INTERNACIONALNI UNIVERZITET U TRAVNIKU Akademska 2014/2015.EKOLOKI FAKULTETPRINCIPI BIOTEHNOLOGIJE

SEMINARSKI RADMETODE ZA POBOLJANJE SVOJSTVA BILJAKA

Student : Predmetni nastavnici: Amel Leme Prof.dr.sc Mufik Musli Asistent Emir Hadijusufovi

Travnik,juni, 2015. Godine

SADRAJ

1. UVOD....................................................................................................................................32. ZNAAJ OPLEMENJIVANJA BILJAKA...........................................................................43. METODE POBOLJANJA SVOJSTAVA...........................................................................54. STRATEGIJA OPLEMENJIVANJA...................................................................................75. TRENDOVI RAZVOJA GM BILJAKA U SVIJETU..........................................................85.1. AGRONOMSKA OBILJEJA .............................................................................................85.2. PREINAEN SASTAV I HRANJIVOST...............................................................................96. BUDUNOST OPLEMENJIVANJA BILJAKA................................................................107. ZAKLJUAK......................................................................................................................128. LITERATURA:...................................................................................................................13

1. UVOD Biotehnologijase moe definirati kao primjenaorganizama, njihovih dijelova ilimetabolikihprodukta i/ili procesa u tehnolokim procedurama za proizvodnju ciljanih supstanci, molekula, elija, tkiva i organizama. Preciznije, biotehnologija predstavlja primjenu biolokih aktivnosti za dobivanje nekog proizvoda ili ostvarivanje nekog procesa. Prema definiciji Europske federacije za biotehnologiju iz1992. godine, biotehnologija "povezuje prirodne znanosti i inenjerske znanosti da bi se postigla primjena organizama, elija, njihovih dijelova i molekularnih analogona u dobivanju proizvoda za dobrobit ovjeanstva".S druge strane, prema KonvencijiUjedinjenih narodao biolokoj raznolikosti (CBD) biotehnologija je: "svaka tehnoloka aplikacija koja koristi bioloke sisteme, ive organizme ili njihove derivate, za proizvodnju novog ili ciljano modificiranje postojeeg procesa ili proizvoda u suglasnosti sa odrivim razvojem". Svaka proizvodnja ukljuuje preradu odreene sirovine (supstrata) u neki proizvod. Kako se i proces i nauka nauka o tokovima i postupcima prerade naziva se tehnologija, biotehnologija je skup raznovrsnih oblika proizvodnje, gdje su sirovina obino organski materijali, a prerada se zasniva na djelovanju ivih bia, njihovih dijelova ili produkata. Za biotehnologiju je karakteristino da sutinu cjelokupnog postupka proizvodnje, ine biohemijski procesi, koji su u biti slini onima koji se odvijaju u ivim biima ili pod njihovim uticajem. Nakon to je stoljeima, polahko ali uspjeno, koristei konvencionalne metode oplemenjivanja, poboljavao svojstva svojih biljaka, ovjek osamdesetih godina primjenom novih metoda molekularne biologije i genetikog inenjerstva zapoinje jedno potpuno novo, ljudskom rodu do sada nepoznato doba nove biotehnologije. Nagaa se da e, u koliko se nalet nove biotehnologije nastavi ovom estinom, u narednih nekoliko dekada, njen bilo pozitivan, bilo negativan utjecaj na ovjeka biti vei od utjecaja svih promjena koje su se desile na kugli zemaljskoj u proteklih tisuu godina. Nova biotehnologija mnogo obeava: rjeenje pitanja gladi u svijetu, poveanje uroda i kakvoe poljoprivrednih proizvoda, zatitu usjeva od tetnika, bolesti i korova uz manju potronju pesticida i ii okoli. Mogue je da e neka od tih obeanja biti ispunjena. No postavlja se pitanje: kolika e biti cijena tih promjena? Sigurno je da e nova tehnologija imati ogroman utjecaj na drutvo i na okoli, no zasada se o smjeru tih utjecaja moe samo nagaati.2. ZNAAJ OPLEMENJIVANJA BILJAKA

Pod oplemenjivanjem se podrazumjeva rad ovjeka na poboljavanju i stvaranju novih sorti biljaka sa ciljem da se zadovolje potrebe ljudi i domaih ivotinja. Najraniji poeci oplemenjivanja biljaka vezani su sa domestofikacijom divljih formi i poetkom razvoja poljoprivrede prije oko 10 000 godina Koristei metode hibridizacije raznih sorti, te posebne metode selekcije u generacijama cijepanja svojstava, oplemenjivanje biljaka je dalo dobre rezultate i doprinijelo brzom unapreenju poljoprivrede i umske proizvodnjeOplemenjivanje biljaka predstavlja kreativan posao, bez kojeg je nemogue rijeiti problem proizvodnje hrane u svijetu, posebno ako se zna da na jednu osobu u svijetu dolazi 0.4 ha obradive povrine. U raznim podrujima oplemenjivanje biljka je donijelo izvanredne rezultate, u: Voarstvu- stvoren velik broj vrlo prinosnih sorti jabuka, kruaka, bresaka... Vinogradarstvu- velik broj stonih vrsta besemenog groa, pogodnih za transport i uvanje Povrtarstvu- velik broj hibrida pogodnih za gajenje u zatvorenom prostoru Ratarstvu- prinos penice je i vie od 10 t/ha, eerna repa je nekada sadravala 9% eera, a danas do 20%.... Cvijearstvu (gde je dovoljna samo promjena u boji ili obliku cvijeta da povea ekonomsku vrijednost)

Dalji napredak e zavisiti od oplemenjivanja novih sorti sa visokim genetskim potencijalom na prinos i od unapreenja agrotehnike koja e omoguiti maksimalno iskoritavanje datih genetskih kapaciteta.

Postoje znatne povrine pijeskovitih, zaslanjenih i movarnih zemljita koja su malo iskoritena ili se uopte ne koriste. Takva zemljita je potrebno meliorisati, ali i stvarati sorte koje mogu uspijevati u tim uslovima, uz osiguranje ekonomske dobiti Za podruja gde dolazi do stresova, kao to su zemljina i li vazduna sua, dugotrajne golomrazice, izrazito jaki vjetrovi i slino postrebno je stvoriti sorte koje e se isplatiti u tim uslovima Oplemenjivanje biljaka je umjetnost i nauka unapreenja i naslijea biljaka za dobrobit ovjeanstva.

3. METODE POBOLJANJA SVOJSTAVAProcese koji se dogaaju u prirodi sporo, hiljadama godina, Norman Borlaug je, izmeu ostaloga, ubrzao procesima hibridizacije, tj. krianja. itarice s povoljnim svojstvima za uzgoj kriane su s onima jo boljima dok nisu dobijene biljke koje daju puno ploda i otpornije su na mnoge negativne utjecaje iz okolia.Najpoznatiji je po stvaranju itarica s poveanim svojstvom apsorpcije duika koji je i njihov glavni nutrient. S obzirom na to da bi takve biljke bre rasle dogaalo se da bi brzo i pale pa bi ih bilo teko poeti, zato je Borlaug razvio i patuljasti oblik (fenotip) nekih od tih biljaka.One su zbog svog malog rasta trebale manje energije za rast stabljike te su i mehaniki bile stabilnije.To je bilo nevjerojatno otkrie za to doba, a danas su nam npr. patuljaste voke tako uobiajena pojava da joj se nitko ne udi.Je li je to samo ubrzano poboljanje prirode ili mijenjanje njezina toka teko je rei. Moda bi se neki od tih procesa dogodio i spontano jer u prirodi opstaju najotporniji i oni koje se najbolje prilagoavaju na dane klimatske i biokemijske uvijete. S druge strane priroda ne raspolaenevjerojatnom tehnologijom kojom vlada ovjek i vjerojatno nikada neemo saznati u kojem bi smjeru otila sama, da nije bilo nae intervencije.

Slika br.1. Kukuruz kod kojeg su poboljana svojstvaDananje oplemenjivanje biljaka koje slue izravno za prehranu ili za proizvodnju prehrambenih proizvoda, nije vie puko krianje, nego pravi ininjering koji see do razine gena, a proizvodi vie nisu puki hibridi, nego genetiki preinaeni organizmi ili GMO. Najire bi ih mogli definirati kao organizme proizvedene u laboratoriju uz pomo genetikog inenjerstva ili rekombinantne DNK tehnologije. Rekombinantna tehnologija je zbroj tehnologija koje omoguuju manipulaciju genima to znai da u eljenu biljku ili ivotinju koju uzgajamo unosimo gen iz druge vrste koji kodira za neko poeljno svojstvo kao npr. dulji vijek trajanja ili bolju boju ili okus. Jedna od prvih takvih biljaka bila je rajica koja se pojavila na tritu 1994. a imala je svojstvo odgode zrenja, tj. due bi ostajala svjea. To je omogueno tako to joj je uklonjen gen koji kodira za enzim poligalakturonazu koji ubrzava procese truljenja. To su danas rajice koje uglavnom jedemo i koje i vie od mjesec dana izdre svjee u naim hladnjacima. Takav proces se nikada ne bi mogao dogoditi spontano u prirodi, tim vie to su mnogi proizvodi proizvod ininjeringa dviju ili vie potpuno nesrodnih vrsta i to iz oba svijeta i flore i faune. Na tritu je ve brojno voe i povre (dinje, lubenice, papaja, jagode, orasi, brokola, mrkve, tikvice, krastavci, salata, graak itd.), itarice (kukuruz, ria, penica), te uljarice (suncokret, repica) koji dulje traju, mirisniji su, lake se uzgajaju jer trebaju manje tla ili manje vode, otporni su na herbicide i sl.Do 1996. godine gotovo sve GM kulture, koje su se komercijalno uzgajale, bile su poboljane u smislu agrotehnikih osobina. To se uglavnom odnosilo na tolernciju na herbicide i otpornost prema insektima i to se relativno lako postizalo jer su ta svojstva bila pod nadzorom jednog gena. Danas se to proirilo i na stvaranje funkcionalnih biljaka kao npr. drvee topole koje moe skupljati teeke metale iz tla i na taj nain pridonijeti proiavanju oneienog tla.

Slika br.2. Prikaz savrenog izgleda jabukeGenskom manipulacijom mogu se poboljati i nutricijska svojstva biljaka. Dobar primjer je obogaivanje rie vitaminom A i eljezom. Naime, ria je glavni satojak prehrane u veem dijelu Azije, procjenjuje se da 50-80% dnevnog kalorijskog unosa otpada na riu. Na alost, ria je siromana vitamonom A to znatno utjee na razvoj vida i pojavu sljepoe kod djece. Genski odgovor na taj problem dalo je uvoenje gena iz cvijeta narcise koji kodiraju za itav niz enzima koji posljedino stvaraju riu s visokom koncentracijom beta karotena koji je prekursor za vitamin A. Takoer GMO moe se koristiti i u medicinske svrhe stvarajui npr. transgenine ivotinje iji ekskreti kao mlijeko mogu posluiti kao lijek ili izvor ndostatnih hormona ili enzima ili organi kao izvor ksenotransplantata. Takve ivotinje bi u svom genomu imale humane gene .Mogunost da se geni prenose preko barijera vrsta, je revolucionarna tehnologija s mnogo potenicijalne dobrobiti, ali i mnogo pitanja kako e to utjecati na ljudsko zdravlje, okoli, te ekonomske tokove.Ve sada se zna da postoje nebrojene mogunosti za bijeg novih svojstava s ciljane agro kulture na slobodni i divlji okoli to moe dovesti do stvaranja uvjeta evolucijske prednosti za samo odreene vrste, koje se ve popularno nazivaju super korvi. To moe uzrokovati unitenje mnogih vrsta, nestanak bioloke raznolikosti, osiromaenje tla, a kod ljudi pojaanu alergenost, toksinost, kancerogenost ili razvoj rezistencije mikroorganizama na antibiotike.Zato je vano biti oprezan i podupirati strogu legislativu oznaavanja namirnica sa sastojcima iz GMO uzgoja. BiH poljoprivreda je jo relativno sigurna, to je danas komparativna prednost kad su u pitanju izvoz hrane, ali i elitni turizam. Ono to zabrinjava su uvozni lobiji, kojima je zarada iznad dobrobiti populacije.

4. STRATEGIJA OPLEMENJIVANJAOsnovni elementi ove strategije su:

identifikacija morfolokih, fiziolokih i patolokih osobina gajenih biljnih vrsta, to dovodi do njihove adaptacije, zdravlja i pogodnosti za ishranu, vlakna ili industrijsku proizvodnju;

iznalaenje novih gena koji se inkodiraju za odreena svojstava kod razliitih sorti kultivisanih vrsta i njihovi bliski srodnika; kombinovanje gena za eljne osobine u naprednije sorte kroz tradicionalnu selekciju ili nove biotehnoloke procedure;

podpomoi odravanje napredniji linija selekcije u lokalnim spoljnim uslovima a u poreenju sa postojeim sortama; i

rasprostranjenje novih sorti i selekcionih linija koje su superiornije prema gajenim sortama.

5. TRENDOVI RAZVOJA GM BILJAKA U SVIJETU

Svjetska zdravstvena organizacija (WHO) redovno prati dostignua u podruju genetiki modificirane hrane i po miljenju strunjaka te organizacije trendovi razvoja tehnologije GMO kretat e se u smjeru razvoja agronomskih obiljeja biljaka, poboljanja nutritivnih karakteristika, u smjeru razvoja stoarske i ribarske proizvodnje i proizvodnje genetiki modificiranih mikroorganizama.

5.1. AGRONOMSKA OBILJEJA

Otpornost na pesticide i oboljenja uvoenje znaajki otpornosti na herbicide u irem opseguvrsta kukuruza, soje i uljane repice; poveanje vrste herbicida koji se mogu koristiti u kombinaciji s transgeno herbicidno otpornim usjevima kao to je uvoenje tolerancije na bromoksinil, oksinil i sulfonilureu; uvoenje mnotva novih gena za otpornost biljaka na insekte kao to su nove Bt inaice koje sadravaju razliite toksine.

Otpornost na viruse - trenutno, u razliitim se dijelovima svijeta provode poljski pokusi na slatkom krompiru (feathery mottle virus), kukuruzu (maize streak virus) i afrikoj manioki (mosaik virus). Oekuje se da e ove biljke biti komercijalizirane za 3-5 godina. Za sada je, zbog sloenosti genoma, napredak na penici otpornoj na barley yellow dwarf virus jo uvijek samo u laboratorijskim pokusima. Oekuje se i vrlo brza komercijalizacija GM krompira otpornog na nematode.

5.2. PREINAEN SASTAV I HRANJIVOST

Ria poboljana vitaminom A, zlatna ria - prisutna u zemljama u razvoju a trenutno su napori usmjereni ka osiguranju da vitamin A bude to bolje iskoriten u ljudskoj probavi.

Ria s visokim sadrajem eljeza slui prevalenciji manjka eljeza u dijelovima svijeta gdje je ria osnova prehrane stanovnitva. Ovakva je ria transformirana s tri gena koji doprinose poveanoj pohrani eljeza u jezgri (protein feritin iz soje, prijenosnik eljeza) te poboljanoj apsorpciji iz probavnog trakta.

Poboljan udio proteina manioka, banane koje se peku, krompir

Uklanjanje alergena i antinutrienata primjenom moderne biotehnologije smanjena je koliina cijanida u korijenu manioke (vana prehrambena biljka u tropskoj Africi); umetanjem gena invertaze iz kvasca smanjena je prirodna razina glikoalkaloidnog toksina; alergeni proteini iz rie smanjeni su modifikacijom puta biosinteze (za sada nije znanstveno dokazanavea vanost po zdravlje ljudi); u tijeku su istraivanja na smanjenju alergenosti iz penice putem unoenja tioredoksin-biosintetikog gena u svrhu prekida disulfidnih veza u spornom proteinu ali bez ometanja njegove funkcionalnosti.

Preinaen profil kroba i masnih kiselina u smislu osiguranja zdravije hrane u tijeku su istraivanja na poveanju sadraja kroba u krompiru kako bi se tijekom peenja apsorbiralo to manje masti; na tritu SAD-a, Australije i Kanade dozvolu za uzgoj te koritenje za hranu ljudi i ivotinja imaju soja sa visokim sadrajem oleinske kiseline te uljana repica sa visokim sadrajem laurinske kiseline, u ranoj su fazi i istraivanja u svrhu poboljanja nutritivne vrijednosti ovih ulja.

Povean sadraj antioksidanata iako su saznanja o djelovanju fitosterola jo uvijek nepotpuna u ranoj su fazi istraivanja usmjerena poveanom sadraju izoflavona likopena i luteina (iz paradajza) u soji.

Stres uzrokovan okoliem vremenski okvir za komercijalizaciju biljaka (papaja, duhan, ria, kukuruz) otpornih na salinitet, suu, te aluminij (limitirajui imbenik rasta na kiselim tlima) nije poznat zbog kompleksnosti gena koji sudjeluju u meudjelovanju okolia i biljke.6. BUDUNOST OPLEMENJIVANJA BILJAKA

Pretpostavlja se da e naredni vijek biti vijek biotehnologije, vijek genetikog inenjeringa, ali vrlo vjerovatno i vijek neizvjesnosti i straha od posljedica promjena na koje nismo spremni. Nikada u svojoj istoriji ovjeanstvo nije s takvom strepnjom doekivalo nove tehnoloke i ekonomske izazove, a u sveukupnoj historiji nauke, verojatno ni jedan pronalazak nije izazvao toliku podvojenost, kako izmeu naunika, tako i izmeu nosilaca nove tehnolgije i svekolike javnosti, kao to je to sluaj s genetikim inenjeringom. Predvia se, da e u nekoliko sljedeih dekada, na nain ivota biti iz temelja promijenjen, a te e promjene biti znaajnije od onih nastalih tokom proteklog milenijuma.

Da bi bolje razumjeli ovo stanje podvojenosti potrebno je analizirati prednosti i dobrobit koju nam nude postupci nove biotehnologije, ali i mogue nedostatke, opasnosti i dosadanje promaaje.Dok kritiari smatraju da e poljoprivredna biotehnologija biti jedna od najveih nesrea u povijesti kapitalistikih korporacija, te da e ovu industriju unititi odgovornost za prouzrokovano nekontrolirano preskakanje gena i time izazvanih posljedica, zagovornici nove biotehnologije (esto koriten sinonim life-sciences), oduevljeni mogunostima koje ona prua, prikazuju genetiko inenjerstvo u pozitivnom svjetlu. Oni tvrde da prijenos stranih gena u biljku predstavlja nesagledivi potencijal u oplemenjivanju bilja.

Prema njima genetiko inenjerstvo je u poredbi s klasinim oplemenjivanjem bre i preciznije, te e ovjeanstvu rijeiti neke osnovne probleme prehrane i zdravstva:1. Pitanja gladi u svijetu - podmirenje potreba za hranom sve brojnije ljudske populacije.2. Poveanje rodnosti i poboljanja kakvoe prehrambenih proizvoda: esencijalne aminokiseline,vitamini, minerali esto nedostatni u prehrani treeg svijeta, otpornost plodova na transport i njihova dugovjenost itd.3. Proirenje podruja uzgoja usjeva (poveanje tolerantnosti biljke na suu i niske temperature, te na kisela ili zaslanjena tla)4. Zatita usjeva od nametnika (korovi, bolesti i insekti).5. Produkcija novih tvari: vakcine, biorazgradiva plastika, beskalorini zaslaivai itd.6. Zatita okolia: mikrobioloko ienje zagaenih voda i detekcija eksploziva, manja upotreba pesticida.7. Jeftinija proizvodnja lijekova, te organa za transplantaciju u ovjeka (srce, jetra, bubrezi itd.).

Slika br. 3 Mijenjanje izgleda lubenice pute biotehnolokih procesa

Iz navedenog moe se razabrati da je rije o velikim i plemenitim ciljevima. Meutim, neke od njihovih pohvala i uobiajeni argumenti mogu se razmotriti i s druge, ne tako ruiaste strane. Pomnije analize ve ostvarenih projekata, te sada ve brojni promaaji, na genetiko inenjerstvo bacaju neto drukije svijetlo. U ovom prikazu pokuati e se sa vie strana kritiki sagledati ideja genetikog inenjerstva i moguih posljedica.

7. ZAKLJUAK

-Oplemenjivanje biljaka je grana poljoprivrede koja se bavi manipulacijom osobina biljaka u cilju stvaranja novih i unapreivanja postojeih tipova biljaka, a zbog zadovoljenja potreba ljudi i ivotinja.

-Biljke obezbeuju hranu, vlakna, lijekove i sklonita za ljude. Potrebne su zbog estetskih i drugih funkcionalnih namjena kako u prirodi tako i u objektima. Hrana je osnovna ljudska potreba. Biljke su primarni proizvoai hrane u ekosistemu. Bez njih ivot na Zemlji ne bi bio mogu za vie organizme. Veina usjeva u svijetu su itarice.Od preko 3000 biljnih vrsta koje bi se mogle upotrebljavati na razne naine svega oko 30 vrsta ine glavne kulture kojima se hrani ovjeanstvo.

Oplemenjivanje biljaka je potrebno da bi se poveala vrijednost usjeva hrane poveavajui njihov prinos i nutritivne kvalitete.

8. LITERATURA: Martini, J. i V. Kozumplik (1996): Oplemenjivanje bilja I. Teorija imetode, II. Ratarske kulture. Zagreb.

1. http://www.mojdoktor.hr/article.php?id=4546&naziv=sto-je-danas-na-jelovniku2. http://www.genetika.biol.pmf.unizg.hr/pogl20.html3. http://ishranabilja.com.hr/4. http://www.savjetodavna.hr/savjeti/17/466/jaci-od-gmo-a/

13