Кіріспе

Ауыл шаруашылығы ғылымының саласы. Ауыл шаруашылығы биотехнологиясы, сондай-ақ агротех деп аталады, – тірі организмдерді: өсімдіктерді, жануарларды және микроорганизмдерді өзгерту үшін ғылыми құралдар мен әдістерді, оның ішінде генетикалық инженерияны, молекулалық маркерлерді, молекулалық диагностиканы, вакциналарды және тіндерді өсіруді қолданатын ауыл шаруашылығы ғылымының бір саласы. Өсімдік биотехнологиясы – ауыл шаруашылығы биотехнологиясының соңғы кезде үлкен даму алған бір саласы. Көтеріңкі қасиеттер бір егін түрінен басқа, мүлдем бөлек түрге көшіріледі. Бұл трансгенді егіндер дәмдік сапасы, гүлдерінің түсі, өсу жылдамдығы, өнімнің мөлшері және аурулар мен жәндіктерге төзімділігі сияқты қасиеттері жағынан жақсырақ болады.

Тарих

Фермерлер қажетті белгілерді қалыптастыру үшін мыңдаған жылдар бойы өсімдіктер мен жануарларды таңдау арқылы селекция жасап келді. 20 ғасырда технологияның дамуы ауыл шаруашылығы биотехнологиясының өсуіне алып келді, нәтижесінде өнімділіктің артуы, зиянкестерге, құрғақшылыққа және гербицидтерге төзімділік сияқты белгілерді таңдау мүмкін болды. Биотехнология арқылы жасалған алғашқы тағам 1990 жылы сатылды, ал 2003 жылға қарай 7 миллион фермер биотехнологиялық егістерді қолданып отырды. Осы фермерлердің 85%-дан астамы дамып келе жатқан елдерде орналасқан.

Дәстүрлі селекция

Дәстүрлі будандастыру ғасырлар бойы егін сапасын және мөлшерін жақсарту үшін қолданылып келеді. Будандастыру жыныстық жағынан үйлесімді екі түрді біріктіріп, ата-аналарының қажетті қасиеттерін мұра еткен жаңа, ерекше сортты құруға мүмкіндік береді. Мысалы, "Honeycrisp" алмасы ата-аналық түрлерінің будандастырылуының нәтижесінде ерекше текстура мен дәміне ие. Дәстүрлі тәжірибеде бір өсімдіктің тозаңы екінші өсімдіктің аналық бөлігіне түсіріледі, бұл екі ата-аналық өсімдіктің де генетикалық ақпаратын қамтитын гибридтің пайда болуына әкеледі. Өсімдіктер селекционері қажетті қасиеттері бар өсімдіктерді іріктеп, оларды одан әрі көбейтуді жалғастырады. Будандастыруды бір түрдің ішінде немесе жақын туысқан түрлер арасында ғана қолдануға болады.

Мутагенез

Мутация кез келген организмнің ДНК-сында кездейсоқ пайда болуы мүмкін. Егістерде әртүрлілік тудыру үшін ғалымдар өсімдіктерде кездейсоқ мутацияларды шақыруы мүмкін. Мутагенез қалаулы қасиетті кездейсоқ табу үмітімен мутацияларды тудыру үшін радиоактивтілікті пайдаланады. Ғалымдар ДНК-да кездейсоқ мутациялар жасау үшін этил метансульфонат сияқты мутациялық химиялық заттарды немесе радиоактивтілікті қолдана алады. Атомдық бақтар егістерді мутациялау үшін пайдаланылады. Радиоактивті ядро дөңгелек бақтың ортасында орналасқан және айналасындағы егістерді сәулелендіру үшін жерден көтеріледі, белгілі бір радиуста мутацияларды тудырады. Сәулелендіру арқылы мутагенез – қызыл түсті грейпфруттарды алу үшін қолданылған әдіс.

Полиплоидия

Полиплоидияны дақылдың құнарлылығына немесе мөлшеріне әсер ету мақсатында хромосомалар санын өзгерту үшін туындатуға болады. Көбінесе организмдерде хромосомалардың екі жиынтығы болады, бұл диплоидия деп аталады. Дегенмен, табиғи түрде немесе химиялық заттарды қолдану арқылы хромосомалардың саны өзгеріп, дақылдың құнарлылығына немесе мөлшеріне қатысты өзгерістерге әкелуі мүмкін. Тұқымсыз қарбыз осылай шығарылады: 4 жиынтығы бар қарбыз 2 жиынтығы бар қарбызбен будандастырылып, 3 жиынтығы бар, өнім бермейтін (тұқымсыз) қарбыз алынады.

Протопласттық қорыту

Протопласттық бірігу – түрлер арасындағы белгілерді беру мақсатымен жасушалардың немесе жасуша құралымдарының қосылуы. Мысалы, еркек сүректігінің белгісі протопласттық бірігу арқылы шалғамнан қызыл капустаға беріледі. Бұл еркек сүректігі өсімдіктерді селекциялаушыларға гибридтік егістер жасауға көмектеседі.

РНҚ араласуы

РНК-ның араласуы (РНКИ) – гендерді өшіру үшін жасушаның РНК-дан ақуызға айналу механизмін төмендету немесе тоқтату процесі. Бұл генетикалық өзгерту әдісі жаршы РНК-ға (мРНҚ) араласу арқылы ақуыз синтезін тоқтатып, генді тиімді түрде өшіреді.

Трансгендер

Трансгендік – бір ДНК бөлігін басқа организмнің ДНК-сына енгізу арқылы бастапқы организмге жаңа гендерді қосу процесі. Организмнің генетикалық материалына гендерді қосу нәтижесінде қажетті белгілері бар жаңа түр пайда болады. ДНК дайындалып, сынақ түтігінде жинақталып, содан кейін жаңа организмге енгізіледі. Жаңа генетикалық ақпаратты гендік тапаншалар/биолистика арқылы енгізуге болады. Гендік тапанша арқылы алынған трансгендікке мысал – папая сақиналы дақ вирусына төзімділік қасиетін беретін генмен өзгертілген жаңбырлы папая.

Геномды өңдеу

Геномдық өңдеу – бұл клетка ішінде ДНК-ны тікелей өзгерту үшін ферменттік жүйені пайдалану. Геномдық өңдеу фермерлерге арамшөптермен күресуге көмектесу үшін гербицидке төзімді канола әзірлеу үшін қолданылады.

Қоректік құндылықтары жақсарды

Аграрлық биотехнология халық санының өсуіне байланысты әртүрлі дақылдардың қоректік құрамын жақсарту мақсатында қолданылып келеді. Генетикалық инженерия арқылы витаминдерге толы дақылдар өндіруге болады. Мысалы, "алтын күріш" құрамында адам организмінде А витаминіне айналатын заттарды өндіруге мүмкіндік беретін үш ген бар. Бұл күріштің қоректік құрамы А витаминінің жетіспеушілігінен туындайтын соқырлықтың әлемдегі басты себебімен күресуге бағытталған. "Banana 21" жобасы да Угандада микроэлементтердің жетіспеушілігімен күресу үшін бананның қоректік құндылығын арттыру жөнінде жұмыс істеп келеді. Бананды А витамині мен темірге толы болуы үшін генетикалық түрлендіру арқылы, "Banana 21" Африкадағы негізгі тағамдық өнім және крахмалдың маңызды көзі арқылы микроэлементтердің жетіспеушілігіне шешім табуға көмектесті. Бұдан өзге, дақылдардың зияндылығын азайту үшін немесе аллергендерінен тазартылған сорттарды шығару үшін де гендік инженерия қолданылады.

Жәндіктерге төзімділік

Бір ізделіс тудыратын қасиет – жәндіктерге қарсы тұру қабілеті. Бұл қасиет егіннің зиянкестерге төзімділігін арттырып, жоғары өнім алуға мүмкіндік береді. Осы қасиетке мысал – (Bacillus thuringiensis) бактериясында алғаш рет табылған инсектицидтік ақуыздарды өндіру үшін гендік инженерия арқылы өзгертілген егіндер. Bacillus thuringiensis – адамдарға зиян келтірмейтін жәндіктерді қорғайтын ақуыздарды өндіретін бактерия. Жәндіктерге қарсы тұру қабілетіне жауапты гендер оқшауланып, көптеген егіндерге енгізілді. Bt жүгері мен мақта қазір кең таралған, ал бұршақ, күнбағыс, соя, помидор, темекі, жаңғақ, қант қызылшасы және күріш – барлығы Bt-ге қатысты зерттелуде.

Гербицидтерге төзімділік

Арамшөптер мыңдаған жылдар бойы егіншілер үшін мәселе болып келді; олар топырақтағы қоректік заттар, су және күн сәулесі үшін бәсекелесіп, егінге зиян келтіреді. Биотехнология гербицидке төзімділік арқылы шешім ұсынды. Химиялық гербицидтер арамшөптерді жою және бәсекелестікті азайту үшін тікелей өсімдіктерге шашыратылады, ал гербицидке төзімді егіндер өсуге мүмкіндік алады.

Ауруларға қарсы тұру

Көбінесе егіндіктер жәндіктер арқылы (мысалы, құмырсқалар) таралатын ауруларға шалдығады. Егістік өсімдіктері арасында аурудың таралуын бақылау өте қиын, және бұрын тек зақымдалған егінді толығымен алып тастау арқылы ғана басқарылатын. Ауылшаруашылық биотехнологиясы вирустық қарсы тұру қабілетін гендік инженерия арқылы дамыту арқылы шешім ұсынады. Қазіргі уақытта гендік модификацияланған ауруға төзімді егістерге маниок, жүгері және тәтті картоп кіреді.

Температураға төзімділік

Ауыл шаруашылығы биотехнологиясы экстремалды температура жағдайындағы өсімдіктер үшін де шешім ұсынуы мүмкін. Егін түлімін барынша арттыру және өсімдіктердің қырылуын болдырмау үшін, суыққа және ыстыққа төзімділікті реттейтін гендерді өзгертуге болады. Мысалы, темекі өсімдіктері генетикалық түрде өңделген, нәтижесінде ыстық және суық жағдайларға төзімділіктері артты, ал мұндай гендер бастапқыда Carica papaya-да табылған. Басқа да қасиеттерге суды тиімді пайдалану, азотты тиімді сіңіру және тұзға төзімділік жатады.

Сапалық белгілері

Сапалық белгілерге жоғары қоректік немесе диеталық құндылық, жақсартылған тағам өңдеу және сақтау, немесе егіс өсімдіктеріндегі уыттар мен аллергендердің жойылуы кіреді.

Жалпы ГМО дақылдар

Қазіргі уақытта АҚШ-та сатып алуға және тұтынуға қолжетімді генетикалық модификацияланған дақылдардың саны шектеулі. USDA соя, жүгері, канола, қант қызылшасы, папая, қабақ, люцерна, мақта, алма және картопты мақұлдады. ГМО алмалары (арктикалық алмалар) қарарғанға қарсы тұрады, сондықтан қараруға қарсы өңдеу қажеттілігін жояды, азық-түлік қалдықтарын азайтады және дәмділігін жақсартады. Үндістанда Bt мақтаның өндірісі күрт өсті, 2011 жылы алғаш рет 10 миллион гектарға егілді, нәтижесінде инсектицидтерді қолдану 50%-ға төмендеді. 2014 жылы Үндістан және Қытай фермерлері 15 миллион гектардан астам жерге Bt мақта екті.

Қауіпсіздікті тексеру және мемлекеттік ережелер

АҚШ-тағы ауыл шаруашылығы биотехнологиясын реттеу үш негізгі мемлекеттік агенттіктің құзыретінде: Ауыл шаруашылығы департаменті (USDA), Қоршаған ортаны қорғау агенттігі (EPA) және Тамақ және дәрі-дәрмек басқармасы (FDA). USDA кез келген жаңа ГМО-ның қолданысқа енгізілуін мақұлдауы тиіс, EPA инсектицидтерді реттеуді бақылайды, ал FDA нарыққа жіберілген нақты бір өнімнің қауіпсіздігін бағалайды. Кез келген генетикалық түрлендірілген организмнің нарыққа шығуына орташа есеппен 13 жылға жуық уақыт және 130 миллион доллар көлеміндегі зерттеулер мен әзірлемелер қажет. АҚШ-та реттеу процесі 8 жылға дейін созылуы мүмкін. ГМО-ның қауіпсіздігі бүкіл әлемде қызу талқылаулардың нысаны болғанмен, FDA-ның жұмысына қосымша, ГМО-ны тұтынудың қауіпсіздігін тексеру мақсатында ғылыми зерттеулер жүргізілуде. Мұндай зерттеулердің бірінде Bt күрішінің ас қорытуға кері әсер етпейтіні және көлденең гендердік тасымалдауды тудырмайтыны анықталды.