Стратегия сохранения генетических ресурсов растений

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
«УТВЕРЖДАЮ»:
Проректор по научной работе
_______________________ /А.В. Толстиков/
__________ _____________ 2014 г.
БИОТЕХНОЛОГИЯ (В ТОМ ЧИСЛЕ БИОНАНОТЕХНОЛОГИИ)
(теоретические и прикладные аспекты)
Учебно-методический комплекс. Рабочая программа
для аспирантов, обучающихся по направлению подготовки
06.06.01.Биологические науки (Биотехнология (в том числе бионанотехнологии))
(уровень подготовки кадров высшей квалификации), очной и заочной форм обучения
«ПОДГОТОВЛЕНО К ИЗДАНИЮ»:
Автор (ы) работы ________________/Н.А. Боме/
«10» октября 2014 г.
Рассмотрено на заседании кафедры ботаники, биотехнологии и ландшафтной архитектуры,
«16» октября 2014 г., протокол № 3
Соответствует требованиям к содержанию, структуре и оформлению.
«РЕКОМЕНДОВАНО К ЭЛЕКТРОННОМУ ИЗДАНИЮ»:
Объем 19 стр.
Зав. кафедрой ____________________/Н.А. Боме/
«16 » октября 2014г.
Рассмотрено на заседании УМК Института биологии, 29 октября 2014 г., протокол № 2
Соответствует ФГОС ВО и учебному плану образовательной программы.
«СОГЛАСОВАНО»:
Председатель УМК ________________/А.А. Мелентьева./
« 29 » октября 2014 г.
«СОГЛАСОВАНО»:
Зав. отделом библиотеки Института биологии ______________ /Я.В.Титова/
« 23 » октября 2014 г.
«СОГЛАСОВАНО»:
Начальник отдела
аспирантуры и докторантуры ___________________/ М.Р. Сорокина /
«______»_____________2014 г.
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Институт биологии
Кафедра ботаники, биотехнологии и ландшафтной архитектуры
Н.А. Боме
БИОТЕХНОЛОГИЯ (БИОНАНОТЕХНОЛОГИИ)
(теоретические и прикладные аспекты)
Учебно-методический комплекс. Рабочая программа
для аспирантов, обучающихся по направлению подготовки
06.06.01 Биологические науки (Биотехнология (в том числе бионанотехнологии))
(уровень подготовки кадров высшей квалификации), очной и заочной форм обучения
Тюменский государственный университет
2014
Боме Н.А. Биотехнология (в том числе бионанотехнологии) (теоретические и
прикладные аспекты). Учебно-методический комплекс. Рабочая программа для аспирантов,
обучающихся по направлению подготовки 06.06.01. Биологические науки (Биотехнология (в
том числе бионанотехнологии) (уровень подготовки кадров высшей квалификации), очной и
заочной форм обучения. Тюмень, 2014, 19 стр.
Рабочая программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВО с учетом
рекомендаций и ОПОП ВО по направлению и профилю подготовки.
Рабочая программа дисциплины (модуля) опубликована на сайте ТюмГУ:
Биотехнология (в том числе бионанотехнологии) (теоретические и прикладные аспекты)
[электронный ресурс] / Режим доступа: http://www.umk3plus.utmn.ru, свободный.
Рекомендовано к изданию кафедрой ботаники, биотехнологии и ландшафтной
архитектуры. Утверждено проректором по научной работе Тюменского государственного
университета.
ОТВЕТСТВЕННЫЙ РЕДАКТОР: Н.А. Боме, доктор сельскохозяйственных наук, профессор
© Тюменский государственный университет, 2014.
© Боме Н.А., 2014.
1. Пояснительная записка
1.1. Цели и задачи дисциплины
Цель преподавания дисциплины – ознакомление аспирантов с фундаментальными
основами современной биотехнологии
и практическими приложениями в биологии; с
методологическими приемами, используемыми в клональном размножении, культуре тканей и
клеток, а также с основными способами переноса и экспрессии генов в клетках, тканях и
органах.
Основная задача дисциплины – формирование у аспирантов представлений о
биотехнологии в растениеводстве, окружающей среде как новой отрасли биологической науки,
овладение знаниями основных методов.
1.2. Место дисциплины в структуре ООП аспирантуры
Дисциплина «Биотехнология (в том числе бионанотехнологии) (теоретические и
прикладные аспекты)» предназначена для аспирантов 3-го года, обучающихся по направлению
подготовки 06.06.01 Биологические науки – Биотехнология (в том числе бионанотехнологии)
(уровень подготовки кадров высшей квалификации). Дисциплина «Биотехнология (в том числе
бионанотехнологии)
(теоретические
и
прикладные
аспекты)»
связана
с
выпускной
квалификационной работой (ВКР) и экзаменом кандидатского минимума по специальности.
Для успешного освоения дисциплины аспирант должен обладать знаниями по
следующим дисциплинам: Фитобиотехнология, Биоиндикация и биоремидиация антропогенно
нарушенных экосистем, Генная инженерия, Трансгенные организмы, Методы получения
промышленных штаммов, Методы микробиологических и биотехнологических исследований,
Клеточная
инженерия,
Экологическая
биотехнология,
а
также
обладать
умениями
статистической обработки экспериментальных данных, составления презентаций, навыками
работы с персональным компьютером и в сети Internet.
Таблица 1.
Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми (последующими)
дисциплинами
№
п/п
Наименование
Темы дисциплины необходимые для изучения
обеспечиваемых
обеспечиваемых (последующих) дисциплин
(последующих)
1
2
3
4
5
6
7
8
дисциплин
1.
Выпускная
1.4
2.1
2.2
2.3
3.4
3.6
3.7
3.10
квалификационная работа
2.
Экзамен кандидатского
1.5
1.6
2.2
2.3
2.7
3.6
минимума по
специальности
Примечание: номера тем соответствуют названиям, приведенным в таблице 2.
1.3 Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения данной
образовательной программы
В результате освоения ОП выпускник должен обладать следующей компетенцией:
ПК-5 - знает и использует основные теории, концепции и принципы в области биотехнологии,
расширяющие общепрофессиональную, фундаментальную подготовку; способен к системному
мышлению, демонстрирует знание методологии использования живых организмов, культур
клеток и биологических процессов в производстве полезных продуктов для народного
хозяйства, медицины, ветеринарии, улучшающих воздействие на окружающую среду и
формирующих экологически доброкачественную среду обитания человека и животных.
1.4. Перечень планируемых результатов обучения по дисциплине
В результате освоения дисциплины обучающийся должен:
- знать: генетические основы биотехнологии; основные
методы, применяемые в
биотехнологии – культура клеток, тканей, пыльцы, протопластов, клеточная селекция, генная
инженерия; задачи, направления и проблемы биотехнологии применительно к современным
потребностям, наиболее значимые проекты биотехнологии в растениеводстве, научные и
правовые основы обеспечения биобезопасности в биотехнологии и использовании трансгенных
организмов.
- уметь: подобрать исходный материал растений, применять схемы получения
генетически новых растительных форм из различных органов растений, подбирать и составлять
питательные среды на разных этапах культивирования, осуществлять хранение растительного
материала в контролируемых и неконтролируемых условиях, составлять селекционногенетические программы с использованием нетрадиционных методов биотехнологии.
- владеть навыками составления научных докладов с презентацией материала,
статистической обработки полученных экспериментальных данных, работы в сети интернет, а
также необходимыми знаниями для освоения теоретических основ и методов биотехнологии.
2. Структура и трудоемкость дисциплины
Семестр 6. Форма промежуточной аттестации кандидатский экзамен.
Общая
трудоемкость дисциплины составляет 4 зачетные единицы, 144 академических часа, из них 100
часов, выделенных на самостоятельную работу.
3. Тематический план
Таблица 2.
4
6
1.2
6
8
1.3
4
6
1.4
4
6
1.5
2
2
4
1.6
2
4
6
4
24
36
4
2.1
2
4
6
2
2.2
2
4
6
2.3
2
4
6
2.4
4
6
2.5
6
8
2.6
4
6
3
Теоретическое и практическое значение
для
селекции
биотехнологических
методов
Питательные
среды
и
условия
культивирования. Значение асептики в
биотехнологических процессах
2
Особенности
популяций
культивируемых клеток in vitro
Глубинное культивирование клеток
высших растений
Всего
Модуль 2
Теоретическое и практическое значение
клонального микроразмножения
Использование культуры зародышей для
получения отдаленных гибридов
Технология получения протопластов и
их слияние в условиях in vitro
Способы преодоления стерильности
отдаленных гибридов растений
Гаплоидия и дигаплоидия в системах in
vitro
Сомаклональная и гаметоклональная
2
4
2
2
2
8
2
2
5
7
8
2
2
2
2
Формы контроля
1. Итого часов по теме
1.1
2
Модуль 1
Введение. Биотехнология растений как
научное направление
Классические методы создания сортов
культурных растений
часах
6
лекции*
1
самостоятельная работа*
Тема
лабораторные занятия*
(практические)
Виды учебной работы и
самостоятельная работа, в час.
семинарские
занятия*
№
2. из них в интерактивной форме, в
Тематический план
9
Устный
опрос
Ответ на
практиче
ском
занятии
Устный
опрос
Ответ на
практиче
ском
занятии
Устный
опрос
Устный
опрос
Ответ на
практиче
ском
занятии
Устный
опрос
Устный
опрос
Контроль
ная
работа
№1
Устный
опрос
Ответ на
изменчивость
2.7
Мутагенез и клеточная селекция
2
6
8
6
32
46
6
2
4
6
2
Дискусси
я
2
4
6
2
4
6
4
6
2
6
8
Устный
опрос
Устный
опрос
Ответ на
практиче
ском
занятии
Устный
опрос
2
6
8
2
2
4
6
2
4
6
2
8
10
2
8
10
44
62
10
24
20
100
144
20
20
Всего
Модуль 3
Актуальные проблемы сохранения и
мобилизации генетических ресурсов
растений
Стратегия сохранения генетических
ресурсов растений
Криогенное хранение растительного
материала
Биотехнология как способ ускоренного
размножения генотипов
8
2
3.6
Роль методов биотехнологии в
повышении устойчивости растений к
стрессовым воздействиям.
Трансгенные растения
3.7
Проблемы безопасности
3.8
Современные проекты в области
биотехнологии растений.
3.9
Способы представления результатов
научно-исследовательской работы
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
2
2
Всего
Итого
из них часов в интерактивной форме
практиче
ском
занятии
Ответ на
практиче
ском
занятии
Ответ на
практиче
ском
занятии
Ответ на
практиче
ском
занятии
Контроль
ная
работа
№2
Выступл
ение с
докладом
и
презента
цией
4. Содержание дисциплины
Модуль 1.
Тема 1.1 Введение. Биотехнология растений как научное направление. История
возникновения биотехнологии, и ее место среди других наук. Предмет, цели и задачи
биотехнологии
растений.
Основные
этапы
развития
биотехнологии
растений.
Связь
биотехнологии растений с сопредельными дисциплинами – генетикой, селекцией, ботаникой,
растениеводством, физиологией растений.
Тема
1.2
Классические
методы
создания
сортов
культурных
растений.
Рекомбинационная селекция. Подбор родительских пар для скрещиваний. Типы скрещиваний.
Внутривидовая и отдаленная гибридизация. Экспериментальный мутагенез. Мутагены
(химические, физические, биологические), дозы. Гетерозис. Теории, объясняющие механизм
гетерозиса. Эффект гетерозиса в различных поколениях гибридов. Отбор, методы отбора,
применяемые в селекции.
Тема 1.3 Теоретическое и практическое значение для селекции биотехнологических
методов. Необходимость и эффективность использования современных методов биотехнологии
наряду с классическими методами. Возможность ускорения селекционного процесса.
Ускоренное размножение ценных форм растений. Получение безвирусного посадочного
материала.
Тема 1.4 Питательные среды и условия культивирования. Значение асептики в
биотехнологических процессах. Составы питательных сред для выращивания клеток
растений. Основные требования к лаборатории биотехнологических исследований. Методы
стерилизации жидких и твердых питательных сред. Стерилизация посуды. Стерилизация
растительного материала.
Тема 1.5 Особенности популяций культивируемых клеток in vitro. Морфологическая
гетерогенность растительных тканей in vitro. Цитогенетическая гетерогенность растительных
клеток. Причины и механизмы. Популяции, стабильно сохраняющие цитогенетическую
популяцию.
Тема 1.6 Глубинное культивирование клеток высших растений. Суспензионная
культура клеток высших растений. Получение культуры клеток из каллусной ткани. Основные
принципы глубинного выращивания культур клеток. Необходимая аппаратура. Физикобиохимические особенности поведения клеточных популяций в цикле периодического
выращивания.
Модуль 2.
Тема 2.1 Теоретическое и практическое значение клонального микроразмножения.
Преимущество
клонального
микроразмножения
над
обычным
вегетативным.
Выбор
эксплантов. Использование меристемных тканей для получения безвирусного материала. Этапы
микроклонального размножения.
Прямой соматический эмбриогенез. Практическое значение
метода.
Тема 2.2 Использование культуры зародышей для получения отдаленных
гибридов.
Проблемы
получения
межвидовых
и
межродовых
гибридов
растений
традиционными методами гибридизации. Техника опыления, вычленения и культивирования
зародышей на питательной среде. Получение растений-регенерантов и их оценка по
показателям фертильности и жизнеспособности.
Тема 2.3 Технология получения протопластов и их слияние в условиях in vitro.
Получение протопластов у различных видов растений. Восстановление клеточной оболочки,
деление протопластов и регенерация растений. Методы слияния протопластов. Методы отбора
гибридных клеток и растений. Характеристика различных видов соматических гибридов.
Эффективность
применения метода слияния протопластов
для
преодоления барьера
несовместимости при отдаленной гибридизации.
Тема 2.4 Способы преодоления стерильности отдаленных гибридов растений.
Причины возникновения летальности при скрещивании растений, относящихся к различным
видам и родам. Известные и применяемые в классической селекции способы получения
отдаленных гибридов. Эффективность культивирования в условиях in vitro с целью получения
жизнеспособных растений-регенерантов.
Лекция 2.5 Гаплоидия и дигаплоидия в системах in vitro. Понятие андрогенеза и
гиногенеза. Этапы получения гаплоидных растений из пыльцы (на примере различных видов
растений). Факторы, влияющие на процесс андрогенеза. Получение дигаплоидов методом
колхицинирования. Значение гаплоидии и дигаплоидии для селекции растений.
Тема 2.6 Сомаклональная и гаметоклональная изменчивость. Происхождение
терминов «сомаклональная и гаметоклональная изменчивость». Генетические изменения,
возникающие в клетках каллуса или суспензии, а в дальнейшем у растений-регенерантов.
Практическое использование сомаклональных и гаметоклональных вариантов.
Тема 2.7 Мутагенез и клеточная селекция. Этапы мутационной селекции in vitro.
Характеристика мутагенов. Методы выделения мутантов, их генетическая природа. Типы
мутантов. Эффективность клеточного мутагенеза в сравнении с экспериментальным
мутагенезом растений.
Модуль 3.
Тема 3.1 Актуальные проблемы сохранения и мобилизации генетических ресурсов
растений.
Генетическая
эрозия
растительного
биоразнообразия.
Мониторинг
и
экспедиционные обследования центров биоразнообразия культурных растений и их диких
родичей, малоизученных территорий, а также регионов, подверженных антропогенному
воздействию, и с экстремальными условиями среды.
Тема 3.2 Стратегия сохранения генетических ресурсов растений. Статичная.
Динамичная. Ex situ сохранение. In situ сохранение. Технология низкотемпературного хранения
семенных коллекций. Технология восстановления всхожести семенных коллекций.
Тема 3.3 Криогенное хранение растительного материала. Проблема сохранения
генетических ресурсов. Генетические банки. Методы хранения семян и их достоинства и
недостатки. Растительный материал для криосохранения. Методы криосохранения. Этапы
процесса
криосохранения.
Факторы,
влияющие
на
жизнеспособность
клеток
после
криосохранения. Криопротекторы и их значение в снижении повреждающего действия
химических
факторов
при
криоконсервации.
Программы
охлаждения.
Определение
жизнеспособности клеток после размораживания. Хранение генетических ресурсов растений in
vitro. Биокриокомплексы.
Тема 3.4 Биотехнология как способ ускоренного размножения и сохранения ценных
генотипов. Эффективность использования биотехнологических методов для создания форм
растений с новыми признаками. Комплексная оценка растений в условиях in vitro и полевом
эксперименте. Подбор субстратов, питательных сред для размножения, поддержания и
сохранения ценных генотипов.
Тема 3.5 Роль методов биотехнологии в повышении устойчивости растений к
стрессовым воздействиям. Устойчивость растений к стрессам: солевой, температурный,
кислотный, водный. Фоны для оценки исходного материала (провокационные, инфекционные,
селективные и др.). Оценка и способы повышения стрессоустойчивости растений. Оценка
растений на естественном и инфекционном фонах. Методика создания инфекционного фона в
полевых и лабораторных условиях. Выявление источников устойчивости к патогенам –
возбудителей болезней растений.
Тема 3.6 Трансгенные растения. Основные направления конструирования трансгенных
растений. Устойчивость к вредителям, гербицидам, патогенам, к стрессорам. Улучшение
качества продукции.
Тема 3.7 Проблемы безопасности и риска в биотехнологии. Биобезопасность в
клеточных, тканевых и органогенных технологиях. Критерии, показатели и методы оценки
генетически модифицированных растительных организмов и получаемых из них продуктов на
биобезопасность. Государственный контроль и государственное регулирование в области
генно-инженерной деятельности.
Тема 3.8 Современные проекты в области биотехнологии растений. Основные
направления конструирования трансгенных растений. Устойчивость к вредителям, гербицидам,
патогенам, к стрессорам. Улучшение качества продукции. Изменение вкуса и внешнего вида.
Получение «съедобных» вакцин.
Тема 3.9 Способы представления результатов научно-исследовательской работы.
Структура диссертационной работы, требования к оформлению. Правила составления научных
статей и докладов. Презентация результатов научных исследований. Оформление списка
литературы, правила цитирования, требования ГОСТ.
5. Планы семинарских занятий
Занятие 1. Рекомбинационная селекция. Подбор родительских пар для скрещиваний.
Гибридизация: межсортовая и отдаленная. Интрогрессия чужеродного материала. Методы
дивергентной, или комбинационной, селекции. Метод простых скрещиваний; метод сложных
скрещиваний; метод тройных скрещиваний или топкросс; метод ступенчатых скрещиваний;
метод диаллельных скрещиваний. Общая и специфическая комбинационная способность.
Выращивание гибридов с отбором ценных гибридных форм.
Метод экспериментального мутагенеза.
Спонтанные и индуцированные мутации.
Характеристика физических и химических мутагенов. Факторы, влияющие на частоту
возникновения индуцированных мутаций. Выделение и сохранение мутаций. Классификация
мутаций по количественным и качественным признакам. Эффективность применения
различных
мутагенов
для
получения
новых
форм.
Использование
мутационной
и
комбинационной изменчивости для расширения границ отбора.
Гетерозис и получение гетерозисных семян. Понятие о гетерозисе. Теории,
объясняющие механизм гетерозиса. Получение гетерозисных семян путем скрещивания
межсортовых и инцухтированных линий. Промышленное применение гетерозиса у различных
видов растений. Методы расчета эффекта гетерозиса по различным признакам.
Отбор. Методы отбора, применяемые в селекции растений, их схемы.
Занятие 2. Характеристика питательных сред, наиболее часто применяемых в
биотехнологических исследованиях растений. Основные требования к оборудованию и посуде
в лаборатории биотехнологических и микробиологических исследований (№ 100, № 302).
Приготовление и стерилизация жидких и твердых питательных сред.
Занятие 3. Выбор эксплантов для получения растений-регенерантов. Этапы клонального
микроразмножения. Факторы, влияющие на эффективность размножения. Технология
получения безвирусного материала из меристемных тканей.
Занятие 4. Проблемы получения гибридных форм растений при отдаленных
скрещиваниях. Известные и применяемые в классической селекции способы получения
отдаленных гибридов. Эффективность культивирования в условиях in vitro с целью получения
жизнеспособных растений-регенерантов незрелых зародышей (на конкретных примерах
скрещивания растений, относящихся к различным видам). Этапы получения жизнеспособных
гибридов растений с использованием биотехнологических методов.
Занятие 5. Понятие сомаклональной и гаметоклональной изменчивости. Методы
выделения вариантов с генетической изменчивостью, получение растений-регенерантов,
практическое использование.
Занятие 6. Причины генетической эрозии растительных ресурсов. Необходимость
изучения, сохранения и расширения биоразнообразия растений с учетом почвенноклиматических условий и антропогенной нагрузки.
Занятие 7. Методы оценки растений к воздействию неблагоприятных факторов
(засоление, кислотность, недостаток минерального питания, поражение фитопатогенными
грибами и др.) с использованием селективных фонов в лабораторных условиях. Подбор
субстратов, питательных сред для размножения, поддержания и сохранения ценных генотипов.
Занятие 8. Понятие трансгенных растений. Технология создания трансгенных растений.
Распространение трансгенных сортов в мире и в Российской Федерации (площади, ведущие
страны). Наиболее развитые направления создания трансгенных сортов..
Занятие 9. Биобезопасность и биологические, экологические, пищевые, социальные и
экономические риски создания и использования в различных областях генетически
модифицированных организмов (ГМО). Методы определения ГМО в продуктах питания.
Государственный контроль и государственное регулирование в области генно-инженерной
деятельности.
Занятие 10. Составление развернутого плана
выпускной квалификационной работы
аспиранта, требования к оформлению, презентация работы и доклад. Оформление списка
литературы, правила цитирования, требования ГОСТ.
6. Учебно-методическое обеспечение и планирование самостоятельной работы
аспирантов
Таблица 3.
№
1.1
1.2.
Темы
Планирование самостоятельной работы
Виды СРС
Модуль 1
Введение.
Биотехнология
растений
как
научное
направление
Классические методы создания
сортов культурных растений
Объем
часов
Чтение обязательной и дополнительной
литературы. Подготовка к опросу.
4
Выполнение практической работы.
Чтение обязательной и дополнительной
6
литературы.
Чтение обязательной и дополнительной
литературы.
Подготовка к опросу.
Выполнение практической работы.
Чтение обязательной и дополнительной
литературы.
Теоретическое и практическое
значение
для
селекции
биотехнологических методов
1.4. Питательные среды и условия
культивирования.
Значение
асептики в биотехнологических
процессах
1.5. Особенности
популяций Чтение обязательной и дополнительной
литературы.
культивируемых клеток in vitro
Подготовка к опросу.
1.6. Глубинное
культивирование Чтение обязательной и дополнительной
литературы.
клеток высших растений
Составление
конспекта
по
предложенной теме.
Всего
Модуль 2
2.1 Теоретическое и практическое Выполнение практической работы
значение
клонального Чтение обязательной и дополнительной
литературы
микроразмножения
2.2 Использование культуры
Чтение обязательной и дополнительной
литературы
зародышей для получения
Подготовка к опросу
отдаленных гибридов
2.3 Технология получения
Чтение обязательной и дополнительной
литературы
протопластов и их слияние в
условиях in vitro
2.4 Способы
преодоления Выполнение практической работы
стерильности
отдаленных Подготовка к контрольной работе
гибридов растений
2.5 Гаплоидия и дигаплоидия в
Чтение обязательной и дополнительной
литературы
системах in vitro
Подготовка к опросу
2.6 Сомаклональная и гаметоклоВыполнение практической работы
Чтение обязательной и дополнительной
нальная изменчивость
литературы
2.7 Мутагенез и клеточная селекция Чтение обязательной и дополнительной
литературы
Составление
конспекта
по
предложенной теме
Всего
Модуль 3
3.1 Актуальные
проблемы Выполнение практической работы
сохранения
и
мобилизации Чтение обязательной и дополнительной
генетических ресурсов растений литературы
3.2 Стратегия
сохранения Чтение обязательной и дополнительной
генетических ресурсов растений литературы
Подготовка к опросу
3.3 Криогенное
хранение Чтение обязательной и дополнительной
литературы Подготовка к опросу
растительного материала
3.4 Биотехнология
как
способ Выполнение практической работы
ускоренного размножения и Чтение обязательной и дополнительной
литературы
сохранения ценных генотипов
3.5 Роль методов биотехнологии в Чтение обязательной и дополнительной
1.3.
4
4
2
4
24
4
4
4
4
6
4
6
32
4
4
4
4
6
повышении
устойчивости литературы
растений
к
стрессовым Подготовка к опросу
воздействиям.
3.6 Трансгенные растения
Выполнение практической работы
Чтение обязательной и дополнительной
литературы
3.7 Проблемы безопасности и риска Выполнение практической работы
Чтение обязательной и дополнительной
в биотехнологии
литературы
3.8 Современные проекты в области Чтение обязательной и дополнительной
литературы
биотехнологии растений.
Подготовка к контрольной работе
3.9 Способы
представления Выполнение практической работы
результатов
научно- Чтение обязательной и дополнительной
исследовательской работы
литературы
Всего
Заслушивание рефератов по предложенным темам.
6
4
4
8
44
100
7. Типовые контрольные задания или иные материалы, необходимые для оценки знаний,
умений, навыков и (или) опыта деятельности, характеризующей этапы формирования
компетенций в процессе освоения образовательной программы.
Самостоятельная работа аспирантов, обучающихся по направлению подготовки
06.06.01. Биологические науки (Биотехнология (в том числе бионанотехнологии)) по
дисциплине «Биотехнология (в том числе бионанотехнологии) (теоретические и прикладные
аспекты)». включает следующие виды учебной деятельности: чтение обязательной и
дополнительной литературы, подготовка к семинарскому
занятию, подготовка рефератов,
выступление с докладом и презентацией, подготовка и защита конспектов по предложенной
теме с презентацией, выполнение контрольных работ.
На контрольную работу по модулю отводится не менее 1,0 часа. Контрольная работа
состоит из средних по трудоемкости вопросов, различных типов тестов или заданий,
требующих поиска обоснованного развернутого ответа.
Контрольная работа №1
1. Предмет и задачи биотехнологии растений, связь с другими научными направлениями,
этапы развития.
2. Источники углерода, минерального питания, неорганические и органические питательные
вещества, микроэлементы. Ростовые факторы.
3. Морфологическая гетерогенность растительных тканей in vitro.
4. Цитогенетическая гетерогенность растительных клеток.
5. Суспензионная культура клеток высших растений.
6. Методы стерилизации жидких и твердых питательных сред. Стерилизация посуды.
Стерилизация растительного материала.
Контрольная работа №2
1. Понятие андрогенеза и способы получения гаплоидных растений из пыльцы.
2. Мутационная селекция in vitro. Мутагены, выделение мутантов.
3. Культивирование незрелых зародышей in vitro, как способ получения новых гибридных
форм растений.
4. Клональное микроразмножение, этапы получения растений регенерантов с использованием
различных эксплантов.
5. Способы получения посадочного материала растений, непораженного вирусами.
6. Возникновение измененных вариантов (сомаклональная и гаметоклональная изменчивость)
при культивировании в условиях in vitro.
7. Примеры получения трансгенных растений, устойчивых к стрессам, насекомым и болезням.
8. Критерии, показатели и методы оценки генетически модифицированных растительных
организмов и получаемых из них продуктов на биобезопасность.
Примерные темы рефератов:
1.
Применение генетической трансформации в биотехнологии и селекции растений.
2.
Эффективность применения трансгенных растений в мире.
3.
Достоинства
и
недостатки
методов
сохранения
растительного
материала
в
неконтролируемых и контролируемых условиях.
4.
Проблемы риска и биобезопасности использования генетически модифицированных
продуктов.
5.
Основные направления конструирования трансгенных растений, устойчивых к болезням.
6.
Разнообразие селекционно-генетических методов в получении новых форм растений.
7.
Мутационная изменчивость растений, индуцированная физическими и химическими
мутагенами, и ее селекционное использование.
8.
Особенности и трудности получения отдаленных гибридов растений классическими
методами.
9.
Инфекционные и провокационные фоны для изучения устойчивости растений к
воздействию неблагоприятных факторов.
10.
Способы получения полиплоидных форм растений.
11.
Эффективность клеточной селекции.
Экзамен служит формой проверки качества усвоения учебного материала лекционных и
практических занятий, а также иных видов учебной деятельности аспирантов соответствии с
учебной программой.
Контрольные вопросы к экзамену
1. Какова роль
биотехнологии в практике и познании фундаментальных основ
организации и функционирования растительного генома?
2. Преимущество селекции с использованием методов по сравнению с традиционной при
одинаковой конечной цели – получение новых сортов.
3. Что такое трансгенные растения?
4. Перечислите основные этапы получения трансгенных растений.
5. Назовите основные пути создания трансгенных растений устойчивых к насекомымвредителям.
6. В чем практический смысл создания сортов, устойчивых к гербицидам?
7. Назовите примеры генетического улучшения растений с целью повышения их
продуктивности.
8. Как можно улучшить качество растительной продукции?
9. Как повысить устойчивость растений к неблагоприятным воздействиям (засухе,
засолению, низким температурам)?
10. Что понимают под микроклональном размножением растений? Назовите основные
этапы микроклонального размножения растений.
11. Назовите
физические
факторы,
влияющие
на
процесс
микроклонального
размножения.
12. Какова роль генотипа и экспланта в эффективности микроклонального размножения?
13. Что Вы знаете об оздоровлении посадочного материала?
14. Назовите основные компоненты питательных сред, наиболее часто используемых для
каллусогенеза, различных типов морфогенеза и клонального микроразмножения.
15. Что понимают под каллусной тканью? Получение каллусной ткани и возможные
нежелательные явления.
16. Назовите причины генетической неоднородности каллусных клеток.
17. Что представляют собой опухолевые и «привыкшие» ткани?
18. Назовите этапы культивирования незрелых зародышей в условиях in vitro.
19. Что понимают под андрогенезом и гиногезом?
20. Охарактеризуйте этапы получения гаплоидных растений в культуре пыльников и
пыльцы.
21. Какие
факторы
оказывают
наиболее
существенное
влияние
на
протекание
андрогенеза?
22. Как провести дигаплоидизацию полученных гаплоидов?
23. Теоретические аспекты и практическое использование гаплоидов.
24. Причины возникновения самоклональной и гаметоклональной изменчивости и ее
практическое использование.
25. Какими методами можно получить протопласты у растений?
26. Восстановление клеточной оболочки, деление протопластов и регенерация растений.
27. Назовите этапы мутационной селекции в условиях in vitro.
28. В чем различие между генетической и эпигенетической природой индуцированных
мутаций?
29. Назовите основные типы мутаций, индуцированных в условиях in vitro.
30. Как происходит регуляция роста и развития растений?
31. От каких процессов зависит уровень фитогормонов в определенном органе?
32. В чем заключается различие между понятием фитогормон и фиторегулятор?
Гормональный статус растений и методы его мониторинга.
33. Продукционный процесс и его мониторинг. Методы мониторинга продукционного
процесса у растений и в посевах.
34. В чем заключается сущность криосохранения?
35. Особенности замораживания почек стебля и меристем, культу клеток и тканей,
протопластов?
36. Определение жизнеспособности клеток после криосохранения.
37. Назначение и принципы работы биокриокомплексов.
38. Криопротекторы, применяемые при криосохранении.
39. Какие критерии и показатели биобезопасности применяются в биотехнологии и
биоинженерии?
40. Способы представления результатов научно-исследовательской работы.
8. Образовательные технологии.
При реализации различных видов учебной работы во время изучения дисциплины
«Биотехнология (в том числе бионанотехнологии) (теоретические и прикладные аспекты)»
используются различные образовательные технологии: лекции и практические занятия,
отражающие основные разделы изучаемого курса, рефераты.
Отдельное внимание уделяется интерактивным формам занятий. В интерактивной форме
(работа в малых группах) проводится бóльшая часть практических занятий. Для развития
навыков самостоятельной научно-исследовательской работы, способностей
обобщать и
анализировать информацию из литературных источников предлагается реферат по одной из
приведенных тем.
Для текущего контроля знаний аспирантов используются устные опросы, ответы на
практических занятиях, контрольные работы, предложены вопросы к экзамену.
9. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины.
9.1 Основная литература:
1. Кузнецов, А.И. Прикладная экобиотехнология: в 2 т. /А. Е. Кузнецов [и др.]. - 2-е изд. – М.:
БИНОМ. Лаборатория знаний. – Т. 1. - 2012. - 629 с. Гриф УМО.
2. Кузнецов, А.И. Прикладная экобиотехнология: в 2 т. /А. Е. Кузнецов [и др.]. - 2-е изд. – М.:
БИНОМ. Лаборатория знаний. - Т. 2. - 2012. - 485 с. Гриф УМО.
3. Генетические основы селекции растений. В 4 томах. Том 3. Биотехнология в селекции
растений. Клеточная инженерия [Электронный ресурс] / Минск: Белорусская наука, 2012. - 489
с. - 978-985-08-1392-3. Режим доступа: http://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=142474 (дата
обращения 05.02.2014).
9.2 Дополнительная литература
1. Егорова, Т.А. Основы биотехнологии. /Т. А. Егорова, С. М. Клунова, Е. А. М.: Академия,
2005. - 208 с. Гриф: Рекомендовано методсоветом по направлению.
2. Клетки = Cells: [учеб. для студентов вузов] : пер. с англ./ ред. Б. Льюин [и др.]. – М.: БИНОМ.
Лаборатория знаний, 2011. - 951 с.
3. Лутова, Л. А.. Биотехнология высших растений/ Л. А. Лутова. - 2-е изд., испр. и доп.. - СанктПетербург: Изд-во СПбГУ, 2010. - 240 с. Гриф УМО
4. Трошкова, Г. П.. Экологическая биотехнология [Electronic resource] : учебное пособие / Г. П.
Трошкова, Е. К. Емельянова, Н. О. Карабинцева. Новосиб. гос. мед. ун-т. - Новосибирск: [б. и.],
2011. - 144 с.. - Режим доступа: https://icdlib.nspu.ru/catalog/details/icdlib/852311/
5. Ребриков Д.В. ПЦР в реальном времени /Д.В. Ребриков, Г.А. Саматов, Д.Ю. Трофимов. Москва:БИНОМ. Лаборатория знаний, 2011.. – 223 с.
9.3 Периодические издания
1. Журнал «Биотехнология» http://www.genetika.ru/journal/
2. Журнал «Сельскохозяйственная биология» http://www.agrobiology.ru/
9.4 Интернет-ресурсы
1. http://elibrary.ru – Научная электронная библиотека
2. http://pushgu.ru Пущинский государственный университет.
3. http://www.rusbiotech.ru./company Российские биотехнологии и биоинформатика.
10. Перечень информационных технологий, используемых при осуществлении
образовательного процесса по дисциплине, включая перечень программного обеспечения
и информационных справочных систем.
1. http://vir.nw.ru/data/dbf_ru.htm
- База данных генетических ресурсов растений
ВНИИР им. Н.И. Вавилова
2. http://www.jcbi.ru/eco1/index.shtml - Объединенный центр вычислительной биологии
и биоинформатики, база данных.
3. Excel
4. Pover Point
11. Технические средства и материально-техническое обеспечение дисциплины
Лекции по дисциплине
прикладные аспекты)
Биотехнология (бионанотехнологии) (теоретические и
читаются в аудитории № 305 кафедры ботаники, биотехнологии и
ландшафтной архитектуры и имеют мультимедийное сопровождение.
Для научно-исследовательской работы аспирантов на кафедре имеется лаборатория
биотехнологических и микробиологических исследований (№ 100, № 302), оснащенные
современным оборудованием: микроскоп Axiostar Plus (Karl Zeiss, Германия); холодильники
MBR-561 (H) (+4С) и LF-340 (-12С) для хранения активной и базовой семенных коллекций;
низкотемпературные холодильники LDF-1156 (-152С) и ILS-DF85
(-77С) для хранения
семян, каллусных тканей, растительных клеток, пыльцы и черенков; климатическая камера
MLR-240 с регулируемыми режимами температуры, освещения; ламинарный бокс NU-425400E; автоклав DGM-80 для стерилизации питательных сред и микробиологического
инструментария; термостаты ТС-1/80 СПУ.