Biotechnologia w produkcji roślinnej

Liczne niekorzystne czynniki mają negatywny wpływ na plony roślin uprawnych, co skłania do zastanowienia się, jaki jest wkład biotechnologii w poprawę efektywności produkcji roślinnej w obecnych czasach? W końcu delikatne rośliny uprawne częściej cierpią z powodu:

• gryzonie;
• chwasty;
• nicienie;
• szkodniki owadzie;
• wirusy;
• bakteria;
• grzyby fitopatogenne;
• Niesprzyjające warunki pogodowe;
• erozja gleby.

Znaczenie biotechnologii w produkcji roślinnej

Ze względu na wzrost populacji i jej potrzeby nie można już zrezygnować z biotechnologii w nowoczesnej produkcji roślinnej. Istnieją dwa główne obszary zastosowania biotechnologii w produkcji roślinnej:

• modyfikacja genetyczna poprzez wprowadzanie genów z organizmów obcych, w wyniku której powstają obiekty zmodyfikowane genetycznie (GMO );
• odwoływanie się do rezerwatów przyrody – stosowanie ekstraktów z grzybów i roślin, wysokoproduktywnych mikroorganizmów itp.

Nauka opracowała kilka leków, które mogą rozwiązać różne problemy, na które cierpią producenci rolni. Zgodnie z przeznaczeniem produkty biologiczne można podzielić na:

• regulatory wzrostu roślin;
• środki ochrony roślin;
• środki zwiększające plon.

Pomimo aktywnej promocji produktów GMO, kraje rozwinięte gospodarczo nie spieszą się z rozszerzaniem konsumpcji, preferując biotechnologie (biologiczne metody narażenia) wykorzystujące mikroorganizmy. Chociaż wiele firm na całym świecie wykorzystuje GMO, nie tylko w produkcji roślinnej, ale także w innych obszarach działalności.

Metody ochrony roślin

Biotechnologiczne sposoby ochrony roślin uprawnych przed szkodliwymi czynnikami to:

• hodowla odmian odpornych na niekorzystne czynniki;
• stosowanie chemicznych środków zwalczania (herbicydów, pestycydów, ratocydów, insektycydów, nematocydów, fungicydów);
• biologiczne metody zwalczania szkodników oparte na wykorzystaniu ich naturalnych pasożytów i wrogów lub substancji toksycznych uwalnianych przez organizmy żywe.

Film o biotechnologii w produkcji roślinnej

Zwiększenie produktywności roślin

To równie ważne zadanie, m.in.:

• zwiększenie produktywności kultury;
• zwiększenie jego wartości odżywczej;
• hodowla odmian, które mogą rosnąć na terenach podmokłych lub suchych, na glebach zasolonych.

Celem jest zwiększenie efektywności energetycznej procesów zachodzących w tkankach roślinnych (pochłanianie energii świetlnej, dwutlenku węgla, metabolizmu wody i soli).

Najważniejsze kierunki rozwoju biotechnologii w produkcji roślinnej

Tradycyjna produkcja nowych odmian poprzez hodowlę z wykorzystaniem hybrydyzacji, mutacji indukowanych i spontanicznych. Metody hodowli oparte na inżynierii komórkowej i genetycznej już zaczynają być wprowadzane. Na przykład za pomocą inżynierii genetycznej ma wykształcić symbiotyczne asocjacje dla roślin, które pozwolą im wiązać azot. Naukowcom udało się już wyizolować i sklonować geny sym, które są odpowiedzialne za tworzenie wiązań symbiotycznych między rośliną żywicielską a guzkowym utrwalaczem azotu. Oznacza to, że dzięki metodom inżynierii genetycznej można nauczyć rośliny nasycania gleby azotem.

• Jest jeszcze jedno ciekawe zadanie – transformacja protoplastów roślin za pomocą DNA.
• Opracowywane są metody międzygatunkowego transferu genów asm, które uodparniają rośliny na suszę, zimno, upały i zasolenie gleby.
• Trwają prace nad korektą genów cfx regulujących pobieranie dwutlenku węgla przez roślinę, których celem jest zwiększenie wydajności biologicznej konwersji promieniowania świetlnego.

• Hodowla roślin odpornych na herbicydy pozwoli na ich wykorzystanie do zwalczania chwastów bezpośrednio na polach, na których rosną rośliny uprawne. Ale tutaj problem polega na tym, że przedawkowanie herbicydów niekorzystnie wpływa na cały ekosystem.
• Istnieje wiele roślin, które są poważnie dotknięte przez nicienie. Proponuje się wprowadzenie do nich genów, które zmuszą komórki korzeniowe roślin do rozmnażania nicieniobójczych. Ale ten ostatni nie powinien być toksyczny dla korzystnej mikroflory korzeni.

Przykłady rzeczywistych osiągnięć w biotechnologii

• Biotechnologia w australijskiej produkcji roślinnej poprzez hodowlę klonów komórkowych in vitro umożliwiła rozwój eukaliptusa (czerwonego drzewa gumowego), który może rosnąć na słonej glebie. Obliczenia opierają się na fakcie, że korzenie drzew eukaliptusowych będą pompować wodę z gleby i obniżać poziom zasolonych wód gruntowych. W związku z tym przewiduje się zmniejszenie zasolenia górnych warstw gleby, a spływy wód opadowych będą musiały wypierać sól do głębszych warstw.
• Z klonu komórkowego w Malezji wyhodowano palmę olejową, która jest bardziej odporna na fitopatogeny i produkuje 20-30% więcej oleju.
• Klonowanie komórek, badanie przesiewowe komórek, a następnie regeneracja roślin z wybranych klonów będzie ważną techniką ulepszania gatunków drzew (np. drzew iglastych) rosnących w umiarkowanych szerokościach geograficznych.
• Rośliny wyhodowane z tkanek lub komórek merisystemu zdobią teraz półki w postaci truskawek, szparagów, kalafiora i brukselki, ananasów, brzoskwiń, bananów itp.

Naukowcy mają nadzieję pokonać wirusowe choroby roślin za pomocą klonowania. Opracowano metody umożliwiające pozyskiwanie regenerantów roślin z pąków wierzchołkowych. Następnie spośród zregenerowanych okazów dokonuje się uboju – selekcjonuje się osobniki pozyskane z komórek niezainfekowanych. Taki ubój wymaga wczesnego wykrycia choroby, co osiąga się za pomocą immunodiagnostyki przy użyciu sond DNA/RNA lub przeciwciał monoklonalnych. Do ich realizacji potrzebne są oczyszczone preparaty samych wirusów lub ich ważnych składników strukturalnych.

Klonowanie komórek jest bardzo obiecującym mechanizmem nie tylko do uzyskiwania nowych odmian, ale także do przemysłowej uprawy produktów. Jeżeli warunki uprawy zostaną odpowiednio przygotowane, np. poprzez znalezienie optymalnej proporcji fitohormonów, to w tych warunkach wyizolowane komórki będą bardziej produktywne niż same rośliny. Immobilizacja protoplastów lub komórek roślinnych często powoduje zwiększenie ich zdolności do syntezy.