Ludzkość od dawna zajmuje się doborem roślin i zwierząt odpowiednich do potrzeb ludności. Ta wiedza łączy się w naukę - selekcję. Genetyka z kolei daje podstawę do dokładniejszej selekcji i hodowli nowych odmian i ras o szczególnych właściwościach. W artykule rozważymy opis tych dwóch nauk oraz cechy ich zastosowania.
Co to jest genetyka?
Nauka o genach to dyscyplina zajmująca się badaniem procesu przekazywania informacji dziedzicznych oraz zmienności organizmów na przestrzeni pokoleń. Genetyka jest teoretyczną podstawą doboru, której pojęcie zostało opisane poniżej.
Do zadań nauki należą:
- Badanie mechanizmu przechowywania i przekazywania informacji od przodków do potomków.
- Badanie implementacji takich informacji w procesie indywidualnego rozwoju organizmu z uwzględnieniem wpływu środowiska.
- Badanie przyczyn imechanizmy zmienności organizmów żywych.
- Określenie związku między doborem, zmiennością i dziedzicznością jako czynnikami rozwoju świata organicznego.
Nauka angażuje się również w rozwiązywanie praktycznych problemów, co pokazuje znaczenie genetyki w hodowli:
- Określenie efektywności selekcji i wybór najbardziej odpowiednich typów hybrydyzacji.
- Kontrola rozwoju czynników dziedzicznych w celu ulepszenia obiektu w celu uzyskania bardziej znaczących właściwości.
- Uzyskiwanie dziedzicznie zmodyfikowanych form za pomocą sztucznych środków.
- Opracowanie środków mających na celu ochronę środowiska, np. przed wpływem mutagenów, szkodników.
- Walka z dziedzicznymi patologiami.
- Postępy w zakresie nowych metod hodowlanych.
- Poszukaj innych metod inżynierii genetycznej.
Przedmiotami nauki są: bakterie, wirusy, ludzie, zwierzęta, rośliny i grzyby.
Podstawowe pojęcia stosowane w nauce:
- Dziedziczność to właściwość zachowywania i przekazywania informacji genetycznej potomkom, nieodłączna dla wszystkich żywych organizmów, której nie można odebrać.
- Gen jest częścią cząsteczki DNA, która jest odpowiedzialna za określoną jakość organizmu.
- Zmienność to zdolność żywego organizmu do nabywania nowych jakości i utraty starych w procesie ontogenezy.
- Genotyp - zestaw genów, dziedziczna podstawa organizmu.
- Fenotyp - zestaw cech, które organizm nabywa w procesie indywidualizacjirozwój.
Etapy rozwoju genetyki
Rozwój genetyki i selekcji przeszedł kilka etapów. Rozważmy okresy formowania się nauki o genach:
- Do XX wieku badania w dziedzinie genetyki były abstrakcyjne, nie miały praktycznych podstaw, ale opierały się na obserwacjach. Jedyną zaawansowaną pracą z tego czasu była praca G. Mendla, opublikowana w Proceedings of the Society of Naturalists. Ale osiągnięcie nie stało się powszechne i nie zostało zgłoszone aż do 1900 roku, kiedy trzej naukowcy odkryli podobieństwo swoich eksperymentów do badań Mendla. To był ten rok, który zaczął być uważany za czas narodzin genetyki.
- W przybliżeniu w latach 1900-1912 badano prawa dziedziczności, które ujawniono podczas eksperymentów hybrydologicznych przeprowadzonych na roślinach i zwierzętach. W 1906 r. angielski naukowiec W. Watson zaproponował wprowadzenie pojęć „genu” i „genetyki”. A po 3 latach V. Johannsen, duński naukowiec, zaproponował wprowadzenie pojęć „fenotyp” i „genotyp”.
- W przybliżeniu w latach 1912-1925 amerykański naukowiec T. Morgan i jego uczniowie opracowali chromosomową teorię dziedziczności.
- Około 1925-1940 po raz pierwszy uzyskano wzory mutacji. Rosyjscy badacze G. A. Nadson i G. S. Filippov odkryli wpływ promieniowania gamma na pojawienie się mutujących genów. S. S. Chetverikov przyczynił się do rozwoju nauki, podkreślając genetyczne i matematyczne metody badania zmienności organizmów.
- Od połowy XX wieku do dnia dzisiejszego zmiany genetyczne badano na poziomie molekularnym. Na końcuW XX wieku stworzono model DNA, ustalono istotę genu i odszyfrowano kod genetyczny. W 1969 po raz pierwszy zsyntetyzowano prosty gen, który później został wprowadzony do komórki i zbadano zmianę jego dziedziczności.
Metody Nauk Genetycznych
Genetyka, jako teoretyczne podstawy hodowli, wykorzystuje w swoich badaniach określone metody.
Należą do nich:
- Metoda hybrydyzacji. Polega na krzyżowaniu gatunków o czystej linii, które różnią się jedną (maksymalnie kilkoma) cechami. Celem jest uzyskanie pokoleń mieszańcowych, co pozwala nam analizować charakter dziedziczenia cech i oczekiwać uzyskania potomstwa o niezbędnych cechach.
- Metoda genealogiczna. Na podstawie analizy drzewa genealogicznego, które pozwala prześledzić przekazywanie informacji genetycznej przez pokolenia, przystosowanie do chorób, a także scharakteryzować wartość jednostki.
- Metoda bliźniacza. Na podstawie porównania osobników monozygotycznych, stosowane, gdy konieczne jest ustalenie stopnia wpływu czynników paratypowych z pominięciem różnic genetycznych.
- Metoda cytogenetyczna opiera się na analizie jądra komórkowego i składników wewnątrzkomórkowych, porównując wyniki z normą dla następujących parametrów: liczba chromosomów, liczba ich ramion i cechy strukturalne.
- Metoda biochemiczna opiera się na badaniu funkcji i struktury niektórych cząsteczek. Na przykład stosowanie różnych enzymów jest stosowane wbiotechnologia i inżynieria genetyczna.
- Metoda biofizyczna opiera się na badaniu polimorfizmu białek osocza, takich jak mleko czy krew, które dostarczają informacji o różnorodności populacji.
- Metoda monosomów wykorzystuje hybrydyzację komórek somatycznych jako podstawę.
- Metoda fenogenetyczna opiera się na badaniu wpływu czynników genetycznych i paratypowych na rozwój cech organizmu.
- Metoda statystyczna populacji opiera się na zastosowaniu analizy matematycznej w biologii, która umożliwia analizę cech ilościowych: obliczanie wartości średnich, wskaźników zmienności, błędów statystycznych, korelacji i innych. Wykorzystanie prawa Hardy'ego-Weinberga pomaga w analizie struktury genetycznej populacji, poziomu rozmieszczenia anomalii, a także prześledzeniu zmienności populacji przy zastosowaniu różnych opcji selekcji.
Co to jest wybór?
Hodowla to nauka badająca metody tworzenia nowych odmian i mieszańców roślin oraz ras zwierząt. Teoretyczną podstawą hodowli jest genetyka.
Celem nauki jest poprawa właściwości organizmu lub uzyskanie w nim właściwości niezbędnych człowiekowi poprzez wpływ na dziedziczność. Selekcja nie może stworzyć nowych gatunków organizmów. Dobór można uznać za jedną z form ewolucji, w której występuje dobór sztuczny. Dzięki niej ludzkość otrzymuje pożywienie.
Główne zadania nauki:
- jakościowa poprawa właściwości ciała;
- wzrost produktywności i wydajności;
- zwiększenie odporności organizmów na choroby, szkodniki, zmiany warunków klimatycznych.
Osobliwością jest złożoność nauki. Jest ściśle związany z anatomią, fizjologią, morfologią, taksonomią, ekologią, immunologią, biochemią, fitopatologią, uprawą roślin, hodowlą zwierząt i wieloma innymi naukami. Znacząca jest wiedza z zakresu zapłodnienia, zapylania, histologii, embriologii i biologii molekularnej.
Osiągnięcia nowoczesnej hodowli pozwalają kontrolować dziedziczność i zmienność żywych organizmów. Znaczenie genetyki w hodowli i medycynie znajduje odzwierciedlenie w celowej kontroli sukcesji cech i możliwości uzyskania mieszańców roślin i zwierząt w celu zaspokojenia potrzeb człowieka.
Etapy rozwoju selekcji
Od czasów starożytnych człowiek hoduje i selekcjonuje rośliny i zwierzęta do celów rolniczych. Ale taka praca opierała się na obserwacji i intuicji. Rozwój hodowli i genetyki odbywał się niemal jednocześnie. Rozważ etapy rozwoju selekcji:
- W trakcie rozwoju hodowli roślin i zwierząt hodowlanych selekcja zaczęła być masowa, a powstanie kapitalizmu doprowadziło do selektywnej pracy na poziomie przemysłowym.
- Pod koniec XIX wieku niemiecki naukowiec F. Achard przeprowadził badania i zaszczepił burakom cukrowym jakość rosnących plonów. Angielscy hodowcy P. Shiref i F. Gallet badali odmiany pszenicy. W Rosji powstało Połtawskie Pole Doświadczalne, gdziebadania składu odmianowego pszenicy.
- Hodowla jako nauka zaczęła się rozwijać od 1903 roku, kiedy w Moskiewskim Instytucie Rolniczym zorganizowano stację hodowlaną.
- Do połowy XX wieku dokonano następujących odkryć: prawo zmienności dziedzicznej, teoria ośrodków pochodzenia roślin dla celów kulturowych, ekologiczne i geograficzne zasady doboru, wiedza o materiale źródłowym rośliny i ich odporność. Ogólnounijny Instytut Botaniki Stosowanej i Nowych Kultur został utworzony pod kierownictwem NI Wawiłowa.
- Badania od końca XX wieku do dnia dzisiejszego są złożone, selekcja ściśle współdziała z innymi naukami, zwłaszcza z genetyką. Powstały hybrydy o wysokiej adaptacji agroekologicznej. Obecne badania koncentrują się na doprowadzeniu hybryd do wysokiej produktywności i odporności na stresory biotyczne i abiotyczne.
Metody wyboru
Genetics rozważa wzorce przekazywania informacji dziedzicznych i sposoby kontrolowania takiego procesu. Hodowla wykorzystuje wiedzę uzyskaną z genetyki i wykorzystuje inne metody do oceny organizmów.
Główne z nich to:
- Metoda wyboru. Selekcja wykorzystuje dobór naturalny i sztuczny (nieświadomy lub metodyczny). Można również wyselekcjonować określony organizm (selekcja indywidualna) lub ich grupę (selekcja masowa). Definicja rodzaju selekcji opiera się na cechach reprodukcji zwierząt i roślin.
- Hybrydyzacja pozwala uzyskać nowe genotypy. W metodzie wyróżnia się hybrydyzację wewnątrzgatunkową (krzyżowanie w obrębie jednego gatunku) i międzygatunkową (krzyżowanie różnych gatunków). Przeprowadzenie chowu wsobnego pozwala na utrwalenie właściwości dziedzicznych przy jednoczesnym zmniejszeniu żywotności organizmu. Jeśli krzyżowanie krzyżowe jest przeprowadzane w drugim lub kolejnych pokoleniach, hodowca otrzymuje wysokowydajne i odporne mieszańce. Ustalono, że przy dalekim krzyżowaniu potomstwo jest bezpłodne. Tutaj znaczenie genetyki dla hodowli wyraża się w możliwości badania genów i wpływania na płodność organizmów.
- Poliploidia to proces powiększania zestawów chromosomów, który pozwala na osiągnięcie płodności u niepłodnych mieszańców. Zaobserwowano, że niektóre rośliny uprawne po poliploidii mają wyższą plenność niż gatunki pokrewne.
- Mutageneza indukowana to sztucznie wywołany proces mutacji organizmu po leczeniu mutagenem. Po zakończeniu mutacji hodowca otrzymuje informację o wpływie czynnika na organizm i nabywaniu przez niego nowych cech.
- Inżynieria komórkowa ma na celu skonstruowanie nowego typu komórki poprzez hodowlę, rekonstrukcję i hybrydyzację.
- Inżynieria genów pozwala izolować i badać geny, manipulować nimi w celu poprawy właściwości organizmów i wyhodowania nowych gatunków.
Rośliny
W procesie badania wzrostu, rozwoju i selekcji użytecznych właściwości roślin genetyka i selekcja są ze sobą ściśle powiązane. Zajmuje się genetyką w zakresie analizy życia roślinzagadnienia badania cech ich rozwoju oraz genów, które zapewniają prawidłowe tworzenie i funkcjonowanie organizmu.
Nauka bada następujące obszary:
- Rozwój jednego konkretnego organizmu.
- Sterowanie systemami sygnalizacji instalacji.
- Wyrażenie genu.
- Mechanizmy interakcji między komórkami roślinnymi a tkankami.
Hodowla z kolei zapewnia tworzenie nowych lub poprawę jakości istniejących gatunków roślin w oparciu o wiedzę zdobytą dzięki genetyce. Nauka jest badana i z powodzeniem wykorzystywana nie tylko przez rolników i ogrodników, ale także przez hodowców w organizacjach badawczych.
Wykorzystanie genetyki w hodowli i produkcji nasion umożliwia zaszczepienie roślinom nowych właściwości, które mogą być przydatne w różnych dziedzinach życia człowieka, takich jak medycyna czy kulinaria. Znajomość cech genetycznych umożliwia również uzyskanie nowych odmian roślin uprawnych, które mogą rosnąć w innych warunkach klimatycznych.
Dzięki genetyce hodowla wykorzystuje metodę krzyżowania i indywidualnej selekcji. Rozwój nauki o genach umożliwia zastosowanie w hodowli takich metod jak poliploidia, heteroza, mutageneza eksperymentalna, inżynieria chromosomalna i genetyczna.
Świat zwierząt
Dobór i genetyka zwierząt to dziedziny nauki, które badają cechy rozwoju przedstawicieli świata zwierząt. Dzięki genetyce człowiek zdobywa wiedzę na temat dziedziczności, cech genetycznych i zmiennościorganizm. A selekcja pozwala wybrać do użytku tylko te zwierzęta, których cechy są niezbędne dla ludzi.
Od dłuższego czasu ludzie wybierają zwierzęta, które na przykład bardziej nadają się do wykorzystania w rolnictwie lub łowiectwie. W hodowli duże znaczenie mają cechy ekonomiczne i eksterier. W ten sposób zwierzęta gospodarskie są oceniane na podstawie wyglądu i jakości ich potomstwa.
Wykorzystanie wiedzy z genetyki w hodowli pozwala kontrolować potomstwo zwierząt i ich niezbędne cechy:
- odporność na wirusy;
- wzrost wydajności mleka;
- indywidualny rozmiar i budowa ciała;
- tolerancja klimatyczna;
- płodność;
- płeć potomstwa;
- eliminacja chorób dziedzicznych u potomków.
Hodowla zwierząt stała się powszechna nie tylko w celu zaspokojenia podstawowych potrzeb żywieniowych człowieka. Dziś można zaobserwować wiele ras zwierząt domowych, sztucznie hodowanych, a także gryzonie i ryby, np. gupiki. Hodowla i genetyka w hodowli zwierząt wykorzystują następujące metody: hybrydyzacja, sztuczna inseminacja, eksperymentalna mutageneza.
Hodowcy i genetycy często borykają się z problemem braku rozmnażania gatunków wśród pierwszego pokolenia mieszańców i znacznego spadku płodności potomstwa. Współcześni naukowcy aktywnie rozwiązują takie pytania. Głównym celem pracy naukowej jest badanie wzorców zgodności gamet, płodu i ciała matki na poziomie genetycznym.
Mikroorganizmy
Nowoczesna wiedza o hodowli igenetyka umożliwia zaspokojenie potrzeb człowieka na wartościowe produkty spożywcze, które pozyskiwane są głównie z hodowli zwierząt. Ale uwagę naukowców przyciągają również inne obiekty natury - mikroorganizmy. Nauka od dawna uważa, że DNA jest cechą indywidualną i nie może być przeniesione do innego organizmu. Jednak badania wykazały, że bakteryjne DNA można z powodzeniem wprowadzić do chromosomów roślin. Dzięki temu procesowi cechy tkwiące w bakterii lub wirusie zakorzeniają się w innym organizmie. Od dawna znany jest również wpływ informacji genetycznej wirusów na komórki ludzkie.
Badania genetyki i selekcji mikroorganizmów są przeprowadzane w krótszym czasie niż w przypadku produkcji roślinnej i hodowli zwierząt. Wynika to z szybkiej reprodukcji i zmiany pokoleń mikroorganizmów. Nowoczesne metody hodowli i genetyki – zastosowanie mutagenów i hybrydyzacji – umożliwiły stworzenie mikroorganizmów o nowych właściwościach:
- Mutanty mikroorganizmów są zdolne do nadmiernej syntezy aminokwasów i zwiększonego tworzenia witamin i prowitamin;
- mutanty bakterii wiążących azot mogą znacznie przyspieszyć wzrost roślin;
- Wyhodowano organizmy drożdżowe - jednokomórkowe grzyby i wiele innych.
Hodowcy i genetycy używają tych mutagenów:
- ultrafiolet;
- promieniowanie jonizujące;
- etylenoimina;
- nitrozometylomocznik;
- zastosowanie azotanów;
- farby akrydynowe.
Dla wydajności mutacjistosuje się częste leczenie drobnoustroju małymi dawkami mutagenu.
Medycyna i biotechnologia
Wspólną cechą genetyki w hodowli i medycynie jest to, że w obu przypadkach nauka pozwala badać dziedziczność organizmów, przejawiającą się w ich odporności. Taka wiedza jest ważna w walce z patogenami.
Badanie genetyki w dziedzinie medycyny pozwala:
- zapobieganie narodzinom dzieci z nieprawidłowościami genetycznymi;
- zapobieganie i leczenie patologii dziedzicznych;
- badaj wpływ środowiska na dziedziczność.
Służą do tego następujące metody:
- genealogiczna - badanie drzewa genealogicznego;
- twin - pasująca para bliźniaków;
- cytogenetyczne - badanie chromosomów;
- biochemiczny - pozwala zidentyfikować zmutowane alejki w DNA;
- dermatoglyphic - analiza wzoru skóry;
- modelowanie i inne.
Współczesne badania pozwoliły zidentyfikować około 2000 chorób dziedzicznych. Głównie zaburzenia psychiczne. Badanie genetyki i selekcja mikroorganizmów może zmniejszyć zachorowalność wśród populacji.
Postępy w genetyce i selekcji w biotechnologii umożliwiają wykorzystanie systemów biologicznych (prokariontów, grzybów i alg) w nauce, produkcji przemysłowej, medycynie i rolnictwie. Znajomość genetyki stwarza nowe możliwości rozwoju takich technologii: energooszczędne i zasobooszczędne, bezodpadowe, wiedzochłonne, bezpieczne. W biotechnologiistosowane są następujące metody: selekcja komórek i chromosomów, inżynieria genetyczna.
Genetyka i selekcja to nauki, które są ze sobą nierozerwalnie związane. Praca hodowlana w dużej mierze zależy od różnorodności genetycznej początkowej liczby organizmów. To właśnie te nauki dostarczają wiedzy dla rozwoju rolnictwa, medycyny, przemysłu i innych dziedzin życia człowieka.
