Программа

вступительных испытаний по направлению

06.04.01 Биология

Магистерская программа «Биотехнология»

Экзамен оценивается по 100 бальной шкале по следующим

критериям:

а) владение понятийно-категориальным аппаратом по выбранному

направлению подготовки, а также всесторонность и глубина знаний по

дисциплине – 20 баллов;

б) общая грамотность речи, умение кратко и по существу ответить на теоретический вопрос, основанный на программах вступительных испытаний, способность доступно и ясно изложить мысли – 20 баллов;

в) знания существующих в науке различных точек зрения по поставленным вопросам – 20 баллов;

г) понимание неразрывной связи между теоретическими концепциями, идеями, представлениями и практической деятельностью – баллов;

д) умение вести дискуссию, в том числе понимание происходящих в России и мире процессов в соответствующей предметной области – баллов.

В основу настоящей программы положены современные представления о фундаментальных основах современной биотехнологии растений и практическом приложении в биологии.

Программа разработана кафедрой ботаники, биотехнологии и ландшафтной архитектуры Тюменского госуниверситета.

1. Биотехнология как научная дисциплина История возникновения биотехнологии, и ее место среди других наук. Предмет, цели и задачи биотехнологии. Основные этапы развития биотехнологии. Современные направления биотехнологии.

2.Объекты в биотехнологии Основные биологические объекты, используемые в биотехнологии. Вирусы, бактерии, грибы, водоросли, клетки высших растений, клетки животных. Культура тканей и клеток высших растений. Культура клеток животных и человека.

Микроорганизмы, используемые в биотехнологии. Требования, предъявляемые к промышленным штаммам микроорганизмов и другим биотехнологическим объектам.

Современные методы создания и усовершенствования промышленных штаммов микроорганизмов.

3. Питательные среды и асептика Питательные среды и условия культивирования. Источники углерода, минерального питания, неорганические и органические питательные вещества, микроэлементы. Ростовые факторы. Составы питательных сред для выращивания клеток растений и животных.

Значение асептики в биотехнологических процессах. Основные требования к лаборатории биотехнологических исследований. Методы стерилизации жидких и твердых питательных сред. Стерилизация посуды. Стерилизация растительного материала.

4. Биотехнология растений Предмет и задачи. Связь биотехнологии растений с сопредельными дисциплинами – генетикой, селекцией, ботаникой, растениеводством, физиологией растений. Области практического применения биотехнологии растений.

Особенности популяций культивируемых клеток in vitro. Морфологическая гетерогенность растительных тканей in vitro. Цитогенетическая гетерогенность растительных клеток. Причины и механизмы. Популяции, стабильно сохраняющие цитогенетическую популяцию.

Глубинное культивирование клеток высших растений. Суспензионная культура клеток высших растений. Получение культуры клеток из каллусной ткани.

Основные принципы глубинного выращивания культур клеток. Необходимая аппаратура.

Физико-биохимические особенности поведения клеточных популяций в цикле периодического выращивания.

Клональное микроразмножение растений. Оздоровление посадочного материала от вирусов. Преимущество клонального микроразмножения над обычным вегетативным. Выбор эксплантов. Использование меристемных тканей для получения безвирусного материала. Этапы микроклонального размножения. Влияние факторов как генетических, так и факторов окружающей среды (трофических, гормональных, физических) на морфогенез растений. Прямой соматический эмбриогенез. Практическое значение метода.

Способы преодоления стерильности у отдаленных гибридов in vitro. Метод культивирования незрелых зародышей и получение гибридных растений-регенерантов.

Изолирование и культивирование семяпочек. Оплодотворение in vitro.

Гибридизация соматических клеток растений. Методические аспекты выделения, культивирования и гибридизации протопластов растений. Морфологические и функциональные особенности протопластов, изолированных из клеток высших растений.

Методы селекции гибридных клеток. Эффективность применения метода слияния протопластов для преодоления барьера несовместимости при отдаленной гибридизации Теоретическое и практическое значение для селекции гаплоидии и дигаплоидии в системах in vitro. Понятие андрогенеза, гиногенеза, партеногенеза. Этапы получения гаплоидных растений из репродуктивных клеток при культивировании пыльников (на примере различных видов растений). Факторы, влияющие на процесс андрогенеза. Перевод гаплоидов на гомодиплоидный уровень. Значение гаплоидии и дигаплоидии для селекции растений.

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.

Мутагенез и клеточная селекция. Сравнительная характеристика клеточного мутагенеза in vitro и экспериментального мутагенеза растений (преимущества и недостатки). Методические аспекты мутагенной обработки растительных клеток в условиях in vitro. Этапы мутационной селекции. Методы выделения мутантов, их генетическая природа. Типы клеточных мутантов и вариантов, индуцированных при культивировании in vitro.

Методы сохранения генетических ресурсов растений. Криосохранение.

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. Тесты для определения жизнеспособности.

Классические методы селекции растений. Эффективность их применения.

Гибридизация (внутривидовая и отдаленная). Проблема стерильности у отдаленных гибридов. Экспериментальный мутагенез. Этапы создания гибридных и мутантных форм.

Необходимость ускорения селекционного процесса.

Основные этапы генно-инженерных работ. Получение генов, включение генов в состав вектора, перенос генов в клетки-реципиенты, амплификация и экспрессия клонируемых гомологичных и гетерологичных генов.

Структура и транскрипция эукариотических генов. Гены растений.

Изолирование генов растений и особенности их транскрипции. Маркерные системы у растений.

Векторы переноса генетической информации у растений. Корончатые галлы у растений. Агробактериальная трансформация растений: Ti-плазмиды. Локализация генов в Т-ДНК. Молекулярно-генетические механизмы агробактериальной трансформации.

ДНК Ti-плазмиды как векторы переноса.

Экспрессия и генетическая стабильность чужеродных генов. Наследование чужеродных генов у трансгенных растений. Фенотипическая и технологическая характеристика трансгенных растений. Испытание трансгенных растений в открытом грунте.

Экспресс-диагностика, анализ и оценка генетически реконструированного материала. Технология моноклональных тел и методы ее улучшения. Серологические тесты. Иммунологические тесты. Эффективность их применения.

Методы идентификации генов. Использование ДНК-зондов в качестве молекулярных маркеров. Метод РФЛП, основанный на полиморфизме по длине рестрикционных фрагментов. Идентификация локусов количественных признаков при помощи РФЛП-маркеров. Выявление геномной гомологии у видов растений.

Сочетание методов адаптивной системы селекции и генетической инженерии растений. Возможность интеграции адаптивной системы селекции и генетической инженерии. Приоритеты, задачи, трудности. Возможность различия генотипов и паспортизация сортов с использованием современных методов (изоферментный анализ, одномерный и двумерный электрофорез. Рестрикация ДНК и др.).

Эволюционные подходы в селекции и генетической инженерии. Трансгеноз и эволюция. Трансгеноз и естественный отбор. Межвидовая и внутривидовая конкуренция в связи с широким распространением ГМ-растений.

Перспективные проекты генетической инженерии растений. Получение трансгенных растений, устойчивых к стрессовым воздействиям, насекомым, грибной, бактериальной и вирусной инфекции, гербицидам. Решение проблем запасных белков семян, фотосинтеза растений. Нерешенные проблемы генной инженерии растений.

Биологическое разнообразие трансгенных растений. Основные направления трансгеноза. Основные направления конструирования трансгенных растений.

Устойчивость к вредителям, гербицидам, патогенам, к стрессорам. Улучшение качества продукции. Изменение вкуса и внешнего вида. Получение «съедобных» вакцин.

Проблемы риска и биобезопасности использования генетически модифицированных продуктов. 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.

Представления о круговороте веществ в природе. Антропогенные факторы химического и биологического загрязнения окружающей среды. Органические ксенобиотики, соединения азота, серы, фосфора, тяжелые металлы и радионуклиды.

Биологические методы для решения задач охраны окружающей среды. Воздействие микроорганизмов на нефть, торф, уголь. Участие микроорганизмов в деструкции органических остатков в почве (белков, нуклеиновых кислот, полисахаридов и т.д.).

Обезвреживание отходов биотехнологических производств. Схема биологической очистки сточных вод. Утилизация отходов биотехнологических производств. Роль биотехнологии в защите и оздоровлении биосферы. Биодеградация ксенобиотиков в окружающей среде.

Понятие о малоотходных и безотходных технологиях.

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.

7. Гормональная система растений.

8. Классификация, структура и функции фитогормонов.

9. Синтетические регуляторы роста и развития растений в биотехнологии.

10. Биотехнологические методы получения фитогормонов и фиторегуляторов.

11. Фитогормоны и регуляторы роста в растениеводстве.

12. Понятие андрогенеза и способы получения гаплоидных растений из пыльцы.

13. Мутационная селекция in vitro. Мутагены, выделение мутантов.

14. Мутационная изменчивость растений, индуцированная физическими и химическими мутагенами, и ее селекционное использование.

15. Культивирование незрелых зародышей in vitro, как способ получения новых гибридных форм растений.

16. Клональное микроразмножение, этапы получения растений регенерантов с использованием различных эксплантов.

17. Способы получения посадочного материала растений, непораженного вирусами.

18. Возникновение измененных вариантов (сомаклональная и гаметоклональная изменчивость) при культивировании в условиях in vitro.

19. Конструирование растительных организмов с заданными свойствами методами генной инженерии.

20. Трансгенные растения. Основные этапы получения трансгенных растений.

21. Примеры получения трансгенных растений, устойчивых к стрессам, насекомым и болезням.

22. Методы выделения источников устойчивости к солевому стрессу.

23. Проблема засухи и выявление засухоустойчивых форм растений с помощью биотехнологических методов.

24. Зимостойкость и морозостойкость растений. Методы определения устойчивости растений к низким температурам.

25. Векторы переноса генетической информации.

26. Критерии, показатели и методы оценки генетически модифицированных растительных организмов и получаемых из них продуктов на биобезопасность.

27. Методы получения протопластов у растений? Восстановление клеточной оболочки, деление протопластов и регенерация.

28. Использование методов биотехнологии для ускоренного размножения селекционного материала растений.

29. Преимущество селекции с использованием генетической инженерии по сравнению с традиционной при одинаковой конечной цели – получение новых сортов.

30. Криосохранение. Особенности замораживания почек стебля и меристем, культур клеток и тканей, протопластов? Определение жизнеспособности клеток после криосохранения.

Рекомендуемая литература Основная литература:

1. Боме Н.А., Белозерова А.А. Основы биотехнологии растений: учебное пособие (гриф УМО). Изд. 2-е, доп. Тюмень: Изд-во ТюмГУ. 2007. 96 c.

2. Прикладная экобиотехнология: учеб. пособие: в 2 т. /А.Е. Кузнецов [и др.]. М.:

БИНОМ. Лаборатория знаний. -. Т. 1. - 2012. - 629 с.

3. Прикладная экобиотехнология: учеб. пособие: в 2 т. /А.Е. Кузнецов [и др.]. М.:

БИНОМ. Лаборатория знаний. -.Т. 2. - 2012. - 485 с.

4. Пак И.В. Введение в биотехнологию. – Тюмень: ТюмГУ, 2012. – 224 с.

Дополнительная 1. Биотехнология: учеб. для студентов вузов /C.М. Клунова, Т.А. Егорова, Е.А.

Живухина. М.: Академия, 2010-256 с.

2. Основы биотехнологии: учеб. пособие для студ. вузов, обуч. по спец. "Биология" /Т.А. Егорова, С.М. Клунова, Е.А. Живухина. - Москва: Академия, 2003. – 208 с.

3. Сельскохозяйственная биотехнология: учеб. для студ. ВУЗов /ред. В.С.

Шевелуха. М.: Высшая школа, 2008. 710 c.

4. Голощапов А.П. Прикладная генетика: введение в биотехнологию: учеб.

пособие./ А. П. Голощапов. - Курган: Зауралье, 2004. - 248 с. (гриф).

5. Клетки = Cells: [учеб. для студентов вузов] : пер. с англ./ ред. Б. Льюин [и др.]. Москва: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2011. - 951 с.

6. Биотехнология высших растений: учебник/ Л. А. Лутова; С.-Петерб. гос. ун-т. Санкт-Петербург: Изд-во СПБГУ, 2003. - 228 с.

7. Генетическая инженерия: учеб. пособие для вузов по напр. "Биология", спец.

"Биотехнология", "Биохимия", "Генетика", "Микробиология"/ С.Н. Щелкунов. - 2-е изд., испр. и доп. - Новосибирск: Сибирское университетское изд-во, 2004. - 496 с.

8. Молекулярно-генетические и биохимические методы в современной биологии растений: [сб. науч. ст.] / ред. Вл. В. Кузнецов, В. В. Кузнецов, Г. А. Романов.- Москва:

БИНОМ. Лаборатория знаний, 2012. 487с.

9. Хелдт, Г.В. Биохимия растений. (Лучший зарубежный учебник). – М.: БИНОМ, 2011. – 471 с.

Интернет – ресурсы:

1. http://elibrary.ru – Научная электронная библиотека 2. www.vir.nw.ru/index_r.htm - ГНЦ РФ Всероссийский научно-исследовательский институт растениеводства им. Н.И. Вавилова.

3. mailto:[email protected] Российский государственный аграрный университет – МСХА им. К.А. Тимирязева.

4. http://pushgu.ru Пущинский государственный университет.

Руководитель магистерской программы доктор с.-х. наук, профессор, зав. кафедрой ботаники, биотехнологии