених для виробництва біоетанолу. В реальному індустріальному виробництві біоетанолу фігурують три продукти переробки зерна, які мають комерційну цінність: біоетанол, як основний продукт, сухий зброжений залишок та вуглекислий газ, як побічні продукти.

Звичайно ж, ключовим комерційним продуктом являється біоетанол, хоча й зброжений залишок після ферментації зерна та дистиляції має неабияку кормову цінність для тварин, оскільки містить щонайменше 30-35% цінного добре перетравлюваного білка. Вуглекислий газ в цьому технологічному ланцюгу має органічне походження від переробки натурального продукту, не містить шкідливих синтетичних домішок, і має великий попит в галузі газування харчових напоїв.

Враховуючи перераховані вище обставини було розгорнуто новий напрямок селекції з залученням оригінального генетичного матеріалу зернових культур зі специфічними властивостями крохмалю.

Результати досліджень. Перш ніж повести мову про створення нових сортів зернових культур спеціального призначення, ми зробили оцінку вже існуючих комерційних сортів та гібридів селекції нашого інституту на предмет можливого їх використання для виробництва біоетанолу.

Крохмаль зерна – основний продукт, який під дією гідролітичних ферментів трансформується в етанол. За вмістом крохмалю вивчені сорти зернових культур мали показники, наведені в таблиці 1.

З таблиці можна бачити, що в середньому найвищий вміст крохмалю в зерні мають сорти соризу та гібриди кукурудзи. Сорти озимої пшениці займають проміжне положення, а сорти озимого тритікале поступаються за цим показником сортам інших культур.

Таблиця 1.


Хоча, звичайно ж, інтервал коливання між сортами за вмістом крохмалю досить значний, впритул до перекриття мінімальних та максимальних показників між окремими культурами.


Таблиця 2.

Як і очікувалося, у сортів соризу та гібридів кукурудзи зафіксовано найвищі показники виходу біоетанолу на одну тону сухого збіжжя. Але, знову ж таки, деякі сорти озимої пшениці мали вихід етанолу вищий, ніж деякі гібриди кукурудзи. В той час як деякі сорти пшениці поступалися за виходом біоетанолу кільком сортам тритікале.

Ця картина наглядно показана в таблиці 2. Як видно, гібриди кукурудзи переважають інші культури за показником виходу біоетанолу з 1 тони завантаженого в реактор-ферментатор збіжжя, особливо пшеницю та тритікале. Різниця між крайніми варіантами перевищує 70 літрів етанолу з однієї тони переробленого збіжжя на користь кукурудзи. Наші дані знаходяться у повній відповідності з висновками інших відомих нам досліджень у цьому напрямі.

Переваги пшениці над іншими культурами стають більш очевидними, якщо врахувати показник ефективності трансформації крохмалю зерна пшениці в біоетанол, а саме, вихід біоетанолу на 1000 кг крохмалю (див. рис. 4). Можна бачити, що за цим показником, який може використовуватися як важливий критерій в селекції, сорти пшениці значно, а деякі генетичні лінії і суттєво, переважають всі інші культури, в т.ч. і кращі гібриди кукурудзи.



Рис. 1. Вихід біоетанолу (Л/1000 кг крохмалю) у восьми довільно взятих сортів пшениці, тритікале, соризу та гібридів кукурудзи.

Таким чином, проведені нами дослідження свідчать про те, що сорти пшениці, тритікале, соризу та гібриди кукурудзи суттєво відрізняються між собою за показниками виходу біоетанолу з одиниці збіжжя, ефективності трансформації крохмалю в біоетанол та іншими показниками якості продуктів спирто-дистилятного виробництва.

Тому, при плануванні максимально економічно ефективного виробництва біоетанолу слід враховувати сортові розбіжності не лише за вмістом крохмалю, а й за показниками ефективності трансформації збіжжя в біоетанол.

Були проведені дослідження біохімічних властивостей крохмалю: амілазного комплексу, гранулометричного складу, співвідношення полісахаридів - амілоза/амілопектин. Крохмаль різних зернових культур досить суттєво відрізняється за розмірами та формою крохмальних гранул (рис.2).

Б


А

А

В


Г


В

Р


Д
ис. 2. Крохмальні гранули пшениці (А), ячменю (Б), кукурудзи (В), трітікале (Г), проса (Д).
Фізико-хімічні властивості крохмалю зернових культур залежать від багатьох факторів. Один з найголовніших є, звичайно, розмір та форма крохмальних гранул.

Таблиця 3


Розмір крохмальних гранул зернових культур


Культура

Середній розмір гранул, мкм

Мінімальне та максимальне значення

Пшениця

27

20 - 35

Ячмінь

23

20 - 25

Кукурудза

13

10 - 15

Трітікале

24

20 - 28

Просо

9

3 - 14

НСР 0,05 3,8

НСР 0,01 5,9


У пшениці, ячменю й тритикале крохмальні гранули дуже схожі як розміром так і формою. Їхній середній розмір - від 24 до 27 мкм. Гранули крохмалю проса схожі з гранулами крохмалю кукурудзи, за виключенням того, що гранули крохмалю проса менші – в середньому близько 9 мкм в діаметрі (табл. 3).

Очевидно, що дрібні гранули крохмалю у порівнянні з великими характеризуються більшою площею поверхні на одиницю маси. Такий тип гранул легше піддається механічному руйнуванню під час розмелу, що, в свою чергу, збільшує атакованість ферментами на шляху перетворення крохмалю в біоетанол.

Іншим не менш важливим фактором, від якого залежать фізико-хімічні властивості крохмалю зернових культур, є співвідношення його двох складових: амілози та амілопектину (табл.4).


Таблиця 4

Вміст амілози в крохмалі зернових культур


Культура

Вміст амілози в крохмалі,

%


Мінімальне та максимальне значення

Пшениця

21,6

18,2 – 25,0

Ячмінь

23,2

18,3 – 28,0

Кукурудза

24,4

23,7 – 25,0

Трітікале

24,4

22,8 – 26,0

Просо

18,7

17,0 – 20,4

НСР 0,05 2,2

НСР 0,01 3,3



Співвідношення амілоза / амілопектин у крохмалі певною мірою визначає технологічні властивості крохмалю. Під час помелу зерна з низьким вмістом амілози відсоток зруйнованих крохмальних гранул значно вищий, ніж у зерна з високим вмістом амілози що збільшує атакованість ферментами на шляху перетворення крохмалю в біоетанол. За коротший проміжок часу амілази активно гідролізують крохмаль до низькомолекулярних сахаридів, створюючи таким чином сприятливі умови для високої активності ферментів. .

Для виробництва спирту добре підходить пшениця ваксі з нульовим вмістом амілози. Крохмаль такої пшениці на сто відсотків складається з амілопектину і характеризується специфічними біохімічними та фізичними властивостями. Лінії пшениці ваксі в порівнянні із звичайними сортами пшениці забезпечують значно вищий вихід спирту. Тому було вивчено та залучено в селекційний процес гени з фенотипом ваксі, що кодують біосинтез ключового ферменту крохмальних гранул зерна пшениці, який приймає участь у каталізі реакцій синтезу крохмалю зерна. Цей фермент має назву granule-bound starch syntase, або скорочено GBSS. Пшениця ваксі має унікальні властивості крохмалю завдяки повному генетичному блокуванню біосинтезу амілози – одного з двох складових полімерів залишків молекул глюкопіранози. Крохмаль пшениці ваксі складається на 100% з амілопектину, тоді як у звичайної пшениці амілопектин і амілоза складають відповідно 75% та 25%. Як свідчить світовий досвід пшениця ваксі має великі перспективи в плані використання зерна для виробництва харчового спирту та технічного біоетанолу.

За розробленою нами системою оцінки якості з урахуванням розроблених критеріїв було проведено добір серед оригінального селекційного матеріалу, який включає в себе пшеницю зі специфічними біохімічними та фізичними властивостями крохмалю – пшеницю ваксі (waxy).

Селекція пшениці ваксі була розпочата зі схрещувань озимого сорту Куяльник з серією з 12 ліній ярої пшениці «ваксі». Більше половини комбінацій схрещування вже в другому поколінні розщеплення були вибракуванні як селекційно непридатні через надто примітивний тип рослин.. Було ізольовано кілька ліній «ваксі» з озимим типом розвитку для попереднього вивчення впливу крохмалю ваксі стосовно спирто-дистилятного напрямку.

Починаючи з F5/6 поколінь, були розпочаті спершу польові добори селекційних форм. В поточному році нами було відібрано, ідентифіковано 16 перспективних ліній Ваксі для більш повного та детального лабораторного аналізу.
Таблиця 5
Технологічна характеристика досліджуваних ліній Ваксі



Лаб. №


Вміст крохмалю, %

Вихід спирту із 1 т, л

До ферментації

Після

ферментації



сухого шроту

крохмалю

1

7

8

9

10

Альбатрос од.

69,5

4,6

438,2

540,7

8419

67,0

2,4

429,5

569,3

8421

66,5

2,8

443,4

598,8

8423

68,0

2,8

459,9

596,5

8426

67,1

2,8

442,6

585,1

8428

67,7

1,9

431,0

563,4

8425

71,1

2,2

443,3

546,8

8429

68,6

2,4

434,3

561,5

8430

67,4

2,0

381,1

502,7

8431

68,0

3,0

440,9

576,5

8433

67,4

2,5

439,7

585,2

8435

68,9

4,2

428,9

550,9

8436

69,2

4,0

440,8

559,2

8437

70,1

3,6

438,9

553,5

8438

68,5

3,6

424,6

548,6

8439

70,0

3,6

436,3

552,9

8440

70,4

4,7

422,6

531,3

сер

68,7

3,1

434,3

559,5

За результатами досліджень за вмістом крохмалю до дистиляції досліджувані зразки не відрізнялись від сорту стандарту. А після дистиляції вміст крохмалю значно варіював. Так, у всіх без винятку ліній пшениці Waxy вміст крохмалю був нижчим ніж у стандартного зразка, що свідчить про те, що крохмаль пшениці Waxy значно ефективніше трансформується в процесі ферментації, а тому лінії пшениці ваксі в порівнянні із звичайними сортами пшениці забезпечували значно вищий вихід спирту з однієї тони крохмалю. Так, в результаті технологічного аналізу селекційного матеріалу пшениці Waxy були виділені три лінії, в яких вихід спирту з однієї тони крохмалю перевищував сорт стандарт від 44,4 до 58,1 л. Лінії пшениці ваксі в порівнянні із звичайними сортами пшениці забезпечують значно вищий вихід спирту з однієї тони крохмалю. Також селекційна програма спирто-дистилятного напрямку включає в себе залучення спеціального гена На, інтрогресованого в пшеницю від егілопса тауші. Цей ген приводить до формування специфічної консистенції ендосперму зерна пшениці – екстра м’якозерності.

За результатами Державного сортовипробовування в 2006 році в Україні районовано перший сорт (і перший національний стандарт) бісквітної пшениці «Оксана». Цей сорт створено саме на базі використання гена На. Сорт «Оксана» - це перший в Україні червонозерний (SRW типу за міжнародною класифікацією) сорт серед категорії сортів спеціального використання. Він призначений для виробництва кондитерських виробів та представляє великий інтерес для розвитку селекції спирто-дистилятного напрямку. В поточному році було проведено технологічні дослідження 31 лінії мякозерної пшениці, в порівнянні з сортом стандартом озимої пшениці.

За результатами досліджень було виділено 4 найкращі лінії мякозерної пшениці спирто-дистилятного напрямку. Вихід спирту яких з однієї тони крохмалю перевищував сорт стандарт від 33,4 до 36,2 л. Слід відмітити, що м’якозерність цих ліній перевищувала сорт Оксана, що підтверджує значимість консистенції ендосперму в селекції спирто-дистилятного напрямку.

Таблиця 6

Технологічна характеристика досліджуваних ліній м’якозерної пшениці



Лаб.№

 


Вміст крохмалю, %

Вихід спирту із 1 т, л

До ферментації

Після

ферментації



сухого шроту

крохмалю

Альбатрос Од.

69,5

4,6

438,2

540,7

8151

67,1

2,7

443,3

576,8

8152

68,0

3,4

429,8

555,6

8153

68,3

3,8

436,7

564,0

8154

71,1

3,6

443,1

549,6

8155

68,7

2,8

451,8

574,1

8156

70,5

4,0

434,0

543,5

8161

68,0

2,4

431,0

552,6

8162

66,0

3,1

424,9

563,9

8163

67,0

3,0

419,6

549,9

8165

68,0

2,9

423,1

544,4

8166

69,6

2,8

430,3

542,8

8168

68,5

2,3

432,8

554,2

8169

67,4

3,4

444,9

576,9

8171

66,8

2,2

435,9

573,7

8173

69,0

2,9

435,0

573,7

8174

67,6

3,2

432,9

552,8

8175

67,7

3,2

431,9

561,5

8176

68,1

2,4

430,9

560,7

8177

71,5

3,5

448,7

576,5

8178

69,9

3,4

440,3

541,3

8179

70,5

2,8

431,3

535,9

8180

70,0

3,0

442,8

555,4

8181

68,2

3,2

438,7

564,8

8182

68,2

2,6

438,3

567,4

8196

64,1

3,9

406,3

560,4

8197

66,7

3,8

418,8

555,0

8198

66,4

2,9

417,1

552,1

8200

66,2

3,4

422,0

562,2

8201

66,3

3,1

416,3

555,7

8222

67,0

3,7

418,2

549,9

8224

69,1

2,9

442,3

562,7





Лінія


Вихід спирту з 1 тони крохмалю,

л


+ до стандарту

Додатковий прибуток з 1т крохмалю, грн.*







2

3

4

5




Альбатрос од.

540.7

-

-




8419

569.3

28.6

246.87




8421

598.8

58.1

501.52




8423

596.5

55.8

481.67




8426

585.1

44.4

383.26




8428

563.4

22.7

195.94




8429

561.5

20.8

179.54




8431

576.5

35.8

309.03




8433

585.2

44.5

384.12




8436

559.2

18.5

159.69




В середньому

36.6

315.93



* - із розрахунку вартості 1 тони спирту 8632 гривень

За розробленою системою проводиться оцінка генетично збалансованого вихідного матеріалу Селекційно-генетичного інституту. Виділені найкращі лінії пшениці за розробленими критеріями оцінки, та проводяться їх конкурсні та контрольні випробування для передачі сорту спирто-дистилятного напрямку в систему Державного сортовипробування.

Отже, 1. це єдина в Україні робота, спрямована на створення зернової сировини для ефективного виробництва біоетанолу шляхом цілеспрямованої селекції. А селекція, як відомо, найдешевший шлях створення сортів і гібридів зернових культур спеціально призначених для виробництва технічного біоетанолу, харчового спирту, корму для тваринництва та натурального вуглекислого газу для газованих напоїв. Вирішення питання ефективної переробки зернової сировини в біоетанол і побічні продукти - один із шляхів вирішення проблеми енергетичної незалежності країни.

2. Енергетична незалежність країни має бути пріоритетом діяльності влади. Доцільність запропонованої роботи не викликає сумнівів з огляду на світовий досвід, а своєчасність створення власної вихідної сировини підтверджується сучасними тенденціями розвитку економіки розвинутих країн. Факти говорять за себе. Найбільші споживачі біоетанолу – США, Бразілія, Канада та Европейські країни збільшили обсяги продукції з 17 до 52 білліонів літрів з 2000 по 2007 рік, тоді як минулого року цей показник сягнув 73,9 білліонів літрів. І не дивно, адже переваги біоетанолу не лище в тому, що він походить з відновлювальної сировини, він, використовуваний лише у якості домішку до палива, допомагає зменшити залежність від нафтопостачальних країн.

Але ж користь для енергетики – це лише найбільш наочний приклад, з іншого боку, зростання попиту на біоетанол активізує аграрну економіку. Неабиякє значення мають і його якості як значно екологічнішого типу палива: зменшення вихлопу монооксиду вуглецю, здатність до біодеградації і менша токсичність за викопні сировини.

3. У світових лідерів з виробництва паливного етанолу існують державні програми виробництва біоетанолу. Які результати? У 1999 р., наприклад, Бразилія виробила 6,5 млрд. літрів паливного етанолу, що забезпечило 13% її загальних потреб в енергоресурсах та 19% потреб у рідкому паливі, як результат – заощаджено 35,6 млрд. доларів на купівлі нафтопродуктів. Для США така економія щорічно складає до 2 млрд. доларів. Процес лише набирає оберти, так з 2010 року Европейське співтовариство узаконило використання 5% суміші біоетанолу з усіма видами бензину.


Для України цей напрямок новий, і тим більш важливим видається запропонований у проекті варіант використання у якості сировини саме пшениці.

4. Світовий ринок паливного етанолу грунтується на біотехнологічній переробці цукрів (цукрова тростина) або крохмальвмістної сировини (кукурудза). За умови успішного втілення, запропонований проект забезпечить Україну власною сировиною, а враховуючі унікальні агрокліматичні умови, її буде достатньо як для внутрішнього використання, так і для експортування. Селекція власних сортів дозволить бути незалежними від насіннєвого матеріалу світових лідерів, і бути також експортером високотехнологічних сортів.

5. Ще 2001 р. Андрій Сибірний, директор Інституту біології клітини НАН України, порушував питання необхідності створення державної науково-технічної програми «Біопаливний етанол», наголошуючи на значних економічних та екологічних перевагах вироблення власного біоетанолу. Вважаю, що державна підтримка ініціатив у цій галузі була б ознакою відповідального відношення влади до своєї країни сьогодні, якщо пріоритетом дійсно є незалежність і розвиток, і до майбутніх поколінь.

Лекція удвох примушує студентів активно включатися в розумовий процес. З представленням двох джерел інформації завдання студентів порівняти різні точки зору і зробити вибір, приєднатися до тієї або іншої з них або виробити свою.

Викладач зауважує, що актуальність досліджень не викликає сумнівів. Питання розвитку альтернативних джерел енергії дуже популярне в розвинених країнах світу, проводяться багаточисленні семінари та конференції з цього питання. Так до кінця 2010 р. заплановно близько 16 таких подій. На жаль, в Україні масштабних наукових досліджень в цій галузі небагато, саме тому вважаю представлену роботи цінною і своєчасною. Особливим досягненням роботи вважаю розробку системи оцінки зернових культур спирто-дистілятного напряму. Дотепер в Україні існувала лише система оцінки якості зернових хлібопекарського напряму. Як країна з потужним зерновиробництвом Україна має широкі перспективи по впровадженню результатів представленої роботи.

Викладач зауважує студентам, що виклад третього питання плану, а саме: 3. Розробка та застосування технологій in vitro для розмноження і збереження біологічного різноманіття, дасть можливість в повній мірі відповісти на поставлене запитання проблемного характеру.



Викладач наголошує, що сучасна біотехнологія рослин – сума технологій, які розвинені із молекулярної та клітинної біології рослин – є новою стадією в розвитку технології для розмноження і збереження біологічного різноманіття. За допомогою цих технологій покращення ознак може проходити на рівні індивідуального гену, а окремі гени, що визначають певну ознаку, можуть бути ідентифіковані, по ним може бути проведений відбір, їх можна ізолювати, ввести, виключити або модифікувати в генотипі рослини або в сорті. Внесок біотехнології в народне господарство полягає в полегшенні традиційних методів селекції рослин, розробці нових технологій, що дозволяють підвищити ефективність народного господарства. Методами генетичної та клітинної інженерії створені високопродуктивні та стійкі до абіотичних і біотичних факторів навколишнього середовища рослини. Однією із актуальних проблем є можливість оздоровлення рослин від накопичення інфекцій, що особливо важливо для культур, які розмножуються вегетативно.

Викладач ставить студентіів і запрошеного викладача у виробничу ситуацію: на сучасному рівні ефективне використання таких біотехнологічних методів як культура ізольованих тканин, клітин та органів, клітинна селекція та генетична інженерія, які дають можливість в порівняно короткі строки створити та розмножити цінний вихідний високопродуктивний матеріал.

Викладач підкреслює, що актуальність наукової роботи обумовлена потребою в розробці теорії та сучасних біотехнологій для розмноження і збереження біологічного різноманіття та необхідністю їхнього застосування для поліпшення довкілля, зберігання зникаючих та створення нових сільськогосподарських рослин, прискореного мікроклонального розмноження та оздоровлення цінних генотипів, виявлення та оцінювання поліморфізму ДНК, а також особливостей його виникнення, вивчення структури і еволюції генома та генофондів, використання у таксономії, систематиці та селекції. Зумовлена обмеженням генетичного різноманіття рослин, негативним впливом навколишнього середовища на структурну організацію геному рослин, внеском мутацій у формування фенотипу рослин та необхідністю створювати нові форми рослин з підвищеною адаптивною здатністю в умовах сучасної екологічної ситуації в Україні. Подібні технології на даний час стрімко розвиваються і потребують детального розроблення.

Викладач наголошує, що метою наукової роботи є розробка методів клітинної селекції та індукованого мутагенезу in vitro для одержання рослин з підвищеною стійкістю до несприятливих факторів навколишнього средовища, новітньої біотехнології прямої in vivo адаптації клонованих in vitro рослин на промислових плантаціях, отримання гранул методом холодного пресування, які рекомендовано для виготовлення чистосортних та купажних преміальних сортів пива, методик молекулярно-генетичного аналізу ідентифікації, диференціювання та встановлення відмінностей на молекулярному рівні, дослідження ДНК-поліморфізму в межах конкретних родів рослин та молекулярно-генетичний аналіз змін структурної організації геному під впливом різних чинників (спонтанні мутації, індуковані мутації та тривале культивування калюсу рослин in vitro).

Робота виконувалася у період з січня 2006 до лютого 2010 рр. в рамках наступних державних тем і проектів:



  • "Вивчення механізмів взаємодії фітовірусів із клітинами та розробка методів діагностики вірозів і отримання безвірусних рослин"
    (№ держреєстрації 0198U004073);

  • "Наукове обґрунтування та дослідження ефективності біотехнологічних методів для використання в клітинній біології та селекції" (№ держреєстрації 0198U004095);

  • "Розробка технологій мікроклонального розмноження цінних сільськогосподарських технічних та декоративних культур біотехнологічними методами та ДНК паспортизації сортів рослин"
    (№ держреєстрації 0103U005653)

  • "Розробка біотехнологій клонування in vitro та культивування енергетичних та садово-паркових культур з застосуванням в альтернативній енергетиці і муніципальному озелененні"
    (№ держреєстрації 0108U001669)

  • "Фізіолого-біохімічні і біотехнологічні дослідження в підвищенні ефективності селекції цукрових буряків" (№ державної реєстрації 0104U004555);

  • "Вплив бактеріального стресу на ізоферментний спектр пероксидази пшениці і цукрових буряків" (№ державної реєстрації 0107U010512)

В рамках наукової роботи авторами розроблено біотехнологічні прийоми оздоровлення in vitro перспективних сортів хмелю звичайного, що дозволяює у 4–5 разів прискорити процес одержання безвірусного посадкового матеріалу. Результати досліджень використано для масового виробництва безвірусного посадкового матеріалу сортів хмелю Кумир, Гайдамацький та Національний, закладання маточних і промислових плантацій та прискорення селекційного процесу шляхом застосування соматичного ембріогенезу та сомаклональної мінливості в культурі in vitro.

Вперше в Україні нами проведено гранулювання хмелю на мінігрануляторі ЕСО-ВІО 100 (Національний університет біоресурсів і природокористування України), що дозволяє отримувати високоякісні хмельові гранули за мінімальних витрат енергоресурсів із продуктивністю виробництва гранул 100 кг/год. Втрати цінних компонентів хмелю при грануляції згідно біохімічного аналізу, проведеного в Україні і підтвердженого в Німеччині (Центр хмелярства Інституту рослинництва та захисту рослин м. Хулл, Німеччина), являються мінімальними і повністю відповідають технології виробництва пива.

Важливе значення у даній науковій роботі отримали розроблені методики експериментального мутагенезу і клітинної селекції в біотехнології рослинних клітин для одержання стійких до несприятливих факторів навколишнього середовища рослин, оскільки останнім часом стан посівів в Україні суттєво погіршується внаслідок несприятливої дії на них викидів автотранспорту, важких металів, засолення, високих температур повітря, хвороб та шкідників. Запропоновані методики та технології дозволяють вирішити таку важливу задачу, як оптимізація умов вирощування рослин (на прикладі цукрових буряків) в умовах впливу критичних факторів середовища та підбір посадкового матеріалу, генетично стійкого до біотичних і абіотичних факторів урбанізованого середовища.

В рамках даної наукової роботи отримані результати аналізу структурної організації геному вищих рослин за допомогою молекулярно генетичних методів. Розроблена методика диференціації ліній Аrabidopsis thaliana L., отриманих в результаті експериментального мутагенезу, що ефективно розширює генетичне різноманіття та стосується суттєвих змін спадкового матеріалу.

Було проаналізовано генетичне різноманіття роду Aesculus L. за допомогою молекулярно-генетичного аналізу. Встановлено обмеженість генофонду досліджених видів, тому було запропоновано використати тривале культивування калюсних культур in vitro з метою отримання самоклональних варіантів для розширення генетичного різноманіття роду Aesculus L. Була розроблена методика диференціації сомаклональних варіантів для їх розмноження та регенерації з метою збільшення генетичного різноманіття штучних насаджень гіркокаштанів.

У науковій роботі поставлена і розв'язана задача розробки та створення технологій in vitro для розмноження і збереження біологічного різноманіття. При цьому отримані наступні результати:



  1. Модифіковано класичну схему отримання безвірусного садивного матеріалу, запропоновано технологічні операції з урахуванням матеріально-технічного забезпечення хмелярських господарств та подальшого розвитку галузі. Розроблену схему клонального мікророзмноження хмелю звичайного апробовано і вдосконалено на перспективних сортах хмелю Кумир, Гайдамацький та Національний. Розроблено біотехнологічні прийоми одержання оздоровленого рослинного матеріалу хмелю звичайного із використанням термотерапії у поєднанні з методом виділення апікальної меристеми. Вивчено регенераційну здатність різних типів меристем апекса та ефективність їх використання при елімінації вірусів хмелю звичайного. Показано залежність регенераційної активності експлантатів рослин хмелю від строків відбору вихідного рослинного матеріалу. З’ясовано, що оптимальним періодом для відбору вегетативних бруньок з надземної частини рослин в агроценозах є період з травня до середини липня місяця. При відборі зимуючих бруньок кореневищ для використання їх в якості первинних експлантатів при введенні в культуру in vitro цей період припадає на квітень місяць.

  2. Результатами дослідів з вивчення морфогенетичного потенціалу тканин та органів хмелю в умовах in vitro доведено доцільність використання, як базового, живильного середовища Мурасіге і Скуга. В процесі оптимізації біотехнологічних прийомів клонального мікророзмноження безвірусного посадкового матеріалу рослин хмелю звичайного підібрано і модифіковано склади живильних середовищ для різних етапів морфогенезу (МС-О (основне), МС-М (морфогенне), МС-К (калюсогенне), МС-Е (ембріогенне), МС-Р (ризогенне). Оптимальним співвідношенням регуляторів росту для активізації пазушних меристем та росту мікропагонів є бензиламінопурин у концентрації 1,0 мг/л для експлантатів сорту хмелю Кумир та 1,5 мг/л – Гайдамацький і Національний та гіберелової кислоти у концентрації 1,0 мг/л для трьох сортів.

  3. Досліджено процеси індукції, розвитку та фізіологічні особливості калюсогенезу хмелю звичайного. Вивчено інтенсивність формування калюсу на різних типах експлантатів (міжвузля, листок, стебло) та отримано морфогенний калюс сорту хмелю Гайдамацький із високою регенераційною здатністю. Цитологічним аналізом підтверджено гетерогенну структуру неморфогенного калюсу та виявлено меристематичні зони в морфогенному калюсі хмелю звичайного. Отримані нами практичні результати з непрямого морфогенезу хмелю в подальшому можуть бути використані при отриманні трасгенних рослин та вивченні морфофізіологфчних особливостей калюсної тканини хмелю звичайного.

  4. Встановлено, що адаптацію ефективніше проводити на субстраті суміші торфу з піском у співвідношенні 1:3, на якому можна отримувати до 90% рослин-регенерантів сортів хмелю Кумир та Гайдамацький. Для сорту хмелю Національний вперше розроблено і рекомендовано біотехнологію прямої in vivo адаптації, яка включає використання адаптаційних фітоконтейнерів, компосту (суміш торфу, піску і перліту) та проведення прямої посадки на промислові хмільники (на глибину фітоконтейнера із формуванням вологоутримуючої ямки 30 см у діаметрі).

  5. Запропонована технологія прямої закладки хмелеплантацій без стадії маточника немає світових аналогів. Рослини, які висаджені методом прямої адаптації на промислові хмільники, набагато активніше накопичують поживні речовини (полісахариди) кореневою системою, що дозволяє на наступний рік виходити на промислові врожаї. Як показали проведені нами експерименти, сформовані плантації сорту хмелю Національний вже на п’ятий місяць після адаптації формують шишки, врожайність яких становить у середньому 8-10 ц/га. Важливим і досить складним процесом є переробка сировини хмелю звичайного.

  6. Вперше в Україні нами проведено гранулювання хмелю на мінігрануляторі ЕСО-ВІО 100 (Національний університет біоресурсів і природокористування України), що дозволяє отримувати високоякісні хмельові гранули за мінімальних витрат енергоресурсів із продуктивністю виробництва гранул 100 кг/год. Втрати цінних компонентів хмелю при грануляції згідно біохімічного аналізу, проведеного в Україні і підтвердженого в Німеччині (Центр хмелярства Інституту рослинництва та захисту рослин м. Хулл, Німеччина), являються мінімальними і повністю відповідають технології виробництва пива. Отримані, таким чином, гранули хмелю пройшли пивоварну оцінку на пивоварному заводі «Перша приватна броварня «Для людей – як для себе!» (м. Львів) та в Інституті хмелю (м. Жатець, Чеська Республіка). Отримані результати засвідчили, що надана сировина сорту хмелю Національний є якісним українським хмелем і його можна використовувати для виготовлення преміальних сортів пива. Економічні розрахунки отриманої нами технології клонального мікророзмноження, прямої адаптації та переробки свідчать про доцільність її використання.

  7. Для одержання стійких форм цукрових буряків до фітопатогенних бактерій нами запропоновані три схеми селекції. Для визначення частоти утворення спонтанних резистентних клонів калюси цукрових буряків висаджували в селективні умови без обробки мутагенами (схема селекції 1). З метою індукції мутацій в клітинах цукрових буряків, які б сприяли росту калюсних клітин на селективних середовищах із підвищеною концентрацією прогрітих клітин, що дало б змогу відібрати значну кількість резистентних клітиннних ліній в роботі використовували високоефективні мутагени γ-опромінення і
    N-нітрозо-N-метилсечовина (схема селекції 2 і 3 відповідно). В результаті селекції з 108 ліній досліджуваного матеріалу, одержаного за схемою селекції 1 − 22,3% ліній мали стійкість вище контролю;
    з 124 ліній, одержаниих за схемою 2 – 29,5%; з 140 ліній, одержаних за схемою селекції 3 – 43,5%.

  8. Досліджено молекулярно-генетичні особливості мутантних ліній Arabidopsis thaliana (L.) Heynh. на основі RAPD- ПЛР аналізу. Для диференціації певних точкових змін в геномі рослин було використано метод ПЛР, який передбачав використання 17 RAPD-маркерів. Було встановлено зчеплення молекулярних маркерів: OPA-1, OPA-5, OPA-8, OPA-23 з мутацією er-1; OPA-4, OPA-11, OPA-18 з мутацією ap1-1; OPA-10 з комбінацією трьох рецесивних мутантних алелів ap1-1,
    clv1-1,er-1. Це дає змогу ідентифікувати, диференціювати мутантні лінії та встановити відмінності на молекулярному рівні. На основі аналізу RAPD локусів визначали коефіцієнти генетичної подібності та дистанцій за Неєм та Лі. Коефіцієнт генетичних дистанцій розглядався нами, як міра генетичного різноманіття між досліджуваними генотипами. На основі RAPD аналізу виявлені поліморфні ампліфікони, які вказують на відмінність в організації геному ліній арабідопсису за рецесивними картованими генами er-1, clv1-1,er-1,
    ap1-1,er-1 та ap1-1,clv1-1,er-1. За результатами розрахунків філогенетичних зв’язків встановлено, що утворюються два кластери, які об’єднують мутантні лінії у порівнянні з вихідною. Розмах коефіцієнту дивергенції становить 0.08 – 0.1. Найбільш генетично подібними є мутантна лінія за рецесивними алелями clv1-1,er-1 та гомозиготний трирецесив за мутантними алелями ap1-1,clv1-1,er-1, коефіцієнт генетичної подібності між якими становить 0.9794.

  9. Оцінено генетичне різноманіття роду Aesculus L. на основі результатів RAPD-ПЛР. Через різке погіршення стану рослин виду Aesculus hippocastanum в штучних насадженнях Києва необхідно проводити пошук стійких та толерантних рослин до хвороб та шкідників з високою адаптивною здатністю, високим рівнем генетичного різноманіття. Для цього було проаналізовано 8 видів та гібридів роду Aesculus. За результатами аналізу поліморфних RAPD-локусів у 8 видів і гібридів гіркокаштанів визначали генетичні дистанції за Неєм та Лі Цей показник розглядався нами як міра генетичного різноманіття і знаходиться для досліджуваних об’єктів у межах 0,0741 – 0,6931, що свідчить про значну генетичну гетерогенність досліджуваного роду. Було встановлено, що найбільш генетично віддаленими серед досліджуваних видів виявилися A. octandra Marsh. і A. pavia L. та
    A. parviflora Walt. та A. pavia L. Найбільш спорідненими є
    A. hippocastanum L. та A. glabra Willd. і A. hippocastanum L. та A. glabra Willd., що підтверджує розподіл видів по ареалам походження і розповсюдження. Для оцінки генетичної різноманітності 8-ми видів і гібридів роду Aesculus L. були розраховані показники середньої гетерозиготності: рівень середньої гетерозиготності, що спостерігається дорівнював 0,2656, а середньої очікуваної гетерозиготності – 0,3361. Це свідчить про те, що від 26,6% до 33,6% виявлених локусів знаходяться у гетерозиготному стані.

  10. Досліджено геномну мінливість калюсних культур гіркокаштана звичайного з використанням молекулярно-генетичних методів. У зв’язку з високим ступенем антропогенного навантаження та пошкодження рослин гіркокаштана звичайного (Aesculus hippocastanum L.) мінуючою міллю його застосування в розбудові ландшафтів обмежене. Тому нині необхідно проводити оздоровлення, клонування та прискорене розмноження A. hippocastanum L. за допомогою культури in vitro. Одним з головних факторів, що впливають на стабільність геному і призводять до незворотних змін, які можуть накопичуватися в процесі культивування в культурі тканин in vitro, є екзогенні фітогормони та інші компоненти живильних середовищ. Для дослідження впливу на геном A. hippocastanum L. розроблених нами біотехнологічних підходів та живильних середовищ і перевірки можливості їх довготривалого використання без шкоди для збереження генофонду використано метод RAPD-ПЛР. Загальний рівень поліморфізму між зразками знаходиться в межах 12%. Серед шести поліморфних маркерів можна виділити три високополіморфних. У всіх інших випадках синтезу поліморфних фрагментів вони мають коефіцієнт поліморфізму 22 – 40%, що свідчить про середній ступінь поліморфізму. Це може свідчити про наявність змін, які зумовлені природою експлантата та індукуються факторами ізольованої культури. Значення генетичних дистанцій за Nei знаходяться в межах
    0 – 0,3747, що свідчить про суттєві зміни генетичного матеріалу в калюсних лініях гіркокаштана звичайного впродовж тривалого культивування in vitro. За результатами RAPD-ПЛР аналізу встановлено наявність феномена спонтанної (сомаклональної) мінливості серед ліній гіркокаштана звичайного одного походження внаслідок довготривалого культивування in vitro.

За результатами наукової роботи рекомендовано виробництву біотехнологію клонального мікро­роз­множення in vitro хмелю звичайного та ефективного оздоровлення й одержання генетично однорідного рослинного матеріалу. Розроблену систему з непрямого морфогенезу хмелю звичайного рекомендовано використовувати при створенні нових селекційних форм та трансгенних рослин. Розроблено біотехнологію прямої адаптації in vivo оздоровлених рослин і рекомендовано її для закладання хмелеплантацій без стадії маточ­ника, що дозволяє наступного року отримувати промислові врожаї. Запропоновано спосіб гранулювання сировини хмелю на міні­гра­нул­яторі ЕСО-ВІО 100 для отримання високоякісних хмельових гранул з метою використання в пивоварінні. Запропоновано три схеми селекції для створення нових сортів і гібридів рослин, стійких до фітопатогенів та методи боротьби з бактеріальними хворобами рослин у народному господарстві. Проведено оцінку молекулярно-генетичних особливостей мутантних ліній Arabidopsis thaliana (L.) Heynh., генетичного різноманіття роду Aesculus L. за допомогою RAPD-маркерів та аналіз мінливості калюсних ліній гіркокаштану звичайного (Aesculus hippocastanum L.) на основі RAPD-ПЛР аналізу.

Створені авторами технології in vitro впроваджені в Національному університеті біоресурсів та природокористування України. Використання запропонованої біотехнології дозволило сформувати молоді та промислові плантації безвірусного хмелю сорту Національний в Україні протягом 2006–2008 рр. на площі понад 200 га.

Отримані гранули хмелю пройшли пивоварну оцінку на пивоварному заводі «Перша приватна броварня «Для людей – як для себе!» (м. Львів) та в Інституті хмелю (м. Жатець, Чеська Республіка). Отримані результати засвідчили, що надана сировина сорту хмелю Національний є якісним українським хмелем і його можна використовувати для виготовлення преміальних сортів пива. Розроблені в Національному університеті біоресурсів та природокористування України методики для створення нових сортів і гібридів, зокрема цукрових буряків, дозволяють в експресному режимі одержувати стійкі до фітопатогенів рослини та боротися з бактеріальними хворобами рослин у народному господарстві. Отримані дані щодо поліморфізму RAPD-ПЛР можуть бути використані у селекційному процесі для класифікації та ідентифікації сортів, підбору відповідних батьківських пар для схрещування з урахуванням їх еколого-географічного походження.

Результати наукової роботи пройшли апробацію більше ніж на 60 вітчизняних і міжнародних конференціях, а також виставлялися на 3 національних і міжнародних виставках.



Практична цінність наукової роботи "Розробка та застосування технологій in vitro для розмноження і збереження біологічного різноманіття" підтверджується опублікованими матеріалами, актами про впровадження від вітчизняних організацій, подяками і дипломами національних і міжнародних виставок, пивоварною оцінкою якості хмельових гранул, отриманих із сорту хмелю «Національний».

Викладач узагальнює і систематизує матеріал та підводить підсумки дискусії, щодо запитання проблемного характеру, яке було поставлене на початку лекції. Даючи відповідь на нього, викладач звертає увагу на ту обставину, що необізнаність людства в результатах генної інженерії, тормозить її розвиток.

Викладач наголошує, що спеціальним завданням цього виду лекції є демонстрація відносин викладачів до об'єкту висловів. Показує особові якості викладача як професіонала в своїй наочній галузі і як педагога яскравіше і глибше, ніж будь-яка інша форма лекції.

Викладач зауважує, що застосування лекції удвох ефективне для формування теоретичного мислення, виховання переконань студентів, а також, як і в проблемній лекції , розвивається уміння вести діалог, і як вже наголошувалося, студенти вчаться культурі ведення дискусії.

Викладач робить акцент на темі лекції і відмічає, що оптимізація спирається на методологічне положення про необхідність виділяти головну ланку в діяльності. В навчальному процесі без опори на головне, істотне неможливо знайти оптимальний варіант.

Доцільно подати рекомендовану літературу в кінці лекції або на її початку.

Література
1. Балаев А.А. Активные методы обучения. -М., 2006.-320 с.
2. Басова Н.В. Педагогика и практическая психология. -Ростов на Дону, 2000.-411 с.
3. Вербицкий А.А. Активное обучение в высшей школе: контекстный подход. М.: «Высшая школа», 2001.-456 с.
4. Вербицкий А.А. Деловая игра как метод активного обучения // «Современная высшая школа». - 2005. - №3. - С.23-28.
5. Гузеев В.В. Методы и организационные формы обучения. М.: «Народное образование», 2001.-323 с.
6. Матюшкин А.М. Активные проблемы психологии высшей школы. М., 1977.-467 с.

7. Насінництво з основами селекції: Навчальний посібник / М.М.Донець.-К., 2007.-337 с.

8. Педагогика / Под ред. Нойнера Г., Бабанского Ю.К. М., 1984.-459 с.



9. Червоніс М.В., Сурженко І.О. Генетичні та селекційні критерії ефективності трансформації крохмалю в біоетанол у сортів та гібридів зернових культур / Селекційно-генетичний інститут Національного центру насіннєзнавства та сортовивчення.- К.,2011.-24 с.

Запитання для самоконтролю:

а) Ключові поняття: методи навчання, оптимізація навчання, принцип оптимальності, лекція удвох, проблемна лекція.

б) Тест-задача: „Ви, як викладач спеціальних дисциплін, які оптимальні методи порекомендуєте молодому викладачу на лекції з теми „Біотехнологічні методи і генна інженерія”, за умови середнього рівня знань студентів та високої оснащеності навчального закладу технічними засобами навчання?”

1.4. Вибір засобів навчання з теми „Селекційні оцінки”



Викладач наголошує, що у останні п'ять-десять років, технічні засоби навчання (ТЗН) знаходять широке застосування у всіх видах і формах навчання. Розширяється асортимент, методи і способи їх застосування. Накопичений досвід їх організації і ефективного застосування на всіх ступенях безперервного навчання впродовж всього життя людини.

Каталог: pluginfile.php
pluginfile.php -> Архітектура комп’ютер
pluginfile.php -> Класифікація інноваційної інфраструктури та інфраструктури венчурного підприємництва
pluginfile.php -> Дипломна робота молодшого спеціаліста
pluginfile.php -> Історія розвитку екології. Значення вчення академіка В.І. Вернадського про біосферу
pluginfile.php -> Кваліфікаційна робота
pluginfile.php -> Інтелектуальна власність
pluginfile.php -> Державний вищий навчальний заклад «запорізький національний університет» міністерства освіти І науки україни кафедра соціології


Поділіться з Вашими друзьями:
1   ...   26   27   28   29   30   31   32   33   ...   49


База даних захищена авторським правом ©uchika.in.ua 2019
звернутися до адміністрації

    Головна сторінка