Žmonija jau seniai užsiima augalų ir gyvūnų, tinkamų gyventojų poreikiams tenkinti, atranka. Šios žinios sujungiamos į mokslą – atranką. Genetika savo ruožtu suteikia pagrindą kruopštesniam naujų veislių ir veislių, turinčių ypatingų savybių, atrankai ir veisimui. Straipsnyje apžvelgsime šių dviejų mokslų aprašymą ir jų taikymo ypatybes.
Kas yra genetika?
Genų mokslas yra disciplina, tirianti paveldimos informacijos perdavimo procesą ir organizmų kintamumą iš kartos į kartą. Genetika yra teorinis atrankos pagrindas, kurio samprata aprašyta toliau.
Mokslo užduotys:
- Informacijos iš protėvių palikuonims saugojimo ir perdavimo mechanizmo tyrimas.
- Tokios informacijos įgyvendinimo individualaus organizmo vystymosi procese tyrimas, atsižvelgiant į aplinkos įtaką.
- Ištyrinėjame priežastis irgyvų organizmų kintamumo mechanizmai.
- Ryšio tarp atrankos, kintamumo ir paveldimumo, kaip organinio pasaulio vystymosi veiksnių, nustatymas.
Mokslas taip pat dalyvauja sprendžiant praktines problemas, o tai rodo genetikos svarbą veisimui:
- Atrankos efektyvumo nustatymas ir tinkamiausių hibridizacijos tipų parinkimas.
- Paveldimų veiksnių raidos kontrolė, siekiant tobulinti objektą, kad jis įgytų reikšmingesnių savybių.
- Paveldimai modifikuotų formų gavimas dirbtinėmis priemonėmis.
- Priemonių, skirtų apsaugoti aplinką, pavyzdžiui, nuo mutagenų, kenkėjų poveikio, kūrimas.
- Kova su paveldimomis patologijomis.
- Pažanga kuriant naujus veisimo metodus.
- Ieškokite kitų genų inžinerijos metodų.
Mokslo objektai yra: bakterijos, virusai, žmonės, gyvūnai, augalai ir grybai.
Pagrindinės moksle vartojamos sąvokos:
- Paveldimumas yra genetinės informacijos išsaugojimo ir perdavimo palikuonims savybė, būdinga visiems gyviems organizmams ir kurios negalima atimti.
- Genas yra DNR molekulės dalis, atsakinga už tam tikrą organizmo kokybę.
- Kintamumas – tai gyvo organizmo gebėjimas ontogenezės procese įgyti naujų savybių ir prarasti senąsias.
- Genotipas – genų rinkinys, paveldimas organizmo pagrindas.
- Fenotipas – savybių rinkinys, kurį organizmas įgyja individo proceseplėtra.
Genetikos raidos etapai
Genetikos ir atrankos raida perėjo kelis etapus. Apsvarstykite genų mokslo formavimosi laikotarpius:
- Iki XX amžiaus tyrimai genetikos srityje buvo abstraktūs, jie neturėjo jokio praktinio pagrindo, bet buvo pagrįsti stebėjimais. Vienintelis pažangus to meto darbas buvo G. Mendelio studija, paskelbta Gamtininkų draugijos darbuose. Tačiau laimėjimas nebuvo plačiai paplitęs ir buvo pareikštas tik 1900 m., Kai trys mokslininkai atrado savo eksperimentų panašumą su Mendelio tyrimais. Būtent šie metai buvo pradėti laikyti genetikos gimimo laiku.
- Maždaug 1900–1912 m. buvo tiriami paveldimumo dėsniai, atskleisti hibridologinių eksperimentų metu, kurie buvo atlikti su augalais ir gyvūnais. 1906 metais anglų mokslininkas W. Watsonas pasiūlė įvesti „geno“ir „genetikos“sąvokas. O po 3 metų danų mokslininkas V. Johannsenas pasiūlė įvesti „fenotipo“ir „genotipo“sąvokas.
- Maždaug 1912–1925 m. amerikiečių mokslininkas T. Morganas ir jo mokiniai sukūrė chromosomų paveldimumo teoriją.
- Apie 1925–1940 m. pirmą kartą buvo gauti mutacijų modeliai. Rusų tyrinėtojai G. A. Nadsonas ir G. S. Filippovas atrado gama spinduliuotės įtaką mutuojančių genų atsiradimui. S. S. Četverikovas prisidėjo prie mokslo plėtros, išryškindamas genetinius ir matematinius organizmų kintamumo tyrimo metodus.
- Nuo XX amžiaus vidurio iki šių dienų genetiniai pokyčiai buvo tiriami molekuliniu lygmeniu. Pabaigoje20 amžiuje buvo sukurtas DNR modelis, nustatyta geno esmė, iššifruotas genetinis kodas. 1969 m. pirmą kartą buvo susintetintas paprastas genas, vėliau jis buvo įvestas į ląstelę ir buvo tiriamas jo paveldimumo pokytis.
Genetikos mokslo metodai
Genetika, kaip teorinis veisimo pagrindas, savo tyrimuose taiko tam tikrus metodus.
Tai apima:
- Hibridizacijos metodas. Jis pagrįstas rūšių kirtimu gryna linija, kurios skiriasi viena (daugiausia keliomis) savybėmis. Tikslas yra gauti hibridines kartas, kurios leidžia analizuoti savybių paveldėjimo pobūdį ir tikėtis, kad sulauksime reikiamų savybių palikuonių.
- Genealogijos metodas. Remiantis šeimos medžio analize, kuri leidžia atsekti genetinės informacijos perdavimą per kartas, prisitaikymą prie ligų, taip pat apibūdinti individo vertę.
- Dvynių metodas. Remiantis monozigotinių individų palyginimu, naudojamas, kai reikia nustatyti paratipinių veiksnių įtakos laipsnį, neatsižvelgiant į genetikos skirtumus.
- Citogenetinis metodas pagrįstas branduolio ir tarpląstelinių komponentų analize, lyginant rezultatus su šių parametrų norma: chromosomų skaičius, jų rankų skaičius ir struktūriniai požymiai.
- Biochemijos metodas pagrįstas tam tikrų molekulių funkcijų ir struktūros tyrimu. Pavyzdžiui, naudojami įvairūs fermentaibiotechnologijos ir genų inžinerija.
- Biofizinis metodas pagrįstas plazmos b altymų, tokių kaip pienas ar kraujas, polimorfizmo tyrimu, kuris suteikia informacijos apie populiacijų įvairovę.
- Monosomų metodas kaip pagrindas naudoja somatinių ląstelių hibridizaciją.
- Fenogenetinis metodas pagrįstas genetinių ir paratipinių veiksnių įtakos organizmo savybių raidai tyrimu.
- Populiacinis-statistinis metodas pagrįstas matematinės analizės taikymu biologijoje, kuri leidžia analizuoti kiekybines charakteristikas: vidutinių dydžių, kintamumo rodiklių, statistinių paklaidų, koreliacijos ir kt. Hardy-Weinbergo dėsnio naudojimas padeda analizuoti populiacijos genetinę struktūrą, anomalijų pasiskirstymo lygį, taip pat atsekti populiacijos kintamumą taikant įvairius atrankos variantus.
Kas yra pasirinkimas?
Veisimas yra mokslas, tiriantis naujų augalų veislių ir hibridų, taip pat gyvūnų veislių kūrimo būdus. Teorinis veisimo pagrindas yra genetika.
Mokslo tikslas – pagerinti organizmo savybes arba gauti jame žmogui būtinų savybių, darant įtaką paveldimumui. Atranka negali sukurti naujų organizmų rūšių. Atranką galima laikyti viena iš evoliucijos formų, kurioje yra dirbtinė atranka. Jos dėka žmonija aprūpinta maistu.
Pagrindiniai mokslo uždaviniai:
- kokybinis organizmo savybių gerinimas;
- produktyvumo ir derliaus padidėjimas;
- organizmų atsparumo ligoms, kenkėjams, klimato sąlygų pokyčiams didinimas.
Ypatumas yra mokslo sudėtingumas. Ji glaudžiai susijusi su anatomija, fiziologija, morfologija, taksonomija, ekologija, imunologija, biochemija, fitopatologija, augalininkyste, gyvulininkyste ir daugeliu kitų mokslų. Apvaisinimo, apdulkinimo, histologijos, embriologijos ir molekulinės biologijos žinios yra svarbios.
Šiuolaikinio veisimo pasiekimai leidžia kontroliuoti gyvų organizmų paveldimumą ir kintamumą. Genetikos svarba veisimui ir medicinai atsispindi kryptingai kontroliuojant savybių paveldėjimą ir galimybes gauti augalų ir gyvūnų hibridus žmogaus poreikiams tenkinti.
Atrankos kūrimo etapai
Nuo seniausių laikų žmogus augino ir atrinko augalus ir gyvūnus žemės ūkio reikmėms. Tačiau toks darbas buvo pagrįstas stebėjimu ir intuicija. Veisimo ir genetikos raida vyko beveik vienu metu. Apsvarstykite atrankos kūrimo etapus:
- Plėtojant augalininkystę ir gyvulininkystę, selekcija pradėjo būti masinė, o formuojantis kapitalizmas paskatino atrankinį darbą pramonės lygmeniu.
- XIX amžiaus pabaigoje vokiečių mokslininkas F. Achardas atliko tyrimą ir įskiepijo cukriniams runkeliams didėjančio derliaus kokybę. Anglų selekcininkai P. Shirefas ir F. Gallet tyrinėjo kviečių veisles. Rusijoje buvo sukurtas Poltavos eksperimentinis laukas, kuriamekviečių veislės sudėties tyrimai.
- Veisla kaip mokslas pradėjo vystytis nuo 1903 m., kai Maskvos žemės ūkio institute buvo įkurta veisimo stotis.
- Iki XX amžiaus vidurio buvo padaryti šie atradimai: paveldimo kintamumo dėsnis, kultūros tikslams skirtų augalų kilmės centrų teorija, ekologiniai ir geografiniai atrankos principai, žinios apie žaliavinę medžiagą. augalai ir jų imunitetas. N. I. Vavilovo vadovaujamas buvo įkurtas Visasąjunginis Taikomosios botanikos ir naujųjų kultūrų institutas.
- Moksliniai tyrimai nuo XX amžiaus pabaigos iki šių dienų yra sudėtingi, atranka glaudžiai sąveikauja su kitais mokslais, ypač su genetika. Sukurti aukštos agroekologinės adaptacijos hibridai. Dabartiniai tyrimai skirti tam, kad hibridai būtų labai produktyvūs ir atlaikytų biotinius bei abiotinius stresorius.
Pasirinkimo metodai
Genetika nagrinėja paveldimos informacijos perdavimo būdus ir būdus, kaip valdyti tokį procesą. Veisimui naudojamos žinios, gautos iš genetikos, ir kiti metodai organizmams įvertinti.
Pagrindiniai yra:
- Pasirinkimo metodas. Atrankoje naudojama natūrali ir dirbtinė (nesąmoninga arba metodinė) atranka. Taip pat galima pasirinkti konkretų organizmą (individuali atranka) arba jų grupę (masinė atranka). Atrankos tipo apibrėžimas grindžiamas gyvūnų ir augalų dauginimosi ypatybėmis.
- Hibridizacija leidžia gauti naujų genotipų. Metodu išskiriama intraspecifinė (kryžminimasis vyksta vienos rūšies viduje) ir tarprūšinė hibridizacija (skirtingų rūšių kryžminimas). Vykdant giminingumą, galima fiksuoti paveldimas savybes, tuo pačiu sumažinant organizmo gyvybingumą. Jei veisimas atliekamas antroje ar vėlesnėse kartose, selekcininkas gauna derlingus ir atsparius hibridus. Nustatyta, kad toli kryžminant palikuonis yra sterilus. Čia genetikos reikšmė veisimui išreiškiama galimybe tirti genus ir daryti įtaką organizmų vaisingumui.
- Poliploidija – tai chromosomų rinkinių gausėjimo procesas, leidžiantis pasiekti nevaisingų hibridų vaisingumą. Pastebėta, kad kai kurie kultūriniai augalai po poliploidijos turi didesnį vaisingumą nei giminingos rūšys.
- Sukelta mutagenezė yra dirbtinai sukeltas organizmo mutacijos procesas po jo apdorojimo mutagenu. Pasibaigus mutacijai, selekcininkas gauna informaciją apie faktoriaus įtaką organizmui ir jo įgyjamas naujas savybes.
- Ląstelių inžinerija skirta sukurti naujo tipo ląsteles auginant, rekonstruojant ir hibridizuojant.
- Genų inžinerija leidžia išskirti ir tirti genus, jais manipuliuoti, siekiant pagerinti organizmų savybes ir veisti naujas rūšis.
Augalai
Tiriant augalų augimą, vystymąsi ir naudingųjų savybių selekciją genetika ir atranka yra glaudžiai tarpusavyje susiję. Genetika augalų gyvenimo analizės srityje yra susijusi sujų raidos ypatybių ir genų, užtikrinančių normalų organizmo formavimąsi ir funkcionavimą, tyrimo klausimai.
Mokslas studijuoja šias sritis:
- Vieno konkretaus organizmo vystymasis.
- Įrenginių signalizacijos sistemų valdymas.
- Geno išraiška.
- Augalų ląstelių ir audinių sąveikos mechanizmai.
Veisimas savo ruožtu užtikrina naujų kūrimą arba esamų augalų rūšių savybių gerinimą remiantis genetikos žiniomis. Mokslą tiria ir sėkmingai naudoja ne tik ūkininkai ir sodininkai, bet ir selekcininkai mokslinių tyrimų organizacijose.
Genetikos naudojimas veisimui ir sėklininkystei leidžia įskiepyti augalams naujų savybių, kurios gali būti naudingos įvairiose žmogaus gyvenimo srityse, pavyzdžiui, medicinoje ar kulinarijoje. Be to, žinios apie genetines savybes leidžia gauti naujų veislių pasėlių, kurie gali augti kitomis klimato sąlygomis.
Dėka genetikos, veisimui naudojamas kryžminimo ir individualios atrankos metodas. Genų mokslo plėtra leidžia veisime taikyti tokius metodus kaip poliploidija, heterozė, eksperimentinė mutagenezė, chromosomų ir genų inžinerija.
Gyvūnų pasaulis
Gyvūnų atranka ir genetika – mokslo šakos, tiriančios gyvūnų pasaulio atstovų raidos ypatumus. Genetikos dėka žmogus įgyja žinių apie paveldimumą, genetines savybes ir kintamumąorganizmas. O atranka leidžia pasirinkti naudoti tik tuos gyvūnus, kurių savybės būtinos žmogui.
Ilgą laiką žmonės renkasi gyvūnus, kurie, pavyzdžiui, labiau tinka naudoti žemės ūkyje ar medžioklėje. Veisimui didelę reikšmę turi ekonominės savybės ir eksterjeras. Taigi, ūkio gyvūnai vertinami pagal jų palikuonių išvaizdą ir kokybę.
Genetikos žinių panaudojimas veisime leidžia kontroliuoti gyvūnų palikuonis ir būtinas jų savybes:
- atsparumas virusams;
- primilžio padidėjimas;
- individualus dydis ir kūno sudėjimas;
- klimato tolerancija;
- vaisingumas;
- palikuonių lytis;
- paveldimų palikuonių sutrikimų pašalinimas.
Gyvūnų veisimas išplito ne tik siekiant patenkinti pirminius žmogaus mitybos poreikius. Šiandien galite stebėti daugybę dirbtinai išvestų naminių gyvūnų veislių, taip pat graužikų ir žuvų, tokių kaip gupijos. Veisimui ir genetikai gyvulininkystėje naudojami šie metodai: hibridizacija, dirbtinis apvaisinimas, eksperimentinė mutagenezė.
Veisėjai ir genetikai dažnai susiduria su pirmos kartos hibridų rūšių neveisimo problema ir reikšmingu palikuonių vaisingumo sumažėjimu. Šiuolaikiniai mokslininkai aktyviai sprendžia tokius klausimus. Pagrindinis mokslinio darbo tikslas – ištirti lytinių ląstelių, vaisiaus ir motinos kūno suderinamumo modelius genetiniu lygmeniu.
Mikroorganizmai
Šiuolaikinės žinios apie veisimą irgenetika leidžia patenkinti žmonių poreikius vertingiems maisto produktams, kurie daugiausia gaunami iš gyvulininkystės. Bet mokslininkų dėmesį patraukia ir kiti gamtos objektai – mikroorganizmai. Mokslas jau seniai tikėjo, kad DNR yra individuali savybė ir negali būti perduota kitam organizmui. Tačiau tyrimai parodė, kad bakterinė DNR gali būti sėkmingai įvesta į augalų chromosomas. Šio proceso metu bakterijai ar virusui būdingos savybės įsitvirtina kitame organizme. Be to, jau seniai žinoma virusų genetinės informacijos įtaka žmogaus ląstelėms.
Genetikos tyrimai ir mikroorganizmų atranka atliekami per trumpesnį laiką nei augalininkystėje ir gyvulininkystėje. Taip yra dėl greito mikroorganizmų dauginimosi ir kartų kaitos. Šiuolaikiniai veisimo ir genetikos metodai – mutagenų naudojimas ir hibridizacija – leido sukurti naujų savybių turinčius mikroorganizmus:
- Mikroorganizmų mutantai gali per daug sintetinti aminorūgštis ir padidinti vitaminų bei provitaminų susidarymą;
- azotą fiksuojančių bakterijų mutantai gali žymiai pagreitinti augalų augimą;
- Išveisti mielių organizmai – vienaląsčiai grybai ir daugelis kitų.
Veisėjai ir genetikai naudoja šiuos mutagenus:
- ultravioletinė;
- jonizuojanti spinduliuotė;
- etileniminas;
- nitrozometilkarbamidas;
- nitratų naudojimas;
- akridino dažai.
Už mutacijų efektyvumąnaudojamas dažnas mikroorganizmo gydymas mažomis mutageno dozėmis.
Medicina ir biotechnologijos
Bendra genetikos reikšmė veisimui ir medicinai yra ta, kad abiem atvejais mokslas leidžia ištirti organizmų paveldimumą, pasireiškiantį jų imunitetu. Tokios žinios yra svarbios kovojant su ligų sukėlėjais.
Genetikos studijos medicinos srityje leidžia:
- neleisti gimti vaikams su genetinėmis anomalijomis;
- užkirsti kelią ir gydyti paveldimas patologijas;
- tyrinėkite aplinkos įtaką paveldimumui.
Tam naudojami šie metodai:
- genealoginis – giminės medžio tyrimas;
- dvyniai – atitinkanti dvynių pora;
- citogenetinis – chromosomų tyrimas;
- biocheminis – leidžia identifikuoti mutantų alėjas DNR;
- dermatoglifinis – odos modelio analizė;
- modeliavimas ir kt.
Šiuolaikiniai tyrimai nustatė maždaug 2000 paveldimų ligų. Dažniausiai psichikos sutrikimai. Genetikos tyrimas ir mikroorganizmų atranka gali sumažinti paplitimą tarp gyventojų.
Genetikos pažanga ir atranka biotechnologijų srityje leidžia panaudoti biologines sistemas (prokariotus, grybus ir dumblius) moksle, pramoninėje gamyboje, medicinoje ir žemės ūkyje. Genetikos žinios suteikia naujų galimybių tokių technologijų plėtrai: energiją ir išteklius taupančios, be atliekų, imlios žinioms, saugios. Biotechnologijojenaudojami šie metodai: ląstelių ir chromosomų atranka, genų inžinerija.
Genetika ir atranka yra mokslai, kurie yra neatsiejamai susiję. Veisimo darbas labai priklauso nuo pradinio organizmų skaičiaus genetinės įvairovės. Būtent šie mokslai suteikia žinių žemės ūkio, medicinos, pramonės ir kitų žmogaus gyvenimo sričių plėtrai.
