การใช้สิ่งมีชีวิตเพื่อผลิตอาหารและรักษาโรค
ขนมปังขึ้นยก โยเกิร์ตข้น และอินซูลินช่วยชีวิตคน — ทั้งหมดนี้เกิดจากสิ่งมีชีวิตที่ถูกนำมาใช้ประโยชน์ ส่วนสุดท้ายของบทนี้จะครอบคลุมวิธีการที่มนุษย์เพิ่มผลผลิต (โรงเรือน, ปุ๋ย, การควบคุมศัตรูพืช), การเพาะเลี้ยงจุลินทรีย์ในปริมาณมาก (เครื่องหมัก), และการดัดแปลงสิ่งมีชีวิตอย่างมีเจตนา: การคัดเลือกพันธุ์, การดัดแปลงพันธุกรรม และการสร้างคลอน
Edexcel International GCSE Biology 4BI1, Section 5 (ข้อความ 5.1–5.20B) เติมเต็มหลักสูตร ข้อความที่มีตัวอักษร B ต่อท้าย (การเลี้ยงปลา, การขยายพันธุ์จุลภาค, การสร้างคลอนสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม) เป็นเนื้อหาเฉพาะวิชาชีววิทยาเท่านั้น
การผลิตอาหาร
พืชผลทางการเกษตร. โรงเรือนและอุโมงค์พลาสติก เก็บความร้อนและปกป้องพืชผล ให้เกษตรกรควบคุมแสง, อุณหภูมิ, CO₂ และน้ำ; การเพิ่ม CO₂ และอุณหภูมิเข้าใกล้จุดสูงสุดจะเพิ่มอัตราการสังเคราะห์แสงและผลผลิต ปุ๋ย เติมเต็มไอออนแร่ธาตุ (ไนเตรตสำหรับกรดอะมิโน, แมกนีเซียมสำหรับคลอโรฟิลล์) ที่ดินสูญเสียไปจากการเก็บเกี่ยวแต่ละครั้ง การควบคุมศัตรูพืช: สารเคมีกำจัดศัตรูพืชฆ่าศัตรูพืชอย่างรวดเร็วและสมบูรณ์แต่มีความเสี่ยงต่อการสะสมทางชีวภาพ (Bioaccumulation), ทำร้ายสปีชีส์อื่น ๆ และทิ้งสารตกค้าง; การควบคุมทางชีวภาพ (การนำสัตว์นักล่าของศัตรูพืชเข้ามา) เป็นที่ยั่งยืนและมีประสิทธิภาพเฉพาะแต่ช้าและไม่ควบคุมได้หากสปีชีส์ที่ใช้ควบคุมแพร่กระจายเอง
จุลินทรีย์. ยีสต์ ทำการหมักน้ำตาล: ในสภาวะไร้ออกซิเจนจะผลิตคาร์บอนไดออกไซด์ (ซึ่งทำให้ขนมปังขึ้น) และเอทานอล; Lactobacillus เปลี่ยนน้ำตาลนมเป็นกรดแลคติก ทำให้โยเกิร์ตข้น เครื่องหมักอุตสาหกรรม รักษาสภาพที่เหมาะสมที่สุดสำหรับจุลินทรีย์: มาตรการปลอดเชื้อ (ไม่มีการปนเปื้อน), สารอาหาร, อุณหภูมิและ pH ที่เหมาะสมที่สุด, การให้ออกซิเจน (การจ่ายอากาศสำหรับการเพาะเลี้ยงแบบใช้ออกซิเจน) และ การกวนผสม (การคนเพื่อกระจายความร้อนและสารอาหารให้สม่ำเสมอ)
(B) การเลี้ยงปลา ให้โปรตีนอย่างมีประสิทธิภาพ: รักษาคุณภาพน้ำ ควบคุมการถูกกิน (ภายในสปีชีส์ — ระหว่างปลาด้วยกันเอง และระหว่างสปีชีส์), ควบคุมโรค กำจัดของเสีย ควบคุมคุณภาพและความถี่ของการป้อนอาหาร และคัดเลือกพันธุ์สายพันธุ์ที่เติบโตเร็ว
การเลือกพันธุ์อย่างมีเป้าหมาย
เลือกพ่อแม่ที่มีลักษณะที่ต้องการ → ผสมพันธุ์กัน → เลือกลูกที่ดีที่สุด → ทำซ้ำหลายรุ่น พัฒนาพืชที่มีผลผลิตสูง ทนโรค หรือทนทาน และสัตว์ที่มีเนื้อ นม หรือความเชื่องมากขึ้น แต่จะทำให้ฐานพันธุกรรมแคบลง เพิ่มความเสี่ยงต่อโรค และใช้เวลาหลายรุ่น
การดัดแปลงพันธุกรรม (วิศวกรรมพันธุกรรม)
เอนไซม์จำกัด (Restriction enzymes) ตัด DNA ที่ตำแหน่งเฉพาะ; ไลเกส (Ligase) เชื่อมต่อชิ้นส่วน DNA เข้าด้วยกัน พลาสมิด (Plasmid) (หรือไวรัส) ทำหน้าที่เป็น เวกเตอร์ (Vector): ยีนอินซูลินมนุษย์ถูกตัดออก, ใส่เข้าไปในพลาสมิดที่เปิดออก, และ DNA รวม (Recombinant DNA) ถูกดูดซึมโดยแบคทีเรีย, ซึ่งเพิ่มจำนวนในหม้อหมักเพื่อผลิต อินซูลินมนุษย์ พืช GM สามารถต้านทานศัตรูพืชหรือสารกำจัดวัชพืช หรือผลิตอาหารมากขึ้น สิ่งมีชีวิตที่ได้รับยีนจากสปีชีส์อื่นเรียกว่า ทรานส์เจนิก (Transgenic)
การสร้างคลอน (B)
การขยายพันธุ์จุลภาค (การเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อ): เอ็กซ์พลันต์ ขนาดเล็กถูกเพาะ ใน vitro บนสื่ออาหารที่มีฮอร์โมนการเจริญเติบโต ผลิตต้นกล้าที่เหมือนกันทางพันธุกรรม — ปริมาณเชิงพาณิชย์ของพืชที่มีลักษณะดี ปลอดโรค และเติบโตเร็ว การสร้างคลอนสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม: นิวเคลียสไดโพลอยด์จากเซลล์ผู้ใหญ่ ถูกใส่เข้าไปใน ไข่ที่ถอดนิวเคลียสแล้ว (นำนิวเคลียสของตัวเองออก); เซลล์แบ่งตัวเป็นเอ็มบริโอที่วางไว้ในแม่รับ — โดลลี่แกะ สัตว์ทรานส์เจนิกที่สร้างคลอนสามารถผลิตโปรตีนมนุษย์ในน้ำนมได้
ตรวจสอบความเข้าใจของคุณเอง
- อธิบายวิธีที่โรงเรือนช่วยเพิ่มผลผลิตพืชสองวิธี
- ระบุข้อดีหนึ่งข้อและข้อเสียหนึ่งข้อของการควบคุมทางชีวภาพ
- ทำไม Lactobacillus จึงทำให้นมข้น?
- จงระบุเงื่อนไขห้าประการที่เครื่องหมักรักษาไว้
- (B) ชื่อบริการควบคุมการถูกกินสองวิธีในการเลี้ยงปลา
- ระบุข้อเสียของการคัดเลือกพันธุ์สองประการ
- จงชื่อเอนไซม์ที่ตัด DNA และเอนไซม์ที่เชื่อมต่อกัน
- Vector คืออะไรในการดัดแปลงพันธุกรรม?
- อธิบายว่าทำไมแบคทีเรียที่มียีนอินซูลินมนุษย์ถึงทำยาที่มีประโยชน์
- (B) อธิบายขั้นตอนของการโคลนนิ่งสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม
คำตอบ: 1 ดักจับความร้อนใกล้ค่าที่เหมาะสมที่สุด; CO₂ แสง และน้ำ ถูกควบคุม (เลือกสองอย่าง); 2 ข้อดี — รักษาระบบได้ด้วยตนเอง ไม่มีเศษเหลือ; ข้อเสีย — ช้า และสปีชีส์ที่ควบคุมอาจแพร่กระจาย; 3 เปลี่ยนแลคโตสเป็นกรดแลคติก ซึ่งทำให้โปรตีนในน้ำนมแข็งตัว; 4 สภาวะไร้เชื้อ, สารอาหาร, อุณหภูมิและ pH ที่เหมาะสม, การเติมออกซิเจน, การกวนผสม; 5 (B) ใช้กรงตาข่ายกันผู้ล่าข้ามสปีชีส์; ลดความหนาแน่นของสัตว์เพื่อป้องกันภายในสปีชีส์เดียวกัน; 6 ทำให้ฐานพันธุกรรมแคบลง จึงติดโรคได้ง่าย; ต้องใช้เวลาหลายรุ่น
Answers continued: 7 Restriction enzymes cut; ligase joins; 8 a plasmid or virus carrying recombinant DNA into a cell; 9 they multiply fast in a fermenter, secreting human insulin — safe and producible at scale; 10 (B) Diploid nucleus from a mature cell → enucleated egg → divides into an embryo → implanted in a surrogate.