'

Для чего изучать растения?

Понравилась презентация – покажи это...





Слайд 0

Для чего изучать растения? www.plantcell.org/cgi/doi/10.1105/tpc.109.tt1009


Слайд 1

Растения, как и большинство животных, – многоклеточные эукариоты Фото: Public Health Image Library; NASA; © Dave Powell, USDA Forest Service; tom donald


Слайд 2

Растения разнообразны Растения способны существовать в самых разных ландшафтах Фото: tom donald


Слайд 3

Растения делают нас счастливыми Dravigne, A., Waliczek, T.M., Lineberger, R.D., Zajicek, J.M. (2008) The effect of live plants and window views of green spaces on employee perceptions of job satisfaction. HortScience 43: 183–187. Фото: tom donald Сотрудники, в поле зрения которых находятся растения, обычно более довольны своей работой.


Слайд 4

Растения – удивительные живые существа самый крупный цветок (?1 м) долгожитель (?5000 лет) самый большой организм (>100м) Фото: ma_suska; Bradluke22; Stan Shebs


Слайд 5

Мы не можем существовать без растений Растения производят кислород, которым мы дышим. Растения химически запасают энергию, которую человек потребляет в виде пищи или топлива. Растения продуцируют огромное количество полезных химических соединений.


Слайд 6

Мы не можем жить без кислорода! НЕТ кислорода Джозеф Пристли в 1771 г. обнаружил, что дыхание животных «портит» воздух. Животное, находящееся в закрытом объёме, рано или поздно погибнет.


Слайд 7

Мы не можем жить без кислорода! Выделяется кислород Пристли также обнаружил, что растения способны «восстанавливать» воздух. Теперь мы знаем, что растения выделяют кислород как побочный продукт фотосинтеза.


Слайд 8

Растения превращают углекислый газ в богатые энергией молекулы, которые потребляют животные Растения превращают газ CO2 в сахара в процессе фотосинтеза.


Слайд 9

Растения производят огромное количество полезных веществ CO2


Слайд 10

Для чего изучать растения? Чтобы сохранить редкие растения и сообщества, находящиеся в опасности Чтобы знать больше об устройстве природы Чтобы разумно использовать возможности растений и обеспечивать человечество пищей, лекарствами и энергией Фото: tom donald


Слайд 11

Изучение растений помогает нам познавать мир Рисунок коры, сделанный Робертом Гуком, открывшим «клетки» Клетки впервые были найдены в растениях. Фотография клеток коры Фото: ©David B. Fankhauser, Ph.D


Слайд 12

Вирусы впервые были выделены из растений Вирус табачной мозаики Вирусы могут инфицировать не только растения, но и человека, вызывая многие заболевания, в том числе СПИД, гепатит, атипичную пневмонию, свиной грипп, рак шейки матки, ветрянку, и полиомиелит. Изображение: © 1994 Rothamsted Research


Слайд 13

Работы Менделя, выполненные на горохе, привели к открытию законов наследования


Слайд 14

...которые помогают в изучении таких болезней человека, как серповидноклеточная анемия... Работы Менделя, выполненные на горохе, привели к открытию законов наследования


Слайд 15

...и гемофилия, а также многие другие болезни, имеющие генетические причины. Родословная семьи носителей аллели гемофилии Работы Менделя, выполненные на горохе, привели к открытию законов наследования


Слайд 16

Работы Менделя послужили основой генетики и селекции растений. Выдающийся селекционер растений Норман Борлоуг (1914–2009), Нобелевский лауреат (1970) Работы Менделя, выполненные на горохе, привели к открытию законов наследования


Слайд 17

Для чего изучать растения?


Слайд 18

Население Земли растёт и растёт... Население Земли утроится с 1950 г. (2.5 млрд.) по 2020 г. (7.5 млрд.)


Слайд 19

Население Земли растёт и растёт... Основная цель биологии растений – увеличить продуктивность; оценки показывают, что её нужно увеличить на 70% в течение следующих 40 лет.


Слайд 20

От недоедания и голода погибает непропорционально много детей В 2004 г. в мире погибли 60 млн. человек (Source:  World Health Organization, 2008)


Слайд 21

10 млн. из них – дети до 5 лет, 99% из которых проживали в бедных и развивающихся странах (Source: The State of the World's Children, UNICEF, 2007) От недоедания и голода погибает непропорционально много детей


Слайд 22

5 млн. детей в возрасте до 5 лет погибают каждый год от недоедания и сопутствующих заболеваний. То есть каждые 6 секунд погибает один дошкольник, смерть которого можно было предотвратить. От недоедания и голода погибает непропорционально много детей


Слайд 23

От недостатка витамина A погибает миллион детей в год. (Source: Vitamin and Mineral Deficiency, A Global Progress Report, UNICEF) От недоедания и голода погибает непропорционально много детей


Слайд 24

Как бы отреагировал мир на болезнь, поразившую население Европы, Канады и США?


Слайд 25

В мире более одного миллиарда человек в год хронически недоедают Это больше, чем всё население Европы, Канады и США. (Источник: FAO news release, 19 июня 2009)


Слайд 26

Это больше, чем население Европы, Канады, США и Китая. (Источник:  World Health Organization, WHO Global Database on Anaemia) Более двух миллиардов человек в год испытывают хроническую анемию из-за недостатка железа


Слайд 27

Как могут помочь учёные?


Слайд 28

создавая растения, которые: устойчивы к стрессу и засухе требуют меньше удобрений и воды устойчивы к патогенам более питательны Биологи растений могут помочь в решении проблемы голода,


Слайд 29

Источник: IWMI Регионы физического и экономического дефицита воды Рост растений часто ограничен из-за засухи Нет/небольшой дефицит воды Физический дефицит воды Приближение к физическому дефициту воды Экономический дефицит воды Нет оценок


Слайд 30

Засуха сопровождается повышением температуры планеты Gornall, J., Betts, R., Burke, E., Clark, R., Camp, J., Willett, K., and Wiltshire, A. Implications of climate change for agricultural productivity in the early twenty-first century. Phil. Trans. Royal Soc. B: 365: 2973-2989.m В тёплых странах урожай падает на ? 3–5% с повышением температуры на 1°C


Слайд 31

Даже средняя засуха значительно снижает урожай Средняя засуха снижает уровень фотосинтеза и скорость роста растений, тогда как сильная засуха является смертельной для них


Слайд 32

Нам нужны растения, которые хорошо растут даже в условиях стресса Жара и засуха снижают урожай


Слайд 33

Жара и засуха снижают урожай Нужно больше площадей под сельское хозяйство Нам нужны растения, которые хорошо растут даже в условиях стресса


Слайд 34

Жара и засуха снижают урожай Нужно больше площадей под сельское хозяйство Вырубка лесов приводит к повышению концентрации CO2 в атмосфере Нам нужны растения, хорошо растущие даже в условиях стресса


Слайд 35

Модификация одного гена может увеличить устойчивость растения к засухе Yu, H., Chen, X., Hong, Y.-Y., Wang, Y., Xu, P., Ke, S.-D., Liu, H.-Y., Zhu, J.-K., Oliver, D.J., Xiang, C.-B. (2008) Activated expression of an Arabidopsis HD-START protein confers drought tolerance with improved root system and reduced stomatal density. Plant Cell 20:1134-1151. засухоустойчивый дикий тип


Слайд 36

Развитая корневая система увеличивает устойчивость к засухе Выведение растений с хорошо развитой корневой системой может помочь им расти в засушливых регионах. Yu, H., Chen, X., Hong, Y.-Y., Wang, Y., Xu, P., Ke, S.-D., Liu, H.-Y., Zhu, J.-K., Oliver, D.J., Xiang, C.-B. (2008) Activated expression of an Arabidopsis HD-START protein confers drought tolerance with improved root system and reduced stomatal density. Plant Cell 20:1134-1151.


Слайд 37

Посевы требуют удобрений – калий, фосфаты, азот и другие элементы Калий и фосфаты – невозобновляемые добываемые ресурсы Синтез азотных удобрений требует огромных затрат энергии Фото: Mining Top News; Library of Congress, Prints & Photographs Division, FSA-OWI Collection, LC-USW361-374 Удобрения – ограниченный ресурс, требующий затрат энергии


Слайд 38

Фото NASA/Goddard Space Flight Center Scientific Visualization Studio Сток удобрений вызывает появление мёртвых зон: «цветущие» водоросли затем разлагаются, расходуя кислород в воде и делая жизнь животных невозможной Использование сельскохозяйственных удобрений – источник значительного загрязнения окружающей среды


Слайд 39

Yuan, L., Loque, D., Kojima, S., Rauch, S., Ishiyama, K., Inoue, E., Takahashi, H., and von Wiren, N. (2007). The organization of high-affinity ammonium uptake in Arabidopsis roots depends on the spatial arrangement and biochemical properties of AMT1-type transporters. Plant Cell 19: 2636-2652. Поглощение питательных веществ растениями можно улучшить


Слайд 40

Учёные скрещивают культурные растения с многолетними, чтобы уменьшить зависимость первых от удобрений и воды Уэс Джексон из Института Земли держит многолетнего родственника пшеницы Thinopyrum intermedium Многолетние растения поглощают воду и питательные вещества лучше, чем большинство культурных растений Фото: Jodi Torpey, westerngardeners.com


Слайд 41

Phytophthora infestans, вызывающая фитофтороз картофеля, снова стала угрозой. Puccinia graminis tritici, гриб, вызывающий ржавчину пшеницы, превратился в весьма агрессивную форму. Фото: www.news.cornell.edu; www.fao.org Сейчас два серьёзных заболевания растений угрожают производству продуктов питания в мире


Слайд 42

Фитофтороз уничтожает картофель Phytophthora infestans вызывает фитофтороз картофеля. Вспышка фитофтороза в 1840-х уничтожила посевы и унесла жизни более миллиона человек в Европе. Фото: USDA; Scott Bauer инфицированный обработанный


Слайд 43

Идентификация генов устойчивости устойчив заражён грибом не заражён неустойчив Растение слева несёт ген устойчивости и не имеет симптомов болезни. Song, J., Bradeen, J.M., Naess, S.K., Raasch, J.A., Wielgus, S.M., Haberlach, G.T., Liu, J., Kuang, H., Austin-Phillips, S., Buell, C.R., Helgeson, J.P., Jiang, J. (2003) Gene RB cloned from Solanum bulbocastanum confers broad spectrum resistance to potato late blight. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 100:9128–9133. Генетики установили ген устойчивости и вводят его в пищевые сорта.


Слайд 44

Ржавчина пшеницы – новая угроза Новый высокопатогенный штамм появился в Уганде в 1999 г. и назван Ug99. Большинство сортов пшеницы не имеют устойчивости к этому штамму. инфицированные растения пшеницы Фото: ARS USDA


Слайд 45

Ug99 поражает пшеницу во всём мире Эта глобальная проблема требует внимания всего мира. Споры Ug99 не обращают внимания на государственные границы... – Продовольственная и сельскохозяйственная организация ООН (FAO) Фото: ARS USDA


Слайд 46

Споры Ug99 разносятся ветром Споры Ug99 найдены в Уганде, Кении, Эфиопии, Судане, Йемене и Иране, он угрожает посевам на Ближнем Востоке, Восточной Африке, Центральной и Южной Азии. Воздушные потоки, переносящие споры, показаны красным. Фото: www.wheatrust.cornell.edu


Слайд 47

Споры Ug99 разносятся ветром Пшеница – основное сельскохозяйственное растение в регионах, находящихся под угрозой, особенно в бедных странах. предполагаемые пути переноса Ug99 Фото: www.wheatrust.cornell.edu


Слайд 48

Международные группы учёных сотрудничают для мониторинга распространения Ug99 и создают сорта пшеницы, устойчивые к ржавчинному грибу. В настоящее время неизвестно, удастся ли создать устойчивые сорта, чтобы избежать голода... Фото: Bluemoose; FAO


Слайд 49

Биологи растений изучают способы сохранения плодов свежими после сбора После сбора урожая фрукты размягчаются, дозревают, и впоследствии загнивают. Из-за этих процессов фрукты выглядят непривлекательно, и фрукты теряют вкусовые и пищевые качества. Фото: Cornell University ; ARC


Слайд 50

Позеленение, наряду с образованием соланина, может развиваться в неправильно хранящихся клубнях картофеля. Соланин в высокой концентрации токсичен. Фото: Dr. C.M. Christensen, Univ. of Minnesota.; WSU; Pavalista, A.D. 2001 Плесень Aspergillus на початках кукурузы Потери после уборки урожая могут уничтожить более 50% зерна. Биологи растений изучают способы сохранения плодов свежими после сбора Этапы позеленения Белая Роза (6.8 мкЕ?м-2с-2 Время (дни)


Слайд 51

Диета в бедных странах, как правило, не сбалансирована и бедна питательными веществами. Человеку необходимы витамины и минералы, а не только калории. Анемия (маленькие дети) Улучшенное содержание питательных веществ в растениях поможет исправить несбалансированное питание Изображения: Petaholmes на основе данных WHO; WHO


Слайд 52

Практика добавки к пище витаминов (например, фолат и витамин А) и микроэлементов (железо, цинк, йод) привела к значительному снижению недоедания в большинстве стран мира. Фото: © UNICEF/NYHQ1998-0891/Giacomo Pirozzi


Слайд 53

Маниок – важнейшее пищевое растение в Африке, но он беден питательными веществами Учёные недавно обнаружили разновидность маниока, которая содержит гораздо больше витамина А, чем обыкновенная разновидность. Welsch, R., Arango, J., Bar, C., Salazar, B., Al-Babili, S., Beltran, J., Chavarriaga, P., Ceballos, H., Tohme, J., and Beyer, P. Provitamin A accumulation in cassava (Manihot esculenta) roots driven by a single nucleotide polymorphism in a phytoene synthase gene. Plant Cell: tpc.110.077560. обыкновенная белая разновидность недавно открытая жёлтая разновидность


Слайд 54

Биофортификация – генетическое обогащение пищи Фото: Golden Rice Humanitarian Board © 2007; Автор: ETH Zurich / Christof Sautter; Воспроизведено с разрешения Macmillan Publishers, Ltd: Butelli, E., et al., Nature Biotechnology 26, 1301 - 1308 copyright (2008).


Слайд 55

Растения дают нам больше, чем только пищу Растения: источник новых лекарств источник лучших волокон для бумаги и тканей источник биовозобновляемой продукции возобновляемый источник энергии Фото: tom donald


Слайд 56

Растения производят сотни веществ, используемых как лекарства Кора ивы (Salix) – источник аспирина (ацетилсалициловая кислота) Наперстянка (Digitalis purpurea) – источник сердечных гликозидов Тихоокеанский тис (Taxus brevifolia) – источник таксола (используется в лечении рака) Кофе (Coffea arabica) и чай (Camellia sinensis) – источники кофеина (стимулятор)


Слайд 57

Миллионы людей умирают от малярии Регионы Земли, в которых риск развития малярии наиболее высок. Hay, S.I., et al., (2009) PLoS Med 6(3): e1000048. doi:10.1371/ journal.pmed.1000048


Слайд 58

Протист Plasmodium falciparum вызывает малярию Плазмодии внутри клетки мыши Фото: Ute Frevert; псевдоцвета: Margaret Shear.


Слайд 59

Плазмодии передаются человеку от инфицированных комаров Фото: CDC


Слайд 60

Однако Plasmodium развил устойчивость к хинину, поэтому необходимы альтернативные лекарства против малярии. Рисунки: Kohler; CDC Кора хинного дерева содержит хинин, убивающий плазмодии


Слайд 61

Хинин и джин (Правообладатель – королевская семья Британии; Фото: Музей Войн Империи, Лондон - Q 32160) Британским солдатам в тропических странах давали таблетки с хинином для предотвращения заболевания малярией. Чтобы разбавить их горький вкус, хинин смешивали со сладкой содовой водой (тоником), а зачастую ещё и с джином – так появился джин-тоник.


Слайд 62

Фото: www.anamed.net Артемизин Китайские лекари использовали полынь тысячи лет. В 1972 г. был выделен чистый артемизин – активное противомалярийное вещество. Полынь однолетняя, Artemisia annua – новое растение для борьбы с малярией


Слайд 63

Биологи растений создают полынь-сверхпродуцент артемизина Фото: www.york.ac.uk/org/cnap/artemisiaproject/


Слайд 64

Растения можно заставить вырабатывать безопасные и дешёвые съедобные вакцины и антитела


Слайд 65

Клеточная стенка растений поставляет прочные и долговечные материалы Древесина в основном состоит из клеточных стенок растений. Фото: tom donald


Слайд 66

Клеточная стенка Фото: www.wpclipart.com/plants; Zhong, R., et al., (2008) Plant Cell 20:2763-2782 . Первичная клеточная стенка построена в основном из углеводов и белков. Некоторые клетки строят также и вторичную клеточную стенку, содержащую лигнин – нерастворимое соединение с поперечными сшивками. Срединная пластинка Первичная клеточная стенка Плазмалемма Пектин Микрофибриллы целлюлозы Гемицеллюлоза Растворимые белки


Слайд 67

Древесина и волокна – повсюду Рембрандт ван Рейн (1631) Одежда сделана из растительных волокон (хлопок, лён) Растительные волокна используются в производстве бумаги, а до того – папируса Древесина используется для строительства и изготовления мебели Холст изготовляют из льняных или конопляных волокон


Слайд 68

Растения поставляют волокна для производства бумаги и ткани Селекция хлопка направлена на увеличение устойчивости к вредителям и повышение продукции волокон. Фото: Chen Lab; IFPC


Слайд 69

Недавно был секвенирован геном тополя – сырья для производства бумаги Эта информация будет востребована для повышения эффективности производства бумаги Фото: ChmlTech.com Отбеливание пульпы Пульпа имеет тёмный оттенок в основном из-за остатков лигнина. Его постепенно удаляют отбеливанием. После варки O2 Отбеливание 15–25% Лигнин 23–32% Гемицеллюлозы 38–50% Целлюлоза


Слайд 70

Растения могут заменить нефть во многих производствах creativecartoons.org. К сожалению, процесс превращения мёртвой органической материи в нефть занимает многие миллионы лет. А нефть заканчивается уже сейчас!


Слайд 71

Растения могут заменить нефть во многих производствах creativecartoons.org. К сожалению, процесс превращения мёртвой органической материи в нефть занимает многие миллионы лет. А нефть заканчивается уже сейчас! Когда я вырасту, стану ископаемым топливом


Слайд 72

Энергия Солнца Изображения: Genome Management Information System, Oak Ridge National Laboratory Сахара, крахмал и целлюлозу можно превратить в этиловый спирт Растения могут быть источником биотоплива Микроорганизмы ферментируют сахара в этанол, который затем отделяют из смеси воды, этанола, микробов и осадка и очищают перегонкой


Слайд 73

Фото: Tilo Hauke, University of Minnesota, Iowa State University Extension. Биотопливо, получаемое из рапса, сои и водорослей, заменяет топливо, получаемое из нефти. Растения могут быть источником биотоплива


Слайд 74

Miscanthus giganteus – быстрорастущее многолетнее растение, которое используется для производства биотоплива и растёт на землях, непригодных для выращивания пищевых культур. Фото: S. Long Lab, University of Illinois, 2006 Посадки культур на биотопливо не должны влиять на производство и цену пищевых культур


Слайд 75

Клеточная стенка из стеблей кукурузы и других сельхоз-отходов Этанол Изображения: Genome Management Information System, Oak Ridge National Laboratory Этанол, получаемый из клеточной стенки, – важный источник энергии лигнин целлюлоза гемицеллюлоза предобработка Целлюлоза состоит из димеров глюкозы (целлобиозы) Глюкоза Целлобиоза Молекула целлюлозы


Слайд 76

Энергия Солнца Производство пластика из возобновляемых растительных ресурсов Фото: S. Long Lab, University of Illinois, 2006 Растения могут быть источником биовозобновляемых и биодеградируемых ресурсов


Слайд 77

Учёные разрабатывают экономически выгодные способы получения пластмасс из растений Энергия Солнца Биодеградация Фото: S. Long Lab, University of Illinois, 2006 Растения могут быть источником биовозобновляемых и биодеградируемых ресурсов


Слайд 78

Для чего изучать растения? Изучение растений пополняет наши знания об устройстве жизни в целом и помогает нам использовать растения, чтобы быть здоровыми, сытыми, одетыми и счастливыми. Оригинал: http://www.plantcell.org/site/teachingtools/TTPB1.xhtml Перевод: Григорий Пожванов, 2013. gregory@pozhvanov.com Согласно договору с ASPB, авторские права на перевод презентации принадлежат American Society of Plant Biologists.


Слайд 79

“Why Study Plants?” Created by the American Society for Plant Biology and published in the series “Teaching Tools in Plant Biology” on the website of The Plant Cell (http://www.plantcell.org) Translated by Gregory A. Pozhvanov, Saint-Petersburg State University and Maria Prokofieva


×

HTML:





Ссылка: