Підручники з Біології / Біологія 11 клас / Соболь В.І. Біологія 11 клас. 2019

ські цінності, знала про основні джерела порушення природної рівноваги, усвідомлювала свою відповідальність перед суспільством. Компонентом екологічної освіти є екологічне мислення. Екологічне мислення – це відображення дійсності, що передбачає усвідомлення людиною екологічних взаємозв’язків природи. Пошук шляхів формування такого мислення та розробка теорії коеволюційного розвитку природи й людської цивілізації є предметом дослідження екології людини, або соціальної екології.

Отже, РАЦІОНАЛЬНЕ ПРИРОДОКОРИСТУВАННЯ – сфера діяльності і вся сукупність засобів, що застосовує суспільство задля вивчення, освоєння, використання, відновлення, поліпшення й охорони природного середовища та природних ресурсів.

У чому полягає необхідність міжнародної взаємодії у справі охорони довкілля?

Необхідність міжнародного природоохоронного співробітництва на сучасному етапі розвитку продуктивних сил зумовлюється такими чинниками, як:

•глобальний характер багатьох екологічних проблем;

•транскордонний характер забруднення довкілля;

•міжнародні зобов’язання України щодо охорони довкілля;

•наявність міжнародних природних ресурсів;

•вигода від міжнародного обміну досвідом та технологіями;

•можливості залучення міжнародних інвестицій.

Реалізувати стратегію виходу із сучасної екологічної кризи можна лише на

основі спільних зусиль щодо природоохоронних дій всіх країн. На теперішній час жодна країна не спроможна розв’язати свої екологічні проблеми самостійно або співпрацюючи з декількома країнами.

Формами міжнародного співробітництва у сфері охорони довкілля є: 1) організація наукових і практичних зустрічей (самітів, конференцій); 2) створення міжнародних організацій (наприклад, Міжнародної комісії з навколишнього середовища й розвитку); 3) укладання офіційних договорів та угод, що координують спільні зусилля з охорони природи (наприклад, Всесвітня хартія природи (1982), Європейська хартія про навколишнє середовище та охорону здоров'я (1989), Міжнародна конвенція про захист рослин (1997), Конвенція про біологічне різноманіття (1993); 4) діяльність міжнародних громадських партій та організацій (наприклад, Грінпіс, Всесвітній фонд дикої природи, Всеукраїнська громадська організація «Жива планета»).

Отже, людство усвідомило навислу небезпеку життю і почало вживати активних заходів щодо охорони довкілля.

ДІЯЛЬНІСТЬ

Самостійна робота з ілюстрацією. Екологічний слід

Екологічний слід (англ. ecological footprint) – міра потреб людини в екосистемах планети. Населення часто використовує більше природного капіталу, ніж генерується на його території життя. Т. зв. екологічні межі, що дають змогу природі підтримувати баланс, становлять 2,2 га на одного мешканця. Розгляньте Світову мапу екологічного сліду та сформулюйте закономірності.

§ 54. Концепція сталого розвитку та її значення

211

Тема 8. СТАЛИЙ РОЗВИТОК ТА РАЦІОНАЛЬНЕ ПРИРОДОКОРИСТУВАННЯ

212

Світова мапа економічного розвитку

Пояснення < 1,75 гг (глобальних гектарів)

1,75 – 3,5 гг 3,5 – 5,25 гг

5,25 – 7 гг > 7 гг

Недостатньо даних

Біологія + Естетика. Краса живої природи й охорона довкілля

Джеральд Даррелл писав про свою зустріч з ягуаром: «На мене скажено блискав очима звір такої краси, що я зойкнув. Хутро в нього було коротким, шовковистим, соковитого золотаво-коричневого кольору, немов дикий мед… Але найдивовижнішими були очі: великі, ледь розкосі на золотавому писку... Очі зелені, точно листи під льодом, блискали, як слюда в променях згасаю-

чого сонця». Що таке природоохоронна естетика? Обґрунтуйте значення естетики й екологічного мислення в розв’язуванні сучасних екологічних проблем.

СТАВЛЕННЯ

Біологія + Громадський рух «Жива планета»

Місія Всеукраїнської громадської організації «Жива планета» – розвиток екологічної демократії та поліпшення стану довкілля та якості життя в Україні. Пріоритетними напрямами діяльності організації у сфері сталого розвитку є «Стале споживання»,

«Стала енергетика», «Стале виробництво», «Сталі

закупівлі», «Сталий розвиток населених пунктів», «Сталий спосіб життя й освіта». Доведіть необхідність міжнародної взаємодії

державних установ та громадських організації у справі охорони довкілля.

РЕЗУЛЬТАТ

Узагальнення теми 8. СТАЛИЙ РОЗВИТОК ТА РАЦІОНАЛЬНЕ ПРИРОДОКОРИСТУВАННЯ

СТАЛИЙ РОЗВИТОК ПРИРОДИ Й СУСПІЛЬСТВА (англ. sustainable development) – розвиток суспільства, за якого економічне зростання, матеріальне виробництво і споживання відбуваються в межах, що визначаються властивістю екосистем до самовідновлення. Сталий розвиток полягає в збалансованому розвитку економічного, соціального та екологічного компонентів.

РАЦІОНАЛЬНЕ ПРИРОДОКОРИСТУВАННЯ – сфера діяльності й уся сукупність засобів, що застосовує суспільство задля вивчення, освоєння, використання, відновлення, поліпшення й охорони довкілля та природних ресурсів.

Прикладними галузями знань, основою для розумного використання ресурсів довкілля, його охорони та забезпечення умов сталого розвитку суспільства є середо­ вищезнавство (інвайронментологія) й охорона довкілля (інвайронменталістика).

СЕРЕДОВИЩЕЗНАВСТВО. ОХОРОНА ДОВКІЛЛЯ

Узагальнення теми 8. Сталий розвиток та раціональне природокористування

213

Тема 9. ЗАСТОСУВАННЯ РЕЗУЛЬТАТІВ БІОЛОГІЧНИХ ДОСЛІДЖЕНЬ У СЕЛЕКЦІЇ, МЕДИЦИНІ ТА БІОТЕХНОЛОГІЇ

214

фазана звичайного. Відсутність селекційного підходу може мати й негативні наслідки. Так, причиною загибелі зубрів Надвірнянської субпопуляції (Івано-Фран- ківська область) стало неправильне формування стада, в якому виявилися найближчі родичі. Їх близькоспоріднене схрещування призвело до збільшення частоти зустрічальності різноманітних летальних генів і порушень ембріогенезу.

Основними напрямами сучасних селекційних досліджень є маркерна, геномна та адаптивна селекція.

Маркерна селекція (англ. marker assisted selection) – це використання маркерів для визначення наявності й розташування генів, що відповідають за селекційно-цін- ні ознаки. Нині найширше використовують молекулярні маркери з ДНК-чіпами. Поширена в селекції рослин і тварин для добору за генотипом та дослідження моногенних ознак й основних генів локусів полігенних (кількісних) ознак.

Геномна селекція (англ. genomic selection) – це тестування геному одразу за великою кількістю маркерів. Сканування геному відбувається за участі ДНК-чіпів з десятками тисяч маркерів. Геномну селекцію застосовують у селекції рослин і тварин для добору організмів за генотипом та дослідження полігенних ознак.

Адаптивна селекція (англ. adaptive selection) – виведення сортів і порід з високим адаптивним потенціалом, тобто стійкістю до несприятливих кліматичних змін і захворювань, до різних стресів. Створення адаптивних сортів і порід з високою й стійкою продуктивністю в різних умовах довкілля, стійких до екстремальних умов вирощування, основних захворювань – актуальна проблема сучасної селекції.

Отже, розвиток сучасної селекції відбувається в найтіснішій взаємодії з молекулярною біологією, біохімією, біотехнологією та екологією.

Які досягнення та завдання сучасної селекції?

Досягнення селекції застосовують у рослинництві, тваринництві, медицині, харчовій, мікробіологічній та інших галузях промисловості, в побуті. Застосування результатів досліджень молекулярної біології (метод полімеразної ланцюгової реакції, ДНК-гібридизації), біохімії (отримання ферментів), застосування методів генної (генетичне рекомбінування) й клітинної (метод культури клітин, метод клонування) інженерії відкрили нові перспективи розвитку. Все ширше використовуються можливості біотехнології (наприклад, технологія генетичного редагування за допомогою систем TALEN і CRISPR/Cas9), що у поєднанні з мікробіологічним синтезом значно пришвидшує селекційний процес.

Селекція сприяла забезпеченню продовольчої безпеки, адже саме завдяки їй було створено нові, стійкі проти вилягання й більш продуктивні сорти рису, пшениці, кукурудзи. Завдяки селекції у 1940 –1960 рр. було проведено «Зелену революцію» в Мексиці, Пакистані та Індії.

Нині селекція може стати основою реалізації багатьох глобальних цілей сталого розвитку. Це передусім подолання бідності й розв’язування проблем голоду. Станом на 2016 р., за даними Продовольчої і сільськогосподарської організації ООН (ФАО), у світі від голоду страждають 815 млн людей, а це 11 % населення Землі. Селекція та її дослідження є важливими для забезпечення міцного здоров’я й благополуччя (створення сортів для органічного землеробства, культур, зерно яких має дієтичні та лікувальні властивості), отримання доступної й чистої енер-

§ 55. Застосування результатів біологічних досліджень у селекції

215

Тема 9. ЗАСТОСУВАННЯ РЕЗУЛЬТАТІВ БІОЛОГІЧНИХ ДОСЛІДЖЕНЬ У СЕЛЕКЦІЇ, МЕДИЦИНІ ТА БІОТЕХНОЛОГІЇ

гії (створення штамів для отримання біопалива), отримання чистої води та належних санітарних умов (створення сортів рослин, штамів мікроорганізмів для очищення водойм). Отримання штамів мікроорганізмів для розщеплення забруднювачів, створення стійкого посадкового матеріалу для відтворення лісових ресурсів аборигенних видів, підвищення стійкості та біорізноманіття штучних лісових насаджень, створення лісових насаджень з метою отримання продукції (активованого вугіл-

ля, живиці, ефірних олій) може забезпечити захист екосистем суходолу (іл. 92).

Отже, сучасна селекція є важливою наукою з визначними досягненнями й важливими перспективами для забезпечення сталого розвитку.

Який внесок вітчизняних учених у розвиток селекції?

Селекційну діяльність в Україні на державному рівні організовує Національна академія аграрних наук України, в складі якої такі відомі науково-дослідні установи, як Всеукраїнський науковий інститут селекції у Києві, Інститут картоплярства НААН України, Інститут рослинництва ім. В. Я. Юр’єва НААН України, Селекційно-генетичний інститут в Одесі, Миронівський інститут пшениці ім. В. М. Ремесла НААН України, Інститут зернових культур у місті Дніпро, Національний науковий центр Інститут бджільництва ім. П. І. Прокоповича, Інститут свинарства і агропромислового виробництва НААН України в Полтаві, Інститут рибного господарства НААН України та ін.

Дуже вагомим є внесок видатних українських науковців у становлення селекції. Всесвітньо відомими селекціонерами є:

•Л. П. Симиренко (1855 – 1920), В. Л. Симиренко (1891 – 1938) – видатні помологи і вчені-садівники;

•В. М. Ремесло (1907 – 1983) – закріпив за Україною статус «житниці Європи», селекціонував 40 сортів зернових колосових культур, які й досі є донорами для сортів пшениць вітчизняної й зарубіжної селекції;

•П. Х. Гаркавий (1908 – 1984) – селекціонер-рослинник, вивів 14 сортів озимого і 23 сорти ярого ячменю;

•М. Ф. Іванов (1871 – 1935) – селекціонер тварин, вивів асканійську породу тонкорунних овець і українську степову білу породу свиней;

•В. С. Пустовойт (1886 – 1972) – селекціонер-рослинник, створив 34 високоолійні сорти соняшнику;

•Л. Л. Семполовський (1868 – 1960) – селекціонер-рослинник, займався створенням сортів цукрового буряку;

•В. Я. Юр’єв (1879 – 1962) – селекціонер рослин, вивів багато сортів озимої і ярої пшениці, проса, кукурудзи та інших культур;

•О. С. Алексєєва (1926 – 2006) – селекціонерка рослин, працювала в галузі селекції гречки, виведено й передано на сортовипробування 30 сортів, 12 з яких районовано.

§ 55. Застосування результатів біологічних досліджень у селекції

217

Тема 9. ЗАСТОСУВАННЯ РЕЗУЛЬТАТІВ БІОЛОГІЧНИХ ДОСЛІДЖЕНЬ У СЕЛЕКЦІЇ, МЕДИЦИНІ ТА БІОТЕХНОЛОГІЇ

218

Що таке селекція? Це вміння відшукувати у пригорщі піску маленьку золоту зернину.

В. М. Ремесло

§56. СУЧАСНІ МЕТОДИ СЕЛЕКЦІЇ ТВАРИН, РОСЛИН І МІКРООРГАНІЗМІВ

Основні поняття й ключові терміни: Добір. Гібридизація. Індукований мутаганез. Поліплоїдизація. Гетерозис.

Пригадайте! Що таке селекція?

Новини науки

Соняшник однорічний (Helianthus annuus) є однією з основних культур України. Вітчизняні селекціонери працюють над створенням високоолійних, промислових і кондитерських сортів, стійких до паразитів (наприклад, вовчка соняшникового) й гербіцидів із застосуванням класичних і нових методів селекції. А якими є ці методи селекції?

ЗМІСТ

Які сучасні методи селекції тварин, рослин і мікроорганізмів?

Основними методами селекції є добір, гібридизація, штучний мутагенез і поліплоїдизація.

•Добір – метод відбору й збереження особин з певними, цінними для людини ознаками і сприяння їхньому розмноженню. У селекції застосовують масовий (за фенотипом) та індивідуальний (за генотипом) форми добору.

•Гібридизація – це метод одержання нащадків внаслідок поєднання генетичного матеріалу різних клітин або організмів. Схрещування можливе як у межах одного виду (внутрішньовидова гібридизація, що буває спорідненою й неспорідненою), так і між особинами різних видів (міжвидова гібридизація).

•Індукований мутагенез – метод штучного одержання мутацій, зумовлений спрямованою дією різних мутагенів. У контрольованих умовах цим шляхом можна отримати мутації, що трапляються в природі зрідка або взагалі не виявляються.

•Поліплоїдизація – метод отримання організмів зі збільшеною кількістю хромосом, що кратна гаплоїдному набору. Метод застосовують у селекції рослин для підвищення врожайності, подолання стерильності гібридів та ін.

А якими є нові пріоритети й методи в селекції?

І. Розширення спектра генетичної мінливості. Однією з умов успішної селекційної роботи є різноманітність вихідного матеріалу. З цією метою в сучасній селекції застосовують методи генетичної інженерії (трансгенез, рекомбіно­ генез, цисгенез), створюють генетичні банки. Генетичні банки – це сховище насіння, меристем, статевих і соматичних клітин, придатних для відтворення представників видів, сортів і порід. Найбільший генетичний банк у світі – Свалбардський глобальний банк насіння рослин на о. Шпіцберген (Норвегія). В Україні існує Національний центр генетичних ресурсів рослин, в якому на тривале збереження закладено насіння 27 000 зразків 203 видів рослин.

ІІ. Підвищення ефективності відбору. Застосування результатів досліджень молекулярної біології, молекулярної генетики, біохімії дають змогу селекціонерам підвищувати ефективність основних методів селекції. Так, у селекції тварин науковці вже здійснюють індивідуальний добір одразу після народження, не очікуючи на прояви ознак чи появу нащадків, що значно прискорює селекційний процес. Перспективним виявився молекулярний підхід, а саме добір за допомогою молекулярних маркерів, що став основою маркерної й геномної селекції. Метод гібридизації застосовується на молекулярному (метод гібридизації ДНК) і клітинному (метод гібридизації соматичних клітин) рівнях. Виник новий напрям селекційних досліджень – клітинна селекція. Для екологічної організації селекційного процесу формується адаптивна селекція, методи якої спрямовані передусім на створення високопродуктивних гетерозисних гібридів.

ІІІ. Підвищення інформативності селекційного процесу досягається завдяки інформаційним технологіям, комп’ютеризації, впровадженню методів моделювання. Наприклад, ефективним є використання в селекції рослин фітотронів (камер штучного клімату), в яких моделюють умови вегетації рослин для експериментальних досліджень, отримують кілька врожаїв за рік і тим самим значно прискорюють селекційний процес.

IV. Скорочення термінів створення сортів, порід і штамів. Для прискорення процесів селекції було розроблено нові методи, що підвищують результативність. Так, у селекції все ширше використовують методи генної та клітинної інженерії. Набувають поширення новітні біотехнологічні методи (метод соматичного ембріогенезу, метод активації пазушних меристем), що стали основою

технологій клонального мікророзмноження рідкісних і цінних сортів культурних рослин, відтворення й реакліматизації рідкісних порід і видів тварин, отримання нових штамів мікроорганізмів для розщеплення забруднювачів та ін.

Отже, в сучасній селекції використовують потужний арсенал класичних і новітніх методів для створення й поліпшення вже існуючих порід, сортів й штамів.

Які генетичні основи гетерозису?

Одним із шляхів підвищення продуктивності сільськогосподарських рослин і тварин, розв’язування проблеми продовольчої безпеки є застосування явища гетерозису (іл. 93).

Гетерозис, «гібридна сила» – це явище, за якого перше покоління гібридів, одержаних унаслідок неспорідненого схрещування, має підвищені життєздатність і продуктивність порівняно з вихідними батьківськими формами. Генетичними основами гетерозису є різні типи взаємодії алельних і неалельних генів. В одних випадках це може бути домінування (домінантні алелі пригнічують шкідливу дію рецесивних алелів у гетерозиготних гібридів), в інших – наддомінування (у генотипі гібридних нащадків можуть поєднуватися сприятливі домінантні алелі обох батьків), у третіх – компле­ ментарність (поєднання в генотипі сприятливих неалельних домінантних генів). Окрім того, прояв гетерозису за-

§ 56. Сучасні методи селекції тварин, рослин і мікроорганізмів

219

Тема 9. ЗАСТОСУВАННЯ РЕЗУЛЬТАТІВ БІОЛОГІЧНИХ ДОСЛІДЖЕНЬ У СЕЛЕКЦІЇ, МЕДИЦИНІ ТА БІОТЕХНОЛОГІЇ

220

лежить від умов середовища, значну роль в його появі відіграють взаємодії ядра й цитоплазми. За даними біохімії, у гетерозисних форм часто спостерігається ширший набір ферментів порівняно з батьківськими.

Практичне використання гетерозису ґрунтується на міжпородному (міжсортовому) і міжлінійному схрещуванні. У рослинництві гетерозис широко використовують під час вирощування соняшнику, кукурудзи, цукрового буряку, сорго, у тваринництві – для розведення свиней й бройлерних порід курей. Проблема закріплення гетерозису в рослин розв’язується на основі вегетативного розмноження гібридів, подвоєння наборів хромосом, використання гаплоїдії та методів генетичної інженерії.

Отже, генетичними основами гетерозису є різні типи взаємодії генів.

Які переваги застосування методів генетичної інженерії у сучасній селекції?

У створенні нових порід, сортів або штамів селекція стикається з такими проблемами, як несхрещуваність видів, некерованість ззовні процесами рекомбінації ДНК, непередбачуваність комбінацій ознак серед нащадків та ін. На селекційний процес з використанням класичних методів затрачається дуже багато часу, вплив мутагенів чинить шкідливу дію на генетичний матеріал, результати не завжди відповідають очікуваним сподіванням та ін. Через те в сучасній селекції широко застосовують методи генетичної інженерії.

Генетична інженерія – напрям науки, метою якого є створення генетичних структур та організмів з новими комбінаціями спадкових ознак. Основними її методами, що мають найширше використання, є: методи генної (метод молекулярних маркерів, методи секвенування) та клітинної (метод культур, метод гаплоїдів, метод клонування) інженерії.

Перевагою методів генетичної інженерії є забезпечення цілеспрямованої й контрольованої зміни ознак. У селекції ці методи застосовують для генетичного рекомбінування й перенесення генетичного матеріалу:

•рекомбіногенез – процес отримання нових поєднань генів, що здійснюється під час статевого розмноження шляхом кросинговеру, незалежного розходження гомологічних хромосом та поєднання гамет під час запліднення;

•трансгенез – отримання вихідного матеріалу внаслідок перенесення генів неспоріднених видів організмів (завдяки цьому методу отримано трансгенні сорти картоплі, стійкі проти колорадського жука, сорти цукрового буряку, стійкі проти гліфосату);

•цисгенез – отримання вихідного матеріалу внаслідок перенесення генів того самого або близькоспорідненого виду організмів, з яким можливе потенційне схрещування в природі (так, сучасні цисгенні фітофторостійкі сорти картоплі отримано шляхом перенесення генів стійкості від дикого виду картоплі до елітного сорту).

Методи генетичної інженерії значно прискорюють селекційні процеси: термін отримання нових форм організмів скоротився до 3 – 4 років замість 10 – 12 років, необхідних із застосуванням методів селекції. У цьому велике значення мають методи маркерної й геномної селекції з використанням молекулярних марке­ рів. Це фрагменти ДНК, що їх використовують для виявлення поліморфізму. Вони перебувають у тісному генетичному зв’язку з геном, відповідальним за аналізовану ознаку (найширше застосування в сучасній селекції мають ДНК-маркери).