big-archive.ru

Большой информационный архив

                       

Генетика и пищевые ресурсы мира

Перед сельским хозяйством в настоящее время и особенно в ближайшие 30—40 лет стоят сложные, требующие быстрого разрешения задачи, каких не стояло перед ним за все 20 000 лет, протекших со времени зарождения культурного земледелия. Главная причина — это темпы роста населения мира. Ожидается, что к 2000 г. на земном шаре будет 6—7 млрд. людей. Пахотная площадь на человека упадет с 4—5 га до 2 га. Таким образом, резкая интенсификация сельского хозяйства должна быть основой увеличения пищевых ресурсов. Важнейшую роль в этом будет играть введение в практику особых высокопродуктивных и высококачественных форм растений, животных и микроорганизмов. Развитие генетики оказало глубокое влияние на методы селекции. Не только классическая селекция поднялась на новую ступень, но и новые, рожденные в лаборатории экспериментальные методы преобразовали селекцию в XX в. В растениеводстве самое широкое применение получило использование гетерозиса, полиплоидии, экспериментального получения мутаций и др. Осуществляется биохимическая селекция по качеству зерна, селекция на иммунитет, на выход белка и т. д. Так, нахождение мутантов, продуцирующих лизин в зерне кукурузы, сразу изменило кормовую ценность зерна этого растения. Триплоиды сахарной свеклы повышают выход сахара с 1 га до 20%. Гибридная кукуруза, гибриды овощных и других культур дают увеличение продукции на 25—50%. Революцию в производстве зерна обещает создание гибридной пшеницы. Урожайность этой главной продовольственной культуры мира этим путем может быть повышена в полтора-два раза; Мутагенная селекция уже дала ценные сорта со свойствами неполегаемости, устойчивости к болезням и др.

Бурно развивающаяся микробиологическая промышленность немыслима без высокоактивных штаммов, и мы видим, что ее основу составляют радиационные и химические мутанты микроорганизмов, дающих антибиотики, аминокислоты, витамины их. д.

Перед животноводством стоят задачи по качественному улучшению получаемого сырья, а также по повышению способности животных наиболее эффективно перерабатывать корма в ценные для человека продукты. В наши дни во многом изменились цели селекции животных в связи с коренными изменениями характера труда человека. Облегчение тяжелого физического труда уменьшает потребность в жирах. Во всем мире идет перестройка всех видов животноводства на производство мяса, богатого белком, а не жиром. Резко повысился спрос на молочный белок, т. е. на цельное молоко, творог, сыр и т. д. Возникли новые отрасли животноводства, как, например, пушное звероводство, прудовое рыбоводство, селекция проходных рыб и т. д.

Процессы индустриализации ряда важных отраслей животноводства, и в первую очередь птицеводства, молочного скотоводства, свиноводства, потребовали проводить селекцию на приспособление к новым производственным процессам. В этих условиях первенствующее значение приобретает широкое использование производителей, испытанных по качеству их потомства; использование гетерозиса, о чем говорит, например, то, что гибридное бройлерное птицеводство завоевало весь мир, теперь наступает пора использования гетерозиса в мясном скотоводстве, в овцеводстве и в свиноводстве; селекция на увеличение белка в молоке, селекция на устойчивость к болезням и т. д.

Имеется немало методов, созданных в лаборатории, которые в ближайшие годы войдут в практику. Разработаны методы анализа роли отдельных хромосом у пшеницы. Добавляя и убирая отдельные хромосомы из генома, можно направленно соединять лучшие качества сортов пшеницы в заданном направлении. Получение различных мутаций хромосом у гибридов культурных и диких видов открывает возможность вводить в культурные геномы отдельные нужные элементы генома диких видов. Таким путем были получены устойчивые сорта пшениц. Культура тканей растений обещает новые подходы к получению разнообразия исходного материала для селекции. В работах по индуцированному мутагенезу намечаются пути управления ходом получения мутаций. Открыты факторы специфического мутирования, снятие повреждающего эффекта мутагена с повышением частоты мутаций, модификации потенциальных поражений и т. д. Все это служит для преодоления стохастических основ мутирования, ведет к сознательному получению нужных мутаций. У домашних животных трансплантация ранних зародышей, а затем и инкубация их в искусственных условиях открывают возможности широкого использования выдающихся матерей, решение проблемы регуляции пола и др. У микроорганизмов работы по специфическому мутированию, по регуляции действия генов путем репрессии и индукции открывают новые перспективы в преобразовании их химической деятельности. В целом генетика создает новые пути управления наследственностью, обеспечивая этим успех работ по коренному подъему продуктивности растений, животных и микроорганизмов.

Однако значение генетики в борьбе за пищевые ресурсы мира не ограничено только интенсификацией методов селекции. Решение таких проблем, как искусственный синтез белка и искусственный фотосинтез, т. е. получение углеводов, также стоит в прямой связи с прогрессом генетики. В проблеме белка мы стоим перед решающими событиями. Основанием для такого суждения служит то, что за последние годы была выяснена общая схема процессов, объединяемых под общим названием «генетически определяемый контроль синтеза-белка».

Путь от гена к белку в последние годы стал известен, и мы теперь знаем, что ген выдает рабочие чертежи будущего каркаса белка в виде «особой» информации РНК. Молекулы и-РНК, формируясь по матрицам генов, переходят из ядра клеток в цитоплазму и там соединяются с особыми структурами — «фабриками белка», называемыми рибосомами. Аминокислоты, из которых строятся белки, «подводятся» к рибосомам другими молекулами РНК — транспортными РНК. Последние устанавливают аминокислоты в точном соответствии с записью генетического кода. Установление природы и строения генетического кода позволило дать словарь перевода языка генетических записей на язык белков, а прогресс в области того, как начинается синтез белка и на чем обрывается чтение генетических фраз, позволил дать конкретную схему этих синтезов. Особый интерес представляют исследования механизма матричной «сборки» молекулы белка на рибосомах. Пока механизм функции рибосом неясен. Однако успехи в изучении их строения (реконструкция рибосом), функции рибосомных белков, а также выяснение механизма инициации и терминации (т. е. начала и окончания) синтеза полипептидной цепи в рибосомах на матрице и-РНК означают, что в недалеком будущем механизм белка станет понятным.

Большим успехом в изучении биосинтеза белка было изучение структуры т-РНК. Для некоторых из них определена последовательность нуклеотидов, а в самое последнее время удалось получить т-РНК в кристаллическом виде. Это позволит в ближайшее время получить полную трехмерную структуру этих молекул.

В результате выяснения механизма биосинтеза белка появится возможность управлять этим процессом внутри и вне организма. Это позволит получать в любых количествах пищевые ресурсы и техническое сырье и такие необходимые организму белки, как ферменты, антитела, и изменять их свойства в желаемом направлении. Все это не снимает громадного, незаменимого значения естественных продуктов для питания человека, получаемых от растений и животных. Однако при этом искусственный синтез белков создаст неограниченные исходные ресурсы, а в ряде случаев и обеспечит прямые потребности человека в важнейших медицинских препаратах и продуктах питания.

Наряду с белками основу пищевых ресурсов составляют углеводы. Биохимия и физиология стремятся открыть тайны фотосинтеза, что позволит в неограниченном количестве получать сахар из воды и углекислого газа. Чтобы это осуществить, надо знать структуру ферментов, работающих на всех стадиях процесса. Успехи биохимической генетики служат сейчас инструментом детального анализа всех цепей биосинтеза, прокладывая дорогу биохимии и физиологии. Та же работа предстоит для анализа ферментных систем и последовательности их работ при фотосинтезе. Мутации, изменяющие структуру фермента, блокирующие разные этапы, послужат делу раскрытия всех звеньев в процессах фотосинтеза.

 

Предыдущая глава ::: К содержанию ::: Следующая глава

 

                       

  Рейтинг@Mail.ru    

Внимание! При копировании материалов ссылка на авторов книги обязательна.