استخدام الكائنات الحية للتغذية والعلاج
يرتفع الخبز، يتصلب الزبادي، الإنسولين ينقذ الأرواح — جميعها منتجات كائنات حية يتم استغلالها. تغطي هذه القسم الأخير كيف يزيد البشر الغلات (الصوبات الزراعية، الأسمدة، مكافحة الآفات)، ويكثرون الميكروبات على نطاق واسع (المخمرات الصناعية)، ويغيرون الكائنات الحية عمدًا: الانتقاء الاصطناعي، التعديل الجيني، والاستنساخ.
Edexcel International GCSE Biology 4BI1، القسم 5 (العبارات 5.1–5.20B) يكمل المساق. العبارات التي تحمل حرف B (تربية الأسماك، الاستنساخ الدقيق، استنساخ الثدييات) مخصصة للأحياء فقط.
إنتاج الغذاء
نباتات المحاصيل. الصوبات الزراعية والأنفاق البلاستيكية تحتبس الحرارة وتحمي المحاصيل، مما يسمح للمزارعين بالتحكم في الضوء ودرجة الحرارة وCO₂ والماء؛ رفع CO₂ ودرجة الحرارة نحو الأمثل يرفع معدل البناء الضوئي والغلّة. الأسمدة تعوض أيونات المعادن (النترات للأحماض الأمينية، المغنيسيوم للكلوروفيل) التي تفقدها التربة مع كل محصول. مكافحة الآفات: المبيدات تقتل الآفات بسرعة وكامل لكنها تحمل خطر التراكم الحيوي، مما يضر بأنواع أخرى ويترك بقايا؛ المكافحة البيولوجية (إدخال مفترس للآفة) ذاتية الاستدامة ومحددة لكنها بطيئة وأقل قابلية للتحكم إذا انتشر نوع المكافحة نفسه.
الكائنات الدقيقة. الخميرة تخمر السكر: لاهوائياً تنتج ثاني أكسيد الكربون (الذي يرفع الخبز) والإيثانول؛ Lactobacillus يحول سكر الحليب إلى حمض اللاكتيك، مما يثقب الزبادي. المخمر الصناعي يحافظ على الكائنات الدقيقة عند أمثلها: تدابير معقمة (بدون تلوث)، عناصر مغذية، درجة حرارة وpH مثليان، أكسجة (تزويد هوائي للثقافات الهوائية) وخلط (التقليب يوزع الحرارة والعناصر الغذائية بالتساوي).
(B) تربية الأسماك توفر البروتين بكفاءة: الحفاظ على جودة الماء، التحكم في الافتراس (بين نفس النوع — بين الأسماك — وبين الأنواع المختلفة)، التحكم في الأمراض، إزالة الفضلات، التحكم في جودة وتواتر التغذية، واستنساخ سلالات سريعة النمو.
التزاوج الانتقائي
اختر آباءً بخصائص مرغوبة ← ربّهم ← اختر أفضل النسل ← كرر عبر الأجيال. يُطور نباتات بأعلى غلة ومقاومة للأمراض أو الصلابة، وحيوانات بمزيد من اللحم أو الحليب أو الطاعة — لكنه يضيق قاعدة الجينات، مما يزيد القابلية للإصابة بالأمراض، ويستغرق العديد من الأجيال.
التعديل الجيني (الهندسة الوراثية)
إنزيمات القطع المحددة تقطع DNA في مواقع محددة؛ الليغاز يوصل قطع الـ DNA معاً. يعمل البلازميد (أو الفيروس) كـ ناقل: يُقطع جين الإنسولين البشري، ويُدخل في بلازميد مفتوح، ويتم uptake الـ DNA المؤتلف بواسطة البكتيريا، التي تتكاثر في المخمر منتجة الإنسولين البشري. يمكن للنباتات المعدلة وراثياً مقاومة الآفات أو المبيدات العشبية أو إنتاج المزيد من الطعام. الكائن الحي الذي يستقبل جينات من نوع مختلف هو متحول وراثياً.
الاستنساخ (B)
الاستنساخ الدقيق (زراعة الأنسجة): يُزرع explant صغير in vitro على وسط غذائي به هرمونات نمو، لإنتاج نبتات متطابقة وراثياً — كميات تجارية من النباتات بخصائص مرغوبة، خالية من الأمراض وسريعة النمو. استنساخ الثدييات: يُدخل نواة ثنائية الصيغة الصبغية من خلية ناضجة في خلية بيضة منزوعة النواة (تم إزالة نواتها الخاصة)؛ تنقسم الخلية لتكوين جنين يوضع في أم بديلة — دالي الخروف. يمكن للاستنساخ المتحول وراثياً أن ينتج بروتينات بشرية في حليبها.
تحقق من نفسك
- اذكر طريقتين ترفع به الصوبة الزراعية غلة المحصول.
- اذكر ميزة واحدة وعيباً واحداً للمكافحة البيولوجية.
- لماذا يُثبّل الحليب Lactobacillus؟
- عدّد الخمس شروط التي يحافظ عليها المخمر.
- (B) اذكر طريقتين للتحكم في الافتراس في تربية الأسماك.
- اذكر عيبين من عيوب التزاوج الانتقائي.
- سمِّ الإنزيم الذي يقطع الحمض النووي والإنزيم الذي يربطه.
- ما هو الناقل في الهندسة الوراثية؟
- اشرح لماذا تُعد البكتيريا التي تحمل جين الإنسولين البشري مصدرًا دوائيًا مفيدًا.
- (ب) صف مراحل استنساخ ثديي.
الإجابات: 1 يُحبس الحرارة عند المستوى الأمثل؛ يتم التحكم في CO₂ والضوء والماء (أي اثنين)؛ 2 الميزة — ذاتي الاستدامة، ولا توجد مخلفات؛ العيب — بطيء، وقد تنتشر الأنواع المُتحكَّم فيها؛ 3 يحول اللاكتوز إلى حمض لاكتيك، مما يخثر بروتين الحليب؛ 4 ظروف معقمة، مغذيات، درجة حرارة وحموضة مثلى، تهوية، تحريك؛ 5 (ب) أقفاص صلبة ضد المفترسات بين الأنواع؛ كثافة استيعاب أقل ضد التنافس داخل النوع؛ 6 يضيق حصة الجينات، لذا ينتشر المرض بسهولة؛ يستغرق عدة أجيال.
استكمال الإجابات: 7 إنزيمات القطع تقطع؛ الليغازة تربط؛ 8 بلازميد أو فيروس يحمل الحمض النووي المؤتلف إلى الخلية؛ 9 تتكاثر بسرعة في المعقم وتفرز الإنسولين البشري — آمن وقابل للإنتاج على نطاق واسع؛ 10 (ب) نواة ثنائية الصبغيات من خلية ناضجة → بيضة منزوعة النواة → تنقسم لتكوين جنين → يُزرع في أم بديلة.