Przewodnik do ćwiczeń z biotechnologii leśnej

Biotechnologia jest najczęściej definiowana jako interdyscyplinarna dzie­dzina nauki i techniki zajmująca się zmianami materii żywej i nieożywionej poprzez wykorzystanie organizmów żywych, ich części bądź pochodzących od nich produktów, a także modeli procesów biologicznych w celu wytworzenia wiedzy, produktów i usług. Uściślając, do biotechnologii należą te technologie i procesy, które powstały w wyniku zastosowania najnowszej wiedzy. Uznaje się, że współczesna biotechnologia ma swój początek w latach 70. XX w., kiedy to zaczęła rozwijać się biologia molekularna.

Osiągnięcia biotechnologii są wykorzystywane w badaniach naukowych z zakresu leśnictwa oraz w gospodarce leśnej. Obejmują trzy główne obszary: kultury in vitro, analizy molekularne i genomikę drzew leśnych oraz inżynierią genetyczną.

Kultury in vitro oraz proces kriokonserwacji wykorzystywane są w leśnych bankach genów w celu ochrony leśnych zasobów genowych. Markery DNA umożliwiają identyfikacją drewna pokradzieżowego. weryfikacją pochodzenia leśnego materiału rozmnożeniowego weryfikację tożsamości genetycznej oraz określanie zróżnicowania genetycznego drzew. Wykorzystując metody inżynierii genetycznej, można uzyskać drzewa leśne o nowych, unikalnych cechach.

Przewodnik ma nie tylko ułatwić nauką i przygotowanie sią do ćwiczeń z biotechnologii leśnej, ale także przyczynić sią do właściwego zrozumienia problemów związanych z wykorzystaniem metod biotechnologicznych w leśnictwie oraz biobezpieczeństwa wykorzystania drzew genetycznie zmodyfikowanych. Opracowanie przydatne na kierunku leśnictwo i innych studiach przyrodniczych.

Nowoczesna biotechnologia powstała w latach 70. ub. w. Do jej powstania, a póź­niej dynamicznego rozwoju przyczynił się postęp wiedzy, jaki nastąpił w zakresie biolo­gii molekularnej. Osiągnięcia biotechnologii mają nie tylko duże znacznie poznawcze w poszerzaniu naszej wiedzy o procesach zachodzących w organizmach, ale również wielkie możliwości aplikacyjne. Prawie równocześnie z rozwojem biotechnologii wdra­żano jej osiągnięcia w medycynie, przemyśle i rolnictwie, a także w leśnictwie.

Badania z biotechnologii leśnej są prowadzone w wielu krajach świata, w tym w Pol­sce. Koncentrują się one na rozwoju genomiki drzew leśnych, opracowywaniu markerów DNA przydatnych do identyfikacji określonych genotypów drzew i oceny zróżnicowania genetycznego. Kultury in vitro wykorzystuje się do rozmnażania drzew, produkcji cen­nych związków chemicznych oraz zachowania zasobów genowych. Pewne kontrowersje w niektórych krajach, także w Polsce, budzi wykorzystanie drzew genetycznie modyfi­kowanych w gospodarce leśnej. Jednak w wielu krajach na świecie, w tym w Europie, prowadzone są takie badania, zaś plantacje drzew genetycznie modyfikowanych wystę­pują w Azji Południowo-Wschodniej.

Podejmując prace nad przewodnikiem do ćwiczeń z biotechnologii leśnej, zespół autorów kierował się potrzebą takiego opracowania przydatnego na kierunku leśnictwo i innych studiach przyrodniczych. Powinno ono nie tylko ułatwić naukę i przygotowanie się do ćwiczeń z tego przedmiotu, ale też przyczynić się do właściwego zrozumienia różnych problemów związanych z tą dyscypliną wiedzy. Przewodnik do ćwiczeń z bio­technologii leśnej stanowi uzupełnienie wykładów z tego przedmiotu, lecz nie stanowi kompendium wiedzy niezbędnej do zaliczenia egzaminu. Celem niniejszego opracowa­nia nie jest zastąpienie wykładów i podręczników z zakresu biotechnologii. Rozszerze­nie wiedzy dotyczącej wybranych problemów czytelnik znajdzie w podręcznikach, np. „Agrobiotechnologia”, „Biotechnologia roślin” oraz obszernych opracowaniach z zakre­su fizjologii roślin, biochemii i biologii molekularnej.

Spis treści

1. Wprowadzenie do biotechnologii leśnej
2. Bezpieczeństwo pracy na ćwiczeniach z biotechnologii leśnej

2.1. Bezpieczeństwo pracy w laboratorium biologii molekularnej

2.2. Bezpieczeństwo pracy w pracowni kultur in vitro

3. Wykorzystanie kultur in vitro w leśnictwie

3.1. Metoda kultur in vitro

3.2. Kultury kalusa

3.3. Kultury protoplastów

3.4. Produkcja metabolitów wtórnych w kulturach in vitro

3.5. Techniki mikrorozmnażania roślin

3.5.1. Mikrorozmnażanie poprzez morfogenezę bezpośrednią

3.5.2. Mikrorozmnażanie poprzez morfogenezę przybyszową

3.5.3. Mikrorozmnażanie poprzez somatyczną embriogenezę

3.6. Technologia nasion somatycznych

3.7. Przechowywanie materiału w bankach roślinnych kultur in vitro

4. Genomika drzew leśnych

4.1. Budowa DNA i RNA

4.2. Izolacja DNA z tkanek drzew

4.3. Izolacja RNA z tkanek drzew

4.4. Technika PCR

4.5. Rozwój genomiki drzew leśnych

4.6. Markery molekularne w analizie zmienności genetycznej drzew

4.7. Wykorzystnie Real-Time PCR w leśnictiwe

5. Wykorzystanie analiz molekularnych w leśnictwie

5.1. Rozwój diagnostyki molekularnej

5.2. Pobieranie prób z drzew leśnych do analiz molekularnych

5.3. Selekcja wspierana markerami (MAS) w leśnictwie

5.4. Ustalanie tożsamości drzew i drewna za pomocą markerów DNA

6. Transformacja drzew leśnych

6.1. Inżynieria genetyczna w leśnictwie

6.2. Proces rekombinacji DNA

6.3. Metody transformacji drzew

6.4. Edycja genomu

6.5. Wykorzystanie drzew genetycznie modyfikowanych w leśnictwie

7. Biobezpieczeństwo wykorzystania drzew genetycznie modyfikowanych w gospodarce leśnej oraz potencjalne ryzyko inwazji biologicznej