صفحة 281 الصفحة في PDF
تطبيقات التكنولوجيا الحيوية
أهمية التكنولوجيا الحيوية بالنسبة للانتاج النباتى ومواد العلف :
برنامج مشروعات يتم انجازها على المدى القصير :
انتاج نباتات مقاومة للظروف البيئية غير الملائمة مثل الملوحة والجفاف.
دعم برامج رسم الخرائط الوراثية.
تحسين القيمة الغذائية للمحاصيل.
انتاج محاصيل مبكرة النضج لزيادة كفاءة الدورة الزراعية.
تطوير الزراعة العضوية بالاشتراك مع مجال البيئة.
الوصول الى تقنيات زراعية جديدة مثل انتاج علف الشعير الاخضر بدون تربة
زراعية )الاستنبات :(Hydroponic
توجد طرق صناعية لانتاج الاعلاف الخضراء لا تحتاج الى ارض زراعية او تربة ولا تشغل مساحة كبيرة يستخدم فيها غرف مكيفة الح اررة والرطوبة والاضاءة تحتوى على احواض موضوعة على مسافات فوق بعضها وتزرع فيها الحبوب )كالشعير والشوفان( وتتغذى بماء مذاب فيه بعض العناصر السمادية مما يسمح بنمو البادرات سريعا حتى يصل طولها الى يبا خلال اسبوع واحد مما يجعله ينتج انتاج كمية ضخمة من العلف
٢٥-٢٠سم تقر
الاخضر من مساحة قليلة ويمكن تنظيم مواعيد الزراعة للحصول على ناتج يومى من العلف الاخضر وتسمى هذه الزراعة بالهيدروبونيك ) (Hydroponicوهناك وحدات تبلغ قيمتها الانتاجية طنا من العلف الاخضر الطازج فى اليوم على جميع ايام السنة تحت اى ظروف مناخية واستهلاكها المائى والسمادى قليل جدا بالنسبة للاستهلاك اللازم لانتاج هذه الكمية تحت ظروف الحقل العادية ومما يحد من اتباع هذه الطريقة ارتفاع تكلفتها ،ولكنها مناسبة جدا فى بلدان المناطق الجافة والاراضى القاحلة كالمنطقة العربية.
٢٦١
صفحة 282 الصفحة في PDF
( أهم التحسينات فى بعض النباتات المحورة وراثيا )أهم المحاصيل٥١) جدول
(المستخدمة فى علائق الحيوان
Output traits of potential value to animal production identified
from patent applications
Crop
Alfalfa
Barley
Chickpea
Clover
Corn
Canola
Use
Feed
Food
Feed
Feed
Feed
Type
Lignin
Flavour/Yield
Amino acid
Amino acid
Amino acid
Feed
Feed
Mycotoxin
Oil
Oil / amino acids
Oil / phosphorus
Oil
Oil
Oil
Oil
Oil
Oil
Oil
Oil
Oil
Oil
Amino acids
Amino acids
Oil
Amino acids
Shelf life
Oil
Oil
Oil
Oil
Oil
Protein levels
Anti-nut factor
Oil
Carotenoid
Shelf life
Food/Industrial
Industrial
Food
Food
Industrial
Food
Food
Feed/food
Feed
Cotton seed
Food
Lucerne
Feed
Lupin
Feed
Plam
Industrial/Food
Peas
Feed
Potato
Food
Rape seed
Industrial
Soybean
Food
Food
Food
Food
Feed / Food
Feed
Sunflower
Food
Sorghum
Feed
Tomato
Food
*- (Willson, 200)
٢٦٢
Improvement
Improved digestibility / low lignin
Improved malting quality
Increased s amino acids (meth & lys )
Increased s amino acids (meth & lys )
High protein with balanced amino
acids
Fumosin detoxifying
High oil content
High oil with increased digestibility
High oil with increased P availability
High lauric acid
High myristate
High stearic acid
High medium chain fatty acids
Specialty lubricant (waxes) jojoba oil
High long chain ploy unsaturated f.a.
High medium chain fatty acids
Low saturates/high mono/low PUFA
High oil
High oleic acid
Increased S amino acids
Increased S amino acids/Basta resist:
Increased S amino acids
No browning
High erucic acid
High oleic lower saturated fat
High stearic acid
High palmitic acid
Low saturated fat
Increased levels of protein
Low stachyose
High oleic acid
High carotene
Increased shelf life
صفحة 283 الصفحة في PDF
جدول ) (٥٢المحاصيل الهامة المنتجه بإستخدام التكنولوجيا الحيوية والتي تتغذي عليها
الحيوانات
المنتج
الصفة
كانولا
مقاوم لمبيدات الحشائش
كانولا
محتوى عالى من اللورك
كانولا
محتوى عالى من حمض الاوليك
ذرة
مقاوم لمبيدات الحشائش
ذرة
مقاوم للحشرات
قطن
مقاوم لمبيدات الحشائش
قطن
مقاوم للحشرات
شمام
تاخر عملية النضج
باباز
مقاوم للفيروس
بطاطس
مقاوم للحشرات
بطاطس
مقاوم للفيروس
أرز
مقاوم لمبيدات الحشائش
فول الصويا
مقاوم لمبيدات الحشائش
فول الصويا
محتوى عالى من حمض الاوليك
قرع
مقاوم للفيروس
بنجر السكر
مقاوم لمبيدات الحشائش
نبات الدخان
مقاوم لمبيدات الحشائش
طماطم
تأخر عملية النضج
طماطم
مقاوم لمبيدات الحشائش
طماطم
مقاوم للحشرات
قمح
مقاوم لمبيدات الحشائش
التكنولوجيا الحيوية النباتية : Plant biotechnology هى اضافة صفات منتجه للنبات من اجل تطوير اصناف جديدة للتكنولوجيا وتسمح التكنولوجيا الحيوية النباتية بنقل اكبر قدر من المعلومات الوراثية باكثر من طريقة دقيقة ومضبوطة وبالمثل فان التربية التقليدية للنباتات غير المرغوبة التى تتضمن تهجين مئات او
٢٦٣
صفحة 284 الصفحة في PDF
آلاف من الجينات تجعل التكنولوجيا الحيوية النباتية تسمح بنقل جين واحد فقط أو الجينات
المرغوبة.
فروع التكنولوجيا الحيوية : Biotechnology branches
) (١الهندسة الوراثية : Genetic engineering
هو تكنيك ازالة او تعديل او اضافة جينات الى الكائن الحى وتسمى gene splicing, ،recombinant DNA (rDNA) technology, or genetic modification والمستهلكين فى المملكة المتحدة يفضلون مصطلح Genetically Bioengineered لوصف الغذاء والمنتجات الغذائية المنتجة بواسطة هذه التكنولوجيا.
) (٢التهجين الرجعى : Back cross
هو تكنيك تقليدى يستخدم لازالة اى صفة وراثية غير مرغوبه من النبات الحديث التهجين، ويربى النبات المهجن بالقرب من النبات الذى لا يمتلك الصفة غير المرغوبة بهدف ازالة
الصفة فى انتاج النبات الجديد.
وعموما يحتاج التهجين الرجعى لعدد كبير من الاجيال لان الهجن الحديثة ربما تحمل عدد
كبير من الصفات غير المرغوبة.
) (٣التحويل : Transformation
هو ادخال جين حقيقى لصفة جديدة داخل الخلايا النباتية لمحصول المراد تعديله وهذا النقل عادة يستكمل باستخدام ميكروب تربة يسمى Agrobacterium Tumifaciensويتم ادخاله داخل خلايا المحصول الجديد ،وهذا الميكروب بلازميدات تعتبر وحدات تخزين خلوية صغيرة للحامض النووى DNAوالذى يمكن تعديله ليحتوى على الصفة الجديدة ،وقد تستخدم طريقة اخرى حيث يستعمل قاذف او مدفع جسيمات صغيرة والذى يتكون من قذف ١ميكروميتر جسيمات تنجستين مغطى بصفة جديدة DNAفى بلاسميدات فى الخلايا النباتية فى المحصول بسرعة ٤٣٠متر/الثانية وتسمىThe gene gunوالخلية أو النبات الذى ينجح فيه عملية النقل وتحتوى على DNAجديد يسمى .Transformant
٢٦٤
صفحة 285 الصفحة في PDF
) (٤حدث التحويل : Transformations event
هذا المصطلح يعنى نقل وادخال حامض نووى DNAجديد داخل الخلايا النباتية والنقل الناجح يعنى حدوث تسكين )وضع( الحامض النووى الجديد فى الجينوم ) genomeكل
DNAفى الخلية النباتية( فى موضع جيد.
وفى الغالب لا ينجح هذا الادخال ولكن احيانا لا يكون الادخال ثابت فى حالة التربية واحيانا يتم الادخال فى بعض الجينات الهامة فى النبات مسببا تغير غير مقبول فى النمط الجينى للنبات Plant phenotypeومن جهة اخرى فان اى خلية نباتية ذات ادخال ناجح للحامض النووى الجديد ان تختبر لايجاد الخلية ذات الصفات الصحيحة ،وهذه الأخيرة يمكن اعتمادها وتعتبر eventsلأن كل منها يمثل بعض المواقع الفريدة لادخال DNA
جديد.
) (٥النقل الجينى : Transgetic
هو كائن حى دقيق يحتوى على حامض نووى DNAغريب وقد استخدم هذا المصطلح للاشارة إلي المحاصيل التى تمر بتعديل جينى ،ويعتقد ان هذا المصطلح لا يجب استخدامه
اذا لم يتحرك الجين من كائن الى كائن آخر.
) (٦الصفات الزراعية )أثر الصفات الزراعية او ميزة علم الزراعة او الهندسة الزراعية(
Agronomictrait:
تستخدم هذه الصفة أوليا بواسطة المزارع الذى يخطط من اجل زيادة انتاج المحصول كميا ونوعيا مع اقل استخدام لمبيدات الحشائش والمبيدات الحشرية والوقود ،وهذه الصفات تسمى ايضا ب ) (Input traitsوهذه الصفات قد تم تطويرها وتوافقها ومن امثلتها التحمل
لاستخدام المبيدات ومقاومة الآفات.
وفى سنة ١٩٩٩قدم الباحثان Hartwell & Fuchsمرجعا ممتا از للمحاصيل المعاملة بالتكنولوجيا الحيوية التى تفيد المزارع ،ولقد ذكر هذان الباحثان ان القيمة للمزارع يمكن رؤيتها فى الزيادة السريعة والضخمة للأفدنة المزروعة لهذه المحاصيل حول العالم .وفى
٢٦٥
صفحة 286 الصفحة في PDF
سنة ١٩٩٩ازدادت المساحة العالمية لمحاصيل البيوتكنولوجيا بنسبة %٤٤من ٢٩.١
مليون فدان الى ٩٨.٦مليون فدان.
مقاومة الحشرات ): (Insect resistant
مقاومة الآفات الحشرية تتكلف حوالى ١٠بليون دولار سنويا ومازال حتى الآن يفقد حوالى %٣٠-٢٠من ناتج المحصول الكلى بسبب الآفات الحشرية ،ويجب مقاومة الحشرات لان نشاط المبيد الحشرى فى الميكروبات يكون ذو فاعلية .ولقد لوحظ ان ادخال البروتينات التى تنتجها ميكروب Bacillus Thuringiensisداخل الحامض النووى DNAبالذرة الشامية جعل حبة الذرة مقاومة للحشرات الثاقبة والموجودة بالذرة الاوروبية ،وهذا الميكروب يعتبر من البكتريا الطبيعية فى التربة والذى ينتج بروتين يقاوم الحشرات بتأثيره المزعج للجهاز الهضمى للحشرات ،ولقد وجد ان بروتين هذا الميكروب ذو تأثير ضار للإنسان والاسماك والحشرات النافعة كما ان الوقاية الحشرية تحافظ على نتائج المحصول بأقل اعتماد على المبيدات الحشرية الكيماوية وبأقل ماء ارضى بالاضافة الى انسحابها من برامج صيانة
التربة.
) (٧مقياس الصفات المضافة : Rule – added trait
وصحيا،
أى صفة فى المحاصيل تفيد المستهلك عن طريق امداده بمنتج غذائى ثابت
ويطلق على هذه الصفة ) (Out put traitوهذه الصفة تزيد من القيمة المالية للمحصول والتى تعتمد علي تكلفة الصفة وكمية هذه الصفة المضافة ،وهذه الصفة قد تكون مركب غذائى ضرورى فى غذاء الانسان أوعلف للحيوان وخاصة من حيث انواع الاحماض الدهنية المطلوبة لزيادة ثبات الزيت ونسب الدهون غير المشبعة الصحية/المشبعة ،او من اجل تصنيع الغذاء ،وانواع معينة من النشا والكربوهيدرات المعقدة التى يحتاج اليها فى صناعة المطاحن الرطبة والجافة وصناعة الاعلاف المكعبة ذات الجودة العالية او فى الصيدليات او الفاكسينات التى قد ينتج نباتيا وفى تحسين هضم المركبات الغذائية.
٢٦٦
صفحة 287 الصفحة في PDF
) (٨حزمة الجينات )وحدة قياس انجليزية(: Gene stacking هذا المصطلح يعنى ادخال اكثر من صفة جينية جيدة للكائن الحى ،ولقد بدأت شركات البذور لاضافة صفات عديدة للحصول على قيمة اضافية جيدة للمحاصيل ،وتحتاج قيمة Out putللمحصول من اجل زيادة معنوية لضبط تكلفة نقل المحصول من خلال سلسلة غذائية داخلية كاملة والمحافظة على قيمة Inputللمحصول بينما يحتاج Inputالمحصول المعدل GMمع الصفة الزراعية للانفصال حتى يصل للمزارع.
صفات الجودة : Quality traits
مواد العلف ذات القيمة المضافة : Added – value feed stuffs تعتبر صفة الجودة من الصفات التى تزيد من القيمة المستخدمة لمادةالعلف منسوبة الى نسختها النموذجية Bajjalish) Typical versionسنة ،(١٩٩٦ليس هناك حبوب نجيلية محسنة جينيا على النطاق التجارى او البذور البقولية ذات صفات جودة اضافية لاستخدامها كعلف للحيوانات بينما توجد حاليا مواد علف ذات قيمة اضافية مثل اصناف الذرة العالية فى محتواها من الزيت علي النطاق التجارى وهى متاحة فى الوقت الحاضر ولكن تم تطوير هذه الاعلاف بواسطة التربية التقليدية المحسنة او بواسطة طرق التهجين الرجعى ،وهناك ايضا اصناف اخرى لها نقل جينى "بذور زيتية" تحتوى على تركيزات مختلفة من احماض دهنية معينة لها فائدة كبيرة فى مصانع تصنيع الاعلاف.
كثير من الحبوب النجيلية المحسنة جينيا والبذور البقولية ذات صفات الجودة المضافة قد طورت على النطاق التجارى من اجل اطلاقها الفترة القادمة ،وفى سنة ١٩٩٧ذكر الباحث Arabaان الجيل التالى لمواد العلف ذات القيمة المضافة سوف يكون له تأثير على التصينع الغذائى ومن امثلة هذه الأعلاف الذرة العالية الزيت ،والذرة العالية الليسين ،الذرة عالية المثيونين ،كسب الصويا المنخفضة فى سكرات الاوليجو ،الحبوب النجيلية المنخفضة فى محتواها من حمض الفيتيك ،كسب الصويا العالى فى الليسين او الميثيونين ،كسب الصويا العالى فى حامض اللينوليك او الستياريك.
٢٦٧
صفحة 288 الصفحة في PDF
أولا :انتاج الذرة باستخدام التكنولوجيا الحيوية :
تعتبر الذرة احدى أهم ثلاث محاصيل حبوب فى العالم وقد تم انتاج الاصناف التالية
باستخدام التكنولوجيا الحديثة:
) (١الذرة عالية الزيت : High Oil Corn
بدأت تربية الذرة من اجل المحتوى العالى او المنخفض من الزيت فى جامعة Illinoisفى سنة ١٨٩٦وفى سنة ١٩٩٧ذكر الباحث Arabaان اصناف الذرة العالية الزيت قد انتجت باستخادم التربية الجينية التقليدية واحتوت هذه الاصناف على %٨-٦زيت ولكن ناتج محصولها كان اقل من الاصناف التجارية ،ومن امثلة هذه الاصناف ،Optimum
.Galilee 777
والانتاج الرئيسى فى الولايات المتحدة يرتبط بعملية التهجين القمى Topcrossلصنف الذرة Optimumاما صنف الذرة Galilee 777فقد انتج بواسطة طريقة التهجين الخلطى وفى سنة ١٩٩٧ذكر الباحث Arabaان النجاح التجارى لهجن الذرة العالية الزيت مثل صنف الذرة Optimumالعالى الزيت يرجع الى طريقه الانتاج بالهجين القمى والتى ينتج عنها محصول عالى الكمية من حبوب ذرة عالية الزيت ،ولقد تم زراعة حوالى ١.٣-١.٢مليون فدان من الصنف Optimumالعالى الزيت فى سنة .١٩٩٩ يوضح الجدول ) (٥٣المحتوى الغذائى لصنف الذرة Optimumالعالى الزيت ،ويحتوى صنف الذرة Optimumالعالى الزيت على %٨٧دهن خام اعلى %٣.٣ ،بروتين خام اعلى بالمقارنة مع الذرة النمطية ،ومن جهة اخرى فان نوعية بروتين الذرة العالية فى الزيت يتحسن لان حجم جنين الذرة يزداد على حساب الاندوسبرم ويحتوى جنين الذرة عل كميات صغيرة جدا من البروتين المنخفض النوعية )زين( وهو بروتين فقير فى الليسين والتربتوفان وتحتوى بروتينات الانوسبرم على %٥٢زين .بروفيل الاحماض الدهنية للذرة عالية الزيت الذى يحتوى على حامض اوليك بنسبة زيادة %٨يحسن من ثبات الاكسدة فى لحوم الدواجن .يحتوي صنف الذرة Optimumالعالى فى الزيت علي تركيزات من التوكوفيرول اعلى بنسبة %٦٥-٦٠بالمقارنة مع الذرة التقليدية.
٢٦٨
صفحة 289 الصفحة في PDF
( مقارنة فى التركيب الكيمائي بين صنفي الذرة٥٣) جدول Average nutrient comparison of high quality typical dent corn and optimum 80 high oil corn (HOC), proximate composition.
Typical corn
Crude fat, %
Crude protein, %
Crude fiber, %
Ash, %
Mean
3.60
8.17
2.08
1.21
STD
0.40
0.93
0.38
0.10
Optimum HOC
Mean
6.73
8.44
2.08
1.30
STD
0.54
0.90
0.50
0.12
1Avalues expressed at 87% Dry Matter.
2Values are means of samples from 1993 through 1995 productions.
3 AOAC analytical methods. Araba, 1997
( مقارنة فى الأحماض الأمينية بين صنفي الذرة٥٤) جدول Comparison of high quality typical dent corn and Optimum® 80 high oil
corn (HOC); Amino Acids
Typical corn
Optimum HOC
Crude fat, %
Crude protein, %
3.51
6.34
7.65
8.02
Mean STD % P
Mean
STD
Lysine, %
0.248 0.020 3.20
0.274
0.024
Methionine, %
0.183 0.018 2.36
0.201
0.018
Cystine, %
0.183 0.016 2.37
0.196
0.016
Tryptophane, %
0.059 0.006 0.76
0.065
0.006
Threonine, %
0.289 0.024 3.73
0.307
0.027
Valine, %
0.379 0.035 4.90
0.420
0.035
Isoleusine, %
0.276 0.044 3.57
0.305
0.032
Leucine, %
0.921 0.133 11.9
1.046
0.123
Tyrosine, %
0.370 0.055 4.79
0.386
0.043
Phenylalanine, %
0.814 0.071 5.40
0.416
0.053
Alanine, %
0.565 0.065 7.31
0.642
0.068
Glycine, %
0.311 0.021 4.02
0.345
0.024
Histidine, %
0.240 0.029 3.10
0.264
0.022
Arginine, %
0.388 0.035 5.03
0.439
0.040
Aspartate, %
0.544 0.042 7.03
0.577
0.046
Glutamate, %
1.416 0.159 18.3
1.572
0.175
1Avalues expressed at 87% Dry Matter.
2Values are means of samples from 1993 through 1995 productions.
3 AOAC analytical methods.
4% P = Amino acids as a % of crude protein. Araba, 1997
٢٦٩
%P
3.54
2.60
2.54
0.83
3.98
5.43
3.95
13.5
4.99
5.37
8.30
4.46
3.42
5.68
7.45
20.3
صفحة 290 الصفحة في PDF
( مقارنة فى الأحماض الدهنية بين صنفي الذرة٥٥) جدول Comparison of high quality typical dent corn and optimum 80 high oil corn
(HOC); Fatty Acids
Typical corn
Optimum® HOC
Crude fat, %
Crude protein, %
3.35
6.32
7.34
7.80
Mean
STD
Mean
STD
Palmitic, C16:0
10.48
0.85
11.22
0.32
Stearic, C18:0
2.13
0.33
2.65
0.32
Oleic, C18:1
28.00
2.91
34.80
1.21
Linoleic, C18:2
56.35
2.80
48.93
1.46
Linolenic, C18:3
1.50
0.28
1.01
0.15
Total saturated fatty acids
12.61
13.87
Total unsaturated fatty acids
85.85
84.74
Calculated Iodine Value5
131
123
OPTIUMUM® 80 HOC has a different fatty acid profile than conventional high-quality feed corn. The profile of increased oleic acids (8%) and decreased linoleic acids (8%) has been linked to improved oxidative stability of poultry meat ( Araba, 1997).
( مقارنة فى العناصر المعدنية بين صنفي الذرة٥٦) جدول Average mineral nutrient composition: comparison of high quality dent
corn and optimuma 80 high oil corn (HOC)
Typical corn
Optimum HOC
39
65
Mean
STD
Mean
STD
Ca, %
0.01
0.01
0.01
0.01
P, %
0.24
0.02
0.26
0.03
Mg, %
0.08
0.01
0.09
0.01
S, %
0.08
0.01
0.08
0.01
Mn, ppm
4.60
0.52
6.60
3.77
Fe, ppm
20.1
3.5
27.6
10.7
Cu, ppm
3.13
0.76
5.12
3.92
Zn, ppm
17.4
2.63
20.9
3.73
Se, ppm
0.08
0.05
0.09
0.08
Co, ppm
0.98
0.00
1.00
0.01
Mineral content is similar between OPTUMUM® 80 HOC and conventional corn ( Araba,
1997).
N
٢٧٠