Ľudstvo sa už dlho zaoberá výberom rastlín a živočíchov vhodných na uspokojenie potrieb obyvateľstva. Tieto poznatky sa spájajú do vedy – selekcie. Genetika zase dáva základ pre starostlivejší výber a šľachtenie nových odrôd a plemien, ktoré majú špeciálne vlastnosti. V článku zvážime popis týchto dvoch vied a vlastnosti ich aplikácie.
Čo je genetika?
Veda o génoch je disciplína, ktorá študuje proces prenosu dedičných informácií a variabilitu organizmov cez generácie. Genetika je teoretickým základom selekcie, ktorej koncept je opísaný nižšie.
Úlohy vedy zahŕňajú:
- Štúdia mechanizmu ukladania a prenosu informácií od predkov k potomkom.
- Štúdium implementácie takýchto informácií do procesu individuálneho vývoja organizmu s prihliadnutím na vplyv prostredia.
- Štúdium príčin amechanizmy premenlivosti živých organizmov.
- Určenie vzťahu medzi selekciou, variabilitou a dedičnosťou ako faktormi rozvoja organického sveta.
Veda sa podieľa aj na riešení praktických problémov, čo ukazuje dôležitosť genetiky pre šľachtenie:
- Určenie účinnosti selekcie a výber najvhodnejších typov hybridizácie.
- Kontrola vývoja dedičných faktorov s cieľom zlepšiť objekt na získanie výraznejších vlastností.
- Získanie dedične modifikovaných foriem umelými prostriedkami.
- Vývoj opatrení zameraných na ochranu životného prostredia, napríklad pred vplyvom mutagénov, škodcov.
- Boj proti dedičným patológiám.
- Pokrok v oblasti nových šľachtiteľských metód.
- Hľadajte ďalšie metódy genetického inžinierstva.
Objekty vedy sú: baktérie, vírusy, ľudia, zvieratá, rastliny a huby.
Základné pojmy používané vo vede:
- Dedičnosť je vlastnosť uchovávania a prenosu genetickej informácie na potomkov, ktorá je vlastná všetkým živým organizmom a ktorú nemožno odobrať.
- Gén je časť molekuly DNA, ktorá je zodpovedná za určitú kvalitu organizmu.
- Variabilita je schopnosť živého organizmu v procese ontogenézy nadobúdať nové kvality a strácať staré.
- Genotyp – súbor génov, dedičný základ organizmu.
- Fenotyp – súbor vlastností, ktoré organizmus získava v procese jedincarozvoj.
Etapy vývoja genetiky
Vývoj genetiky a selekcie prešiel niekoľkými fázami. Zvážte obdobia formovania vedy o génoch:
- Až do 20. storočia boli výskumy v oblasti genetiky abstraktné, nemali praktický základ, ale boli založené na pozorovaniach. Jedinou pokrokovou prácou tej doby bola štúdia G. Mendela, publikovaná v Zborníku Spoločnosti prírodovedcov. Úspech sa však nerozšíril a tvrdil až v roku 1900, keď traja vedci objavili podobnosť svojich experimentov s Mendelovým výskumom. Práve tento rok sa začal považovať za čas zrodu genetiky.
- Približne v rokoch 1900-1912 sa študovali zákony dedičnosti, ktoré boli odhalené počas hybridologických experimentov, ktoré sa robili na rastlinách a zvieratách. V roku 1906 anglický vedec W. Watson navrhol zavedenie pojmov „gén“a „genetika“. A po 3 rokoch V. Johannsen, dánsky vedec, navrhol zaviesť pojmy „fenotyp“a „genotyp“.
- Približne v rokoch 1912-1925 americký vedec T. Morgan a jeho študenti vyvinuli chromozómovú teóriu dedičnosti.
- Okolo roku 1925-1940 boli prvýkrát získané vzory mutácií. Ruskí vedci G. A. Nadson a G. S. Filippov objavili vplyv gama žiarenia na výskyt mutujúcich génov. S. S. Chetverikov prispel k rozvoju vedy zdôraznením genetických a matematických metód na štúdium variability organizmov.
- Od polovice 20. storočia až po súčasnosť sa genetické zmeny skúmali na molekulárnej úrovni. NakoniecV 20. storočí sa vytvoril model DNA, určila sa podstata génu a rozlúštil genetický kód. V roku 1969 bol prvýkrát syntetizovaný jednoduchý gén, neskôr bol vložený do bunky a skúmaná zmena jeho dedičnosti.
Metódy genetickej vedy
Genetika ako teoretický základ šľachtenia využíva pri svojom výskume určité metódy.
Sem patria:
- Metóda hybridizácie. Je založená na krížení druhov s čistou líniou, ktoré sa líšia jednou (maximálne viacerými) charakteristikami. Cieľom je získať hybridné generácie, čo nám umožňuje analyzovať povahu dedičnosti vlastností a očakávať získanie potomkov s potrebnými vlastnosťami.
- Genealogická metóda. Na základe analýzy rodokmeňa, ktorá umožňuje sledovať prenos genetickej informácie cez generácie, adaptabilitu na choroby a tiež charakterizovať hodnotu jednotlivca.
- Metóda dvojčiat. Na základe porovnania monozygotných jedincov, ktorý sa používa, keď je potrebné určiť mieru vplyvu paratypických faktorov, pričom sa ignorujú rozdiely v genetike.
- Cytogenetická metóda je založená na analýze jadra a intracelulárnych komponentov, pričom sa porovnávajú výsledky s normou pre nasledujúce parametre: počet chromozómov, počet ich ramien a štruktúrne znaky.
- Metóda biochémie je založená na štúdiu funkcií a štruktúry určitých molekúl. Využíva sa napríklad použitie rôznych enzýmov vbiotechnológia a genetické inžinierstvo.
- Biofyzikálna metóda je založená na štúdiu polymorfizmu plazmatických bielkovín, ako je mlieko alebo krv, čo poskytuje informácie o diverzite populácií.
- Monozómová metóda využíva ako základ hybridizáciu somatických buniek.
- Fenogenetická metóda je založená na štúdiu vplyvu genetických a paratypických faktorov na vývoj vlastností organizmu.
- Populačno-štatistická metóda je založená na aplikácii matematickej analýzy v biológii, ktorá umožňuje analyzovať kvantitatívne charakteristiky: výpočet priemerných hodnôt, ukazovatele variability, štatistické chyby, korelácie a iné. Využitie Hardyho-Weinbergovho zákona pomáha pri analýze genetickej štruktúry populácie, úrovni distribúcie anomálií a tiež pri sledovaní variability populácie pri aplikovaní rôznych možností výberu.
Čo je výber?
Šľachtenie je veda, ktorá študuje metódy vytvárania nových odrôd a hybridov rastlín, ako aj plemien zvierat. Teoretickým základom šľachtenia je genetika.
Účelom vedy je zlepšiť vlastnosti organizmu alebo získať v ňom vlastnosti potrebné pre človeka ovplyvňovaním dedičnosti. Selekcia nemôže vytvárať nové druhy organizmov. Selekciu možno považovať za jednu z foriem evolúcie, v ktorej je prítomný umelý výber. Vďaka nej má ľudstvo zabezpečené jedlo.
Hlavné úlohy vedy:
- kvalitatívne zlepšenie charakteristík tela;
- zvýšenie produktivity a výnosu;
- zvýšenie odolnosti organizmov voči chorobám, škodcom, zmenám klimatických podmienok.
Zvláštnosťou je zložitosť vedy. Úzko súvisí s anatómiou, fyziológiou, morfológiou, taxonómiou, ekológiou, imunológiou, biochémiou, fytopatológiou, rastlinnou výrobou, chovom zvierat a mnohými ďalšími vedami. Znalosti o oplodnení, opelení, histológii, embryológii a molekulárnej biológii sú dôležité.
Úspechy moderného šľachtenia vám umožňujú kontrolovať dedičnosť a variabilitu živých organizmov. Význam genetiky pre šľachtenie a medicínu sa odráža v cieľavedomej kontrole postupnosti vlastností a možnostiach získavania hybridov rastlín a živočíchov na uspokojenie ľudských potrieb.
Fázy vývoja výberu
Od pradávna človek šľachtil a selektoval rastliny a zvieratá na poľnohospodárske účely. Ale takáto práca bola založená na pozorovaní a intuícii. Vývoj šľachtenia a genetiky prebiehal takmer súčasne. Zvážte fázy vývoja výberu:
- Počas rozvoja šľachtenia plodín a dobytka sa selekcia začala masívne rozvíjať a formovanie kapitalizmu viedlo k selektívnej práci na priemyselnej úrovni.
- Koncom 19. storočia vykonal nemecký vedec F. Achard štúdiu a vštepil cukrovej repe kvalitu zvyšujúcej sa úrody. Anglickí chovatelia P. Shiref a F. Gallet študovali odrody pšenice. V Rusku bolo vytvorené experimentálne pole Poltava, kdeštúdie odrodového zloženia pšenice.
- Šľachtenie ako veda sa začala rozvíjať od roku 1903, kedy bola v Moskovskom poľnohospodárskom inštitúte zorganizovaná šľachtiteľská stanica.
- Do polovice 20. storočia došlo k týmto objavom: zákon dedičnej premenlivosti, teória centier pôvodu rastlín pre kultúrne účely, ekologické a geografické princípy selekcie, poznatky o zdrojovom materiáli rastliny a ich imunita. Celúniový inštitút aplikovanej botaniky a nových kultúr bol vytvorený pod vedením N. I. Vavilova.
- Výskum od konca 20. storočia až po súčasnosť je zložitý, selekcia úzko súvisí s inými vedami, najmä s genetikou. Vytvorili sa hybridy s vysokou agroekologickou adaptáciou. Súčasný výskum sa zameriava na to, aby hybridy boli vysoko produktívne a odolali biotickým a abiotickým stresorom.
Metódy výberu
Genetika zvažuje vzorce prenosu dedičných informácií a spôsoby riadenia takéhoto procesu. Šľachtenie využíva poznatky získané z genetiky a používa iné metódy na hodnotenie organizmov.
Hlavné sú:
- Metóda výberu. Selekcia využíva prirodzený a umelý (nevedomý alebo metodický) výber. Je možné vybrať aj konkrétny organizmus (individuálny výber) alebo ich skupinu (hromadný výber). Definícia typu selekcie vychádza z charakteristík rozmnožovania zvierat a rastlín.
- Hybridizácia vám umožňuje získať nové genotypy. V metóde sa rozlišuje vnútrodruhová (kríženie sa vyskytuje v rámci jedného druhu) a medzidruhová hybridizácia (kríženie rôznych druhov). Vykonávanie príbuzenského kríženia vám umožňuje opraviť dedičné vlastnosti a zároveň znížiť životaschopnosť organizmu. Ak sa outbreeding vykonáva v druhej alebo nasledujúcich generáciách, potom chovateľ dostane vysoko výnosné a odolné hybridy. Zistilo sa, že pri krížení na diaľku je potomstvo sterilné. Tu je význam genetiky pre šľachtenie vyjadrený v možnosti štúdia génov a ovplyvňovania plodnosti organizmov.
- Polyploidia je proces zväčšovania chromozómových sád, ktorý umožňuje dosiahnuť plodnosť u neplodných hybridov. Bolo pozorované, že niektoré kultúrne rastliny po polyploidii majú vyššiu úrodnosť ako ich príbuzné druhy.
- Indukovaná mutagenéza je umelo vyvolaný proces mutácie organizmu po jeho ošetrení mutagénom. Po skončení mutácie chovateľ dostáva informáciu o vplyve faktora na organizmus a o nadobudnutí ním nových vlastností.
- Bunkové inžinierstvo je navrhnuté tak, aby skonštruovalo nový typ bunky prostredníctvom kultivácie, rekonštrukcie a hybridizácie.
- Génové inžinierstvo vám umožňuje izolovať a študovať gény, manipulovať s nimi s cieľom zlepšiť vlastnosti organizmov a množiť nové druhy.
Rastliny
V procese štúdia rastu, vývoja a výberu úžitkových vlastností rastlín sú genetika a selekcia úzko prepojené. Genetika v oblasti analýzy života rastlín sa zaoberáotázky štúdia čŕt ich vývoja a génov, ktoré zabezpečujú normálnu formáciu a fungovanie tela.
Veda študuje tieto oblasti:
- Vývoj jedného špecifického organizmu.
- Riadenie signalizačných systémov závodu.
- Génový výraz.
- Mechanizmy interakcie medzi rastlinnými bunkami a tkanivami.
Šľachtenie zasa zabezpečuje vytváranie nových alebo zlepšovanie kvalít existujúcich druhov rastlín na základe poznatkov získaných genetikou. Vedu študujú a úspešne využívajú nielen farmári a záhradkári, ale aj chovatelia vo výskumných organizáciách.
Použitie genetiky pri šľachtení a produkcii semien umožňuje vštepovať rastlinám nové kvality, ktoré môžu byť užitočné v rôznych oblastiach ľudského života, ako je medicína alebo varenie. Znalosť genetických vlastností tiež umožňuje získať nové odrody plodín, ktoré môžu rásť v iných klimatických podmienkach.
Vďaka genetike sa v chove využíva metóda kríženia a individuálneho výberu. Rozvoj vedy o génoch umožňuje v šľachtení aplikovať také metódy ako polyploidia, heteróza, experimentálna mutagenéza, chromozomálne a genetické inžinierstvo.
Svet zvierat
Výber a genetika zvierat sú vedné odbory, ktoré študujú črty vývoja predstaviteľov živočíšneho sveta. Vďaka genetike človek získava poznatky o dedičnosti, genetických vlastnostiach a premenlivostiorganizmu. A výber vám umožňuje vybrať na použitie iba tie zvieratá, ktorých vlastnosti sú nevyhnutné pre ľudí.
Už dlho si ľudia vyberajú zvieratá, ktoré sú napríklad vhodnejšie na použitie v poľnohospodárstve alebo poľovníctve. Ekonomické vlastnosti a exteriér majú pre chov veľký význam. Hospodárske zvieratá sa teda posudzujú podľa vzhľadu a kvality ich potomstva.
Využitie znalostí genetiky v chove vám umožňuje kontrolovať potomstvo zvierat a ich potrebné vlastnosti:
- odolnosť voči vírusom;
- zvýšenie dojivosti;
- individuálna veľkosť a postava;
- klimatická tolerancia;
- fertility;
- pohlavie potomstva;
- eliminácia dedičných porúch u potomkov.
Chov zvierat sa rozšíril nielen preto, aby uspokojili primárne ľudské potreby výživy. Dnes môžete pozorovať mnohé domáce plemená zvierat, umelo chované, ako aj hlodavce a ryby, ako sú gupky. Šľachtenie a genetika v chove zvierat využívajú tieto metódy: hybridizácia, umelá inseminácia, experimentálna mutagenéza.
Chovatelia a genetici sa často stretávajú s problémom nešľachtenia druhov medzi prvou generáciou hybridov a výrazného poklesu plodnosti potomstva. Moderní vedci takéto otázky aktívne riešia. Hlavným cieľom vedeckej práce je študovať vzorce kompatibility gamét, plodu a tela matky na genetickej úrovni.
Mikroorganizmy
Moderné znalosti chovateľstva agenetika umožňuje uspokojiť ľudské potreby po hodnotných potravinových produktoch, ktoré sa získavajú najmä z chovu zvierat. Pozornosť vedcov však pútajú aj iné objekty prírody – mikroorganizmy. Veda dlho verila, že DNA je individuálna vlastnosť a nemožno ju preniesť do iného organizmu. Výskum však ukázal, že bakteriálnu DNA možno úspešne zaviesť do chromozómov rastlín. Prostredníctvom tohto procesu sa vlastnosti obsiahnuté v baktérii alebo víruse zakorenia v inom organizme. Dlho je známy aj vplyv genetickej informácie vírusov na ľudské bunky.
Štúdium genetiky a selekcia mikroorganizmov prebieha v kratšom čase ako pri rastlinnej výrobe a chove zvierat. Je to spôsobené rýchlym rozmnožovaním a výmenou generácií mikroorganizmov. Moderné metódy šľachtenia a genetiky - použitie mutagénov a hybridizácie - umožnili vytvoriť mikroorganizmy s novými vlastnosťami:
- Mutanty mikroorganizmov sú schopné nadmernej syntézy aminokyselín a zvýšenej tvorby vitamínov a provitamínov;
- mutanty baktérií viažucich dusík môžu výrazne urýchliť rast rastlín;
- Boli vyšľachtené kvasinkové organizmy – jednobunkové huby a mnohé ďalšie.
Chovatelia a genetici používajú tieto mutagény:
- ultrafialové;
- ionizujúce žiarenie;
- etylénimín;
- nitrózometylmočovina;
- aplikácia dusičnanov;
- akridínové farby.
Pre účinnosť mutáciípoužíva sa časté ošetrenie mikroorganizmu malými dávkami mutagénu.
Medicína a biotechnológia
Spoločné v zmysle genetiky pre šľachtenie a medicínu je, že v oboch prípadoch vám veda umožňuje študovať dedičnosť organizmov, ktorá sa prejavuje v ich imunite. Takéto znalosti sú dôležité v boji proti patogénom.
Štúdium genetiky v oblasti medicíny vám umožňuje:
- zabrániť narodeniu detí s genetickými abnormalitami;
- prevencia a liečba dedičných patológií;
- študujte vplyv prostredia na dedičnosť.
Na tento účel sa používajú nasledujúce metódy:
- genealogické - štúdium rodokmeňa;
- twin - zhodný pár dvojčiat;
- cytogenetic - štúdium chromozómov;
- biochemické - umožňuje identifikovať mutantné aleje v DNA;
- dermatoglyphic - analýza kožných vzorov;
- modeling a iné.
Moderný výskum identifikoval približne 2 000 dedičných chorôb. Väčšinou duševné poruchy. Štúdium genetiky a výber mikroorganizmov môže znížiť výskyt medzi populáciou.
Pokroky v genetike a selekcia v biotechnológiách umožňujú využívať biologické systémy (prokaryoty, huby a riasy) vo vede, priemyselnej výrobe, medicíne a poľnohospodárstve. Poznatky z genetiky poskytujú nové príležitosti pre rozvoj takýchto technológií: šetriace energiu a zdroje, bez odpadu, náročné na znalosti, bezpečné. V biotechnológiáchpoužívajú sa tieto metódy: výber buniek a chromozómov, genetické inžinierstvo.
Genetika a selekcia sú vedy, ktoré sú neoddeliteľne spojené. Šľachtiteľská práca do značnej miery závisí od genetickej diverzity počiatočného počtu organizmov. Práve tieto vedy poskytujú poznatky pre rozvoj poľnohospodárstva, medicíny, priemyslu a ďalších oblastí ľudského života.
