Zarządzanie i Inżynieria Produkcji Nowoczesne technologie i

Zarządzanie i Inżynieria Produkcji
Nowoczesne technologie i innowacje w produkcji rolniczej
Kod przedmiotu:
Rok/Semestr: 2011/2012 letni
Nazwa: Biotechnologia w rolnictwie
Typ studiów: I st. Inżynierskie
Rodzaj kursu: obligatoryjny
Semestr studiów: 6
Punkty ECTS: 5
Formy kształcenia (wykłady/ ćwiczenia) – godz.: 15/30
Prowadzący: prof. dr hab. Ewa Sawicka-Sienkiewicz
Język: polski
Efekty kształcenia:
Student zna podstawowe metody biotechnologii wykorzystywane w rolnictwie dla doskonalenia roślin
uprawnych – posiada ogólną wiedzę o budowie genomu roślin rolniczych – zna podstawy genomiki
strukturalnej i funkcjonalnej i rozumie zależności występujące pomiędzy grupami spokrewnionych
roślin. Rozumie zalety otrzymywania lepszych odmian przy zastosowaniu metod biotechnologicznych
w połączeniu z krzyżowaniem oddalonym (kultury in vitro –linie DH, markery DNA typu MAS,
otrzymywanie roślin GM, zastosowanie mutagenezy i wykorzystanie technik odwrotnej genetyki np.
TILLING do wytwarzania nowej zmienności).
Umiejętności:
Student zna wyposażenie laboratorium kultur tkanek roślinnych i diagnostyki molekularnej oraz
obowiązujące zasady bezpiecznej pracy z DNA. Ma opanowane podstawowe metody zakładania
kultur in vitro, przygotowywania pożywek i sterylizacji materiału roślinnego. Rozumie zasady izolacji
DNA, reakcji PCR i elektroforezy. Rozumie potrzebę zachowania sterylnych warunków w
laboratorium i podczas pracy.
Kompetencje społeczne (postawy):
Student rozumie zależności doskonalenia roślin uprawnych a zastosowanie i wykorzystanie roślin
uprawnych w nowoczesnym rolnictwie. Ma świadomość odpowiedzialności za wspólnie realizowane
prace w zespole – wykazuje odpowiedzialność za powierzony sprzęt – rozumie konieczność
przestrzegania zasad higieny w związku z koniecznością zachowania aseptycznych warunków w
laboratorium.
Wymagania wstępne: biochemia, genetyka i hodowla roślin
Treści kształcenia
Osiągnięcia z zakresu biotechnologii roślin, wykorzystanie tych metod w praktyce hodowlanej
rolniczej, ogrodniczej i leśnej. Techniki stosowanych w kulturze in vitro i podkreślenie możliwości
stosowania ich w praktyce dla przyśpieszenia i ułatwienia selekcji. Sposoby badania polimorfizmu
DNA (markery molekularne) i korzyści płynących z ich stosowania. Wykorzystanie w praktyce
rolniczej i ogrodniczej roślin genetycznie modyfikowanych, sposobów ich otrzymywania i
rozpoznawania. Zastosowanie metod biotechnologii w postępie biologicznym.
Literatura:
1. Biotechnologia roślin. 2007. Pod red. S. Malepszego. PWN, Warszawa; 2. Komórki roślinne w
warunkach stresu. Tom II. Komórki in vitro. Pod red. A. Woźnego i K. Przybył. Wydawnictwo
Naukowe UAM, Poznań, 2004; 3. Hodowla roślin z elementami genetyki biotechnologii. 2009. Pod
red. Barbary Michalik. PWRiL; 4. Buchowicz. J. 2007. Biologia molekularna. Wyd. Nauk. PWN; 5.
T.A. Brown. 2009. Genomy. Wyd. Nauk. PWN.
Metody oceny: zaliczenie ćwiczeń, kolokwia, zaliczenie końcowe obejmujące treści wykładów i
ćwiczeń.
Szczegółowa tematyka wykładów i ćwiczeń:
Wykłady
1. Określenie dziedziny wiedzy – biotechnologia – historia. Powtórzenie budowy DNA i
kodu genetycznego. Znaczenie zmienności w doskonaleniu odmian roślin uprawnych - 2h
2. Metoda kultury in vitro (typy kultur, pożywki), mikropropagacja w ogrodnictwie i
rolnictwie - 2h
3. Uwalnianie roślin od wirusów (chemioterapia, termoterapia, krioterapia, kultura in vitro
izolowanych merystemów), zastosowanie somatycznych zarodków w tworzeniu
sztucznych nasion -2h
4. Otrzymywanie mieszańców międzygatunkowych i międzyrodzajowych (oddalonych),
mieszańce somatyczne (fuzja protoplastów) – przełamywanie barier niekrzyżowalności,
kultury zarodków -2h
5. Wykorzystanie mieszańców oddalonych w hodowli roślin uprawnych (poliploidy,
znaczenie) -2h
6. Otrzymywanie roślin haploidalnych oraz linii podwojonych haploidów (krzyżowanie
oddalone, androgeneza i gynogeneza) - 2h
7. Wykorzystanie linii podwojonych haploidów w hodowli roślin uprawnych dla
przyspieszenia procesu otrzymywania odmian -2h
8. Markery molekularne, typy markerów, poszukiwanie markerów sprzężonych z genami,
techniki QTL dla cech ilościowych -2h
9. Markery molekularne typu MAS w selekcji odporności na patogeny i szkodniki oraz inne
ważne rolniczo cechy, Mapy genetyczne i wykorzystanie ich w hodowli roślin -2h
10. Budowa genomu. Genomika strukturalna i funkcjonalna. Poznawanie funkcji genów,
elementy ruchome transpozomy -2h
11. Mutageneza w hodowli roślin uprawnych (mutacje a faza rozwojowa komórki - mutacje
punktowe, aberracje chromosomowe, aberracje liczbowe). Zastosowanie nowoczesnych
metod biotechnologii do identyfikacji mutantów, na podstawie metod odwrotnej genetyki
– system TILLING -2h
12. Transformacja u roślin, (mutageneza insercyjna) – izolacja genu, konstrukcja genowa,
system wektorów binarnych, wprowadzenie konstrukcji genowej do komórki roślinnej –
metody: wektorowe, bezpośrednie) - 2h
13. Rośliny GMO w rolnictwie– znaczenie i perspektywy (odporność na stresy, odporność na
herbicydy, patogeny, szkodniki, ulepszone cechy użytkowe – wartość żywieniowa) -2h
14. Znaczenie GMO w medycynie i przemyśle – terapia genowa, biofabryki roślinne i
zwierzęce, ksenotransplantacje nowe biofarmaceutyki, osiągnięcia mikrobiologii i
wykorzystanie w przemyśle farmaceutycznym – 2h
15. Podsumowanie znaczenia biotechnologii w rolnictwie. Społeczne i prawne skutki
wykorzystania GMO w rolnictwie. Zasady dopuszczenia do uprawy roślin GMO -2h
Ćwiczenia
1. Powtórzenie wiadomości z genetyki klasycznej i molekularnej niezbędnych do
zrozumienia zagadnień z hodowli i biotechnologii -2h
2. Wykorzystanie zmienności biologicznej, zastosowanie biotechnologicznych metod do
poszerzania zmienności. Charakterystyka źródeł zmienności i ich wykorzystanie -2h
3. Znaczenie
biologii
kwitnienia
w
hodowli
roślin.
Samoniezgodność,
rozdzielnopłciowość, determinacja płci. Metody selekcji i zależność od biologii
rozmnażania (płodność pyłku i przerastanie łagiewek pyłkowych) -2h
4. Zastosowanie metod biotechnologicznych (przygotowanie pożywek, sterylizacja
materiału i zakładanie kultury) -2h
5. Tworzenie map genetycznych. Mapowanie genomów. Wykorzystanie linii wsobnych i
podwojonych haploidów do mapowania. Zastosowanie w hodowli – 2h
6. Sposoby
rozmnażania
materiałów
hodowlanych
przy
zastosowaniu
biotechnologicznych metod. Mikrorozmnażanie w hodowli roślin ogrodniczych – 2h
7. Identyfikacja odmian metodami molekularnymi, rodzaje markerów (zastosowanie
markerów DNA) – 2h
8. Zajęcia praktyczne w laboratorium (izolacja DNA) – 2h
9. Zasady działania termocyklera, przeprowadzenie reakcji PCR elektroforezy
(demonstracja, wykonanie niektórych fragmentów procesu)
10. Wizualizacja produktów reakcji PCR, odczyt i interpretacja. Zastosowanie do
identyfikacji odmian
11. Zastosowanie metod biotechnologii w praktyce, w hodowli roślin – zasady tworzenia
podwojonych haploidów, otrzymywanie sztucznych nasion, wykorzystanie markerów
molekularnych na przykładzie roślin ogrodniczych – 2h
12. Prowadzenie obserwacji wzrostu wcześniej założonej kultury, wykonanie pomiarów i
analiza zdolności morfogenetycznych badanego materiału (marchew, tytoń) – 2h
13. Statystyczne opracowanie wyników
14. Zasoby genowe – gromadzenie kolekcji. Instytucje tworzące banki genów - 2h
15. Zwiedzanie szklarni i pracowni kultur in vitro w Arboretum Leśnym (lub w Leśnym
Banku Genów w Kostrzycy) - 2h