Биотехнология. принципы и применение - Бич Г.
ISBN 5-03-000058-5
Скачать (прямая ссылка):
биомассы, мы можем улучшать их путем применения новых способов
разведения, изучения их фотосин-тетических возможностей и размножения
растений нетрадиционными способами. Реализовать эти возможности в будущем
поможет использование технологии рекомбинантных ДНК. Для продвижения
вперед в этой области нам необходимо: 1) разработать методы выявления
положительных изменений в фотосинтезе и приспособить сложные лабораторные
тесты для работы в полевых условиях; 2) предложить методы усиления
генетической изменчивости; 3) понять, как организован геном растений и
хромосома хлоропласта и как регулируется их работа; 4) выявить типы
изменений, которые могут быть в них вызваны; 5) разработать новые способы
селекции, направленные на ускорение размножения и генетическую
стабилизацию сортов.
Методы усиления генетической изменчивости многообразны: для этой цели
используют культуру тканей, слияние протопластов, перенос одиночных
генов, гаплоиды., опыление облученной пыльцой, химический мутагенез,
замену митохондриальных и хлоропластных геномов и т. д. Направленный
перенос распоз наваемых признаков может быть осуществлен методами гене'
тической инженерии. Здесь стоят проблемы выбора вектора, включение гена в
геном и экспрессии нового признака в условиях сложной системы регуляции у
растений как на генетическом, так и на метаболическом уровне.
Таким образом, работы по увеличению продуктивности растений, выращиваемых
для получения энергии (биомассы), в опытах in vitro будут успешными, если
мы: 1) установим генетические пределы продуктивности; 2) выявим
индивидуальные гены, ответственные за это свойство (признаки); 3) выделим
ДНК или РНК, кодирующие эти признаки; 4) встроим их при помощи ферментов
рестрикции и лигаз в подходящий вектор для амплификации в бактериях; 5)
введем накопленный таким путем материал в вектор, подходящий для его
переноса в желаемый вид растений; 6) стабилизируем введенную ДНК в геноме
нового хозяина таким образом, чтобы она экспрессировалась как доминантный
признак, наследуемый по законам Менделя; 7) разработаем методы скрининга
для выявления таких измененных растений; 8) будем применять
альтернативные подходы, используя для увеличения изменчивости и менее
спе-
Энергия и биотехнология
51
цифичные методы, например мутагенез (химический и радиационный) при
работе с культурами тканей и протопластов или естественную изменчивость,
с отбором форм с более эффективным фотосинтезом.
Хотя сведения о ядерном геноме и пластоме хлоропластов, а также о
механизмах регуляции работы генов при синтезе белков в хлоропластах и
других частях клеток накапливаются очень быстро, воплощение генно-
инженерных возможностей в практику - дело будущего, отстоящего на
десятилетия.. Отметим также, что для решения проблемы продуктивности
особое внимание уделяется сегодня развитию фундаментальной фотобиологии.
Предполагается, что в будущем эти знания воплотятся в практику. Пока
этого не произошло, производство топлива из биомассы должно опираться на
обычное сельское и лесное хозяйство.
2.4. Сельское и лесное хозяйство
2.4.1. Соотношение видов энергии
При анализе работы любой сельскохозяйственной системы важно учитывать,
как соотносится количество энергии, запасенной в системе, с
энергозатратами на ее получение (отношение энергии на входе и выходе).
Для систем по производству биомассы это имеет особое значение. Табл. 2.7
дает представление о ве-
Таблица 2.7. Соотношение энергонакопления и энергозатрат в сельском
хозяйстве Англии
В среднем по фермам Т равы
Специализированным молочно- 0,38 При малой эффективности 9,1
товарным 0,55 только выпас
Главным образом молочното- выпас и сено 5,6
варным При высокой эффективности 2,4
Поставляющим 0,59 сено
крупный рогатый скот и овец силос 2,4
овец 0,25 Горох свежий 0,9
свиней и птицу 0,32 консервы 0,1
злаковые 1.9 Морковь 1,1
Ячмень (и овес) 2,4 Брюссельская капуста 0,2
Кукуруза (на зерно) 2,3' Тепличный салат 0,002
Пшеница (на зерно) 3,4 Птица (мясо) 0,1
Картофель 1,6 (яйца) 0,1
Сахарная свекла Рыба 0,05
по сахару 3,6 Молоко 0,4
общий выход 4,2
личине этого отношения и иллюстрирует некоторые проблемы энергетически
интенсивного сельского хозяйства, возникающие, например, при выращивании
растений в теплицах. Она иллюст-
4*
52
Глава 2
рирует также малую эффективность превращения энергии в системах,
включающих животных. В доступную для использования форму превращается
лишь одна десятая часть энергии, потребляемой животными и растениями,
выращиваемыми в теплицах. И тепличные растения, и продукция
животноводства - важные компоненты современного сельского хозяйства.
Отметим, однако, что небольшое уменьшение поголовья животных,
выращиваемых для употребления в пищу, если это окажется целесообразным,
высвободит большое количество органических продуктов, которые могут быть
использованы как пища, топливо и т. д. Сопоставление величин
энергетического коэффициента (выход/вход) при производстве зерна кукурузы
