МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФГАОУ ВО "Новосибирский национальный исследовательский государственный университет"

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ
ФЕДЕРАЦИИ
ФГАОУ ВО "Новосибирский национальный
исследовательский государственный университет"
Факультет естественных наук
УТВЕРЖДАЮ
Декан ФЕН НГУ, профессор
_______________Резников В.А.
«29» августа 2014 г.
Рабочая программа дисциплины
Биотехнология растений
Направление подготовки
Биология 020400
Профиль подготовки
Профильная часть ООП
Квалификация (степень) выпускника
Бакалавр
Форма обучения
Очная
Новосибирск 2014
Аннотация рабочей программы
Дисциплина «Биотехнология растений» является частью ООП по направлению
подготовки «Биология», профиль «Генетика, Биология клетки». Дисциплина реализуется на
факультете естественных наук Национального исследовательского университета
Новосибирский государственный университет кафедрой цитологии и генетики ФЕН НГУ.
Содержание дисциплины охватывает весь круг вопросов, связанных с практическим
применением знаний и современных достижений биологии для развития направлений
биотехнологии, ориентированных на решение проблем растениеводства и сельского
хозяйства.
Дисциплина нацелена на формирование общекультурных компетенций ОК-3,
профессиональных компетенций ПК-4, ПК-6, ПК-8, выпускника.
Преподавание дисциплины предусматривает следующие формы организации учебного
процесса: 30 ч. лекции, 6 ч. - контроль, самостоятельная работа студента -36 часов.
Программой дисциплины предусмотрен текущий контроль в форме вопросов перед
каждой лекцией и рубежный контроль в форме дифференцированного зачета.
Общая трудоемкость дисциплины составляет 2 зачетных единицы, 72 академических
часа.
1. Цели освоения дисциплины
Курс биотехнологии растений необходим для приобретения студентами знаний о
необходимости, возможности и перспективах использования достижений современной
биологии для решения практических задач растениеводства и сельского хозяйства.
Для достижения поставленной цели выделяются задачи курса:
1. Предоставить информацию о современных направлениях биотехнологии.
2. Ознакомить с вопросами становления и развития направлений биотехнологии,
базирующихся на использовании методов культивирования in vitro растений.
3. Ознакомить с направлениями биотехнологии растений, ориентированными на увеличение и
поддержание генетического разнообразия коммерчески ценных культур, и ускорение
селекционного процесса.
4. Рассмотреть перспективы развития направлений биотехнологии растений и вопросы
биобезопасности.
Курсом предусмотрено ознакомление с принципами и сферами применения направлений
биотехнологии, основанных на использовании в качестве биологических систем
микроорганизмов, низших грибов, водорослей, и акцентирование на основных задачах
биотехнологии растений.
Уделяется внимание вопросам формирования направлений биотехнологии растений для
решения проблем растениеводства и сельcкого хозяйства в зависимости от развития и
достижений физиологии растений, генетики развития растений, генетики и молекулярной
биологии.
Одна из важных задач курса - рассмотрение особенностей принципов культивирования in
vitro при использовании наиболее перспективных направлений биотехнологии растений –
клеточной селекции, хромосомной, клеточной и генной инженерии.
Курс включает современные данные о сформировавшихся и развивающихся направлениях
биотехнологии растений, ориентированных на увеличение генетического разнообразия
культурных растений; ускорение селекционного процесса при создании хозяйственно-ценных
форм; увеличение продуктивности растений – продуцентов биологически активных веществ;
повышение эффективности клонального микроразмножения, сохранение и оздоровление
коммерчески ценных растений.
В курсе рассматриваются вопросы биобезопасности в связи с развитием определенных
направлений биотехнологии.
2. Место дисциплины в структуре ООП бакалавриата
Дисциплина «Биотехнология растений» входит в базовую частью профессионального цикла,
ООП по направлению подготовки «Биология», профили «Генетика», Биология клетки».
Дисциплина «Биотехнология растений» опирается на следующие дисциплины данной ООП:
 Ботаника (систематика высших растений, жизненные циклы растений).
 Эволюционная биология (роль отдаленной гибридизации и полиплоидии в
видообразовании покрытосеменных растений).
 Цитология (клеточный цикл, механизмы клеточного деления, питательные элементы,
витамины и фитогормоны в процессе роста и развития растений in vivo и in vitro,
сигнальная регуляция развития растений).
 Молекулярная биология (молекулярные механизмы реализации генетической
информации, ядерно-цитоплазматические взаимодействия).
 Генетика (знание о генетических основах развития растений от семени до семени).
 Микробиология (взаимодействии растений с агробактериями, мутуалистические
симбиозы)
Результаты освоения дисциплины «Биотехнология растений» используются в следующих
дисциплинах данной ООП:
 Теория селекции
3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины
«Биотехнология растений»:
 приобретает новые знания и формирует суждения по научным, социальным и другим
проблемам, используя современные образовательные и информационные технологии
(ОК-3);
Профессиональные компетенции:
 демонстрирует знание принципов клеточной организации биологических объектов,
биофизических и биохимических основ, мембранных процессов и молекулярных
механизмов жизнедеятельности (ПК-4);
 демонстрирует базовые представления об основных закономерностях и современных
достижениях генетики, о геномике, протеомике (ПК-6);
 имеет базовые представления о закономерностях воспроизведения и индивидуального
развития биологических объектов (часть ПК-8);
В результате освоения дисциплины обучающийся должен:
 Иметь представление о современных направлениях биотехнологии, принципах и сферах
применения, проблемах биобезопасности, связанных с развитием направлений биотехнологии
растений.
 Знать о роли фитогормонов в сигнальной регуляции роста и развития растений in vivo и
особенностях применения фитогормонов для реализации тотипотентности растительной клетки
в экспериментальных условиях in vitro.
 Иметь теоретическое представление о современных методах культивирования
изолированных органов, тканей, и клеток растений, используемых для решения задач
биотехнологии: методах микроклонирования и получения оздоровленного коммерчески ценных
растений, методах клеточной селекции; методах клеточной, хромосомной и генной инженерии.
 Иметь представление о растениях-биопродуцентах экономически важных веществ и путях
повышения эффективности получения таких веществ в биотехнологических процессах; о роли
направлений биотехнологии для увеличения генетического разнообразия культурных растений
и ускорения создания сортов с целью повышения эффективности растениеводства и сельского
хозяйства.
4. Структура и содержание дисциплины
Структура дисциплины традиционна: лекции
Общая трудоемкость дисциплины составляет 2 зачетные единицы, 72 часа.
№
п/п
Раздел дисциплины
1.1 Биотехнология, ее задачи, принципы и основные
достижения. Задачи биотехнологии растений.
Перспективы развития направлений
биотехнологии растений и вопросы
биобезопасности.
1.2 Методы культивирования in vitro, применяемые в
биотехнологии растений. Исторические этапы
развития методов культивирования in vitro.
Доказательство тотипотентности растительной
С
е
м
е
с
т
р
Виды учебной работы,
включая самостоятельную
работу студентов и
трудоемкость
Не
(в часах)
де
ля
Л
се
Ко
Л
аб
Са
З
ме
нт
ст
ек ор
мос
а
р.
ра
ц
.
т.
ч
и
я
ра
бо
та
раб
ота
7
1
2
2
7
2
2
2
ра
бо
та
0.5
е
т
Формы текущего
контроля
успеваемости
(по неделям
семестра)
Форма
промежуточной
аттестации
(по семестрам)
клетки. Источники питания растений в условиях
in vivo и in vitro. Витамины. Минеральные
вещества.
1.3 Классы фитогормонов и их особенности.
Действие фитогормонов в сигнальной регуляции
роста и развития растений. Значение
фитогормонов при проведении работ по
культивированию in vitro.
2
2
0.5
1.4 Принципы проведения работ по культивированию 7
in vitro. Принцип приготовления культуральных
сред и особенности их состава. Культура
изолированных клеток и клеточных суспензий.
2
2
0.5
1.5 Вторичные продукты биосинтеза. Функция
7
вторичных продуктов биосинтеза. Технология
получения биологически активных соединений на
основе методов культивирования in vitro.
2
2
0.5
1.6 Каллусные и клеточные культуры. Особенности
органогенеза и эмбриоидогенеза in vivo и in vitro.
Технология получения искусственных семян.
7
2
2
0.5
1.7 Сомаклональная изменчивость как альтернатива
мутагенезу для увеличения генетического
разнообразия культурных растений. Механизмы
сомаклональной изменчивости. Практическое
использование сомаклонов.
7
2
2
0.5
1.8 Биотехнологии ускорения селекционного
процесса. Гаплоиды и необходимость их
получения. Методы получения андрогенных и
гиногенных гаплоидов. Роль гаплопродюсеров
при получении гаплоидов и гомозиготных линий.
Примеры практического использования
гомозиготных линий при ускоренном создании
сортов.
7
3
3
0.5
1.9 Клеточная селекция и мутагенез. Биотехнологии
клонального микроразмножения и оздоровления
коммерчески ценных растений. Проблемы
биобезопасности при использовании методов
клонального микроразмножения.
7
3
3
0.5
1.10 Культура протопластов. Соматическая
гибридизация. Методы слияния протопластов.
Особенности продуктов слияния протопластов.
Перспективы развития клеточной инженерии
растений.
7
2
2
0.5
1.11 Культура изолированных зародышей, семяпочек,
эндоспермов. Хромосомная инженерия
растений. Генетические основы хромосомной
инженерии растений. Понятие интрогрессивной
гибридизации. Значение интрогрессивной
гибридизации в эволюции и селекции растений.
роль ядерно-цитоплазматических
взаимодействий. Методы генотипирования
растений гибридного происхождения.
7
3
3
0.5
1.12 Генетическая интеграция растений и
микроорганизмов (мутуалистические
взаимоотношения у растений). Механизмы
взаимодействия растений с агробактериями.
Природные генные векторы у растений.
7
3
3
0.5
1.13 Принципы генной инженерии растений. Методы
7
трансформации растительных клеток. Особенности
трансгенных растений. Практическое
использование трансгенных растений.
Перспективы развития генной инженерии
растений. Вопросы биобезопасности
использования трансгенных растений.
2
2
0.5
30
30
6
Итого
7
2
Диф.зачет 36
5.
Образовательные технологии
Используется традиционная система лекций.
6. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов. Оценочные
средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам
освоения дисциплины
Образцы вопросов для текущей проверки знаний:
 Биологические системы, используемые в биотехнологии. Примеры использования
микроорганизмов в биотехнологических процессах.
 Основные понятия и определения «культура клеток, органов, тканей». Методы in vivo и in
vitro.
 Круг теоретических вопросов и прикладных проблем в биотехнологии, решаемых с
применением методов культивирования in vitro.
 Тотипотентность растительной клетки.
 Основные этапы развития методов культивирования in vitro.
 Понятия и определения «культура клеток, органов, тканей».
 Источники питания растений в условиях in vivo.
 Компоненты питательных сред для культивирования изолированных органов, тканей,
клеток и пртопластов растений.
 Классы фитогормонов, их основные свойства и функции.
 Роль фитогормонов in vivo и in vitro.
 Природные и синтетические ауксины (место синтеза, особенности передвижения и
свойства).
 Гиббереллины, их роль в организме и прикладные аспекты их применения.
 Природные и синтетические цитокинины.
 Природные ингибиторы роста и развития растений.
 Характеристика каллусных и клеточных культур.
 Цитогенетические характеристики культивируемых клеток
 Основные требования при проведении работ по культивированию in vitro.
 Фазы ростового цикла при накопительном культивировании клеточных суспензий.
 Методы культивирования суспензионных клеток и их применение в биотехнологических
процессах.
 Соматический эмбриоидогенез и технология получения искусственных семян.
 Методы in vitro для микроклонального размножения и оздоровления растений.
 Сомаклональная изменчивость и ее практическое применение.
 Задачи клеточной селекции и возможности ее практического применения.
 Роль биологически активных соединений у растений.
 Культура in vitro для получения биологически активных соединений.
 Особенности синтеза и накопления вторичных продуктов биосинтеза у растений и в
культуре in vitro.
 Значение гомозиготных линий растений для генетики и селекции.
 Технологии ускоренного создания гомозиготных рекомбинантных линий растений.
 Культура изолированных пыльников для получения дигаплоидных линий.
 Особенности получения гиногенных растений.
 Использование гаплопродюсеров для получения дигаплоидных линий.
 Методы культивирования изолированных зародышей и семяпочек и их применение в
биотехнологии.
 Роль интрогрессивной гибридизации в увеличении генетического разнообразия в природных
популяциях и в экспериментальных условиях.











Направления и методы хромосомной инженерия.
Значение хромосомной инженерии для селекции растений.
Методы культивирования изолированных эндоспермов.
Культура протопластов.
Соматическая гибридизация растений.
Задачи клеточной инженерии.
Особенности трансформации растений.
Природные генные векторы у растений.
Примеры практического использования трансгенных растений.
Проблемы биотехнологической безопасности.
Мутуалистические взаимоотношения у растений и экспериментальные подходы к
повышению их эффективности.
7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
а) основная литература:
1. Першина Л.А. Основные методы культивирования in vitro в биотехнологии
растений. Учебное пособие. Новосибирск, НГУ. 2005. 142 стр.
2. Першина Л.А. О роли отдаленной гибридизации и полиплоидии в эволюции растений.
Вестник ВОГИС. 2009. Т. 13. № 2. С. 336-344.
3. Першина Л.А. Видообразование через отдаленную гибридизацию. Природа. 2009. № 3. С.
70-75.
4. Першина Л.А. Хромосомная инженерия – направление биотехнологии.
Вавиловский журнал генетики и селекции. 2014. Т. 18. № 1. С. 138-146.
б) дополнительная литература:
1. Глик Б., Пастернак Дж. Молекулярная биотехнология. Принципы и применение. Из-во
«Мир». 2002. 589 стр.
2. Лутова Л.А., Проворов Н.А., Тиходеев О.Н., Тихонович И.А. и др. Генетика
развития растений. Санкт-Петербург, Наука. 2000. 538 стр.
3. Лутова Л.А., Ежова Т.А., Додуева И.Е., Осипова М.А. Генетика развития растений.
Учебник для студентов высших учебных заведений. Из-во Н-Л. Санкт-Петербург. 2010. 431
стр.
в) программное обеспечение и Интернет-ресурсы:
Першина Л.А. Основные методы культивирования in vitro в биотехнологии растений:
Презентации лекций — pdf -версия выдается студентам на электронных носителях.
8. Материально-техническое обеспечение дисциплины
 Ноутбук, медиа-проектор, экран.
 Программное обеспечение для демонстрации слайд-презентаций.
Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО с учетом рекомендаций и
ПрООП ВПО по направлению «Биология» и профилю подготовки «Генетика, Биология
клетки».
Автор:
Першина Л.А., докт. биол. наук,
профессор КЦГ ФЕН НГУ,
зав. лаб. ИЦиГ СО РАН
Программа рассмотрена и одобрена на заседании кафедры цитологии и генетики ФЕН НГУ
от « 29_» августа 2014 года, протокол № _4___
Секретарь кафедры к.б.н. ______________________ А.Д. Брошков