Човечеството отдавна се занимава със селекцията на растения и животни, подходящи да задоволят нуждите на населението. Това знание се обединява в наука – селекция. Генетиката от своя страна дава основата за по-внимателен подбор и отглеждане на нови сортове и породи, които притежават специални качества. В статията ще разгледаме описанието на тези две науки и особеностите на тяхното приложение.
Какво е генетиката?
Науката за гените е дисциплина, която изучава процеса на предаване на наследствена информация и променливостта на организмите през поколенията. Генетиката е теоретичната основа на подбора, чиято концепция е описана по-долу.
Задачите на науката включват:
- Изследване на механизма за съхранение и предаване на информация от предци към потомци.
- Изследването на прилагането на такава информация в процеса на индивидуалното развитие на организма, като се отчита влиянието на околната среда.
- Изучаване на причините имеханизми на изменчивост на живите организми.
- Определяне на връзката между селекцията, променливостта и наследствеността като фактори в развитието на органичния свят.
Науката също участва в решаването на практически проблеми, което показва значението на генетиката за развъждането:
- Определяне на ефективността на селекция и избор на най-подходящите видове хибридизация.
- Контрол на развитието на наследствените фактори с цел подобряване на обекта за получаване на по-значими качества.
- Получаване на наследствено модифицирани формуляри по изкуствен начин.
- Разработване на мерки, насочени към опазване на околната среда, например от влиянието на мутагени, вредители.
- Борба срещу наследствените патологии.
- Постигане на напредък в новите методи за отглеждане.
- Търсете други методи за генно инженерство.
Обектите на науката са: бактерии, вируси, хора, животни, растения и гъби.
Основни понятия, използвани в науката:
- Наследствеността е свойството да съхранява и предава генетична информация на потомци, присъща на всички живи организми, която не може да бъде отнета.
- Генът е част от ДНК молекула, която е отговорна за определено качество на организма.
- Променливостта е способността на живия организъм да придобива нови качества и да губи старите в процеса на онтогенезата.
- Генотип - набор от гени, наследствена основа на организма.
- Фенотип - набор от качества, които един организъм придобива в процеса на индивидуалноразвитие.
Етапи на развитие на генетиката
Развитието на генетиката и селекцията премина през няколко етапа. Помислете за периодите на формиране на науката за гените:
- До 20-ти век изследванията в областта на генетиката бяха абстрактни, те нямаха практическа основа, а се основаваха на наблюдения. Единствената напреднала работа от онова време е изследването на Г. Мендел, публикувано в Proceedings of the Society of Naturalists. Но постижението не стана широко разпространено и не беше заявено до 1900 г., когато тримата учени откриха приликата на техните експерименти с изследванията на Мендел. Именно тази година започна да се счита за времето на раждането на генетиката.
- Приблизително през 1900-1912 г. са изследвани законите на наследствеността, разкрити по време на хибридологични експерименти, проведени върху растения и животни. През 1906 г. английският учен У. Уотсън предлага въвеждането на понятията "ген" и "генетика". И след 3 години, В. Йохансен, датски учен, предлага да се въведат понятията "фенотип" и "генотип".
- Приблизително през 1912-1925 г. американският учен Т. Морган и неговите ученици разработват хромозомната теория за наследствеността.
- Около 1925-1940 г. за първи път са получени модели на мутации. Руските изследователи G. A. Nadson и G. S. Filippov откриват влиянието на гама-лъчението върху появата на мутиращи гени. С. С. Четвериков допринесе за развитието на науката, като изтъкна генетични и математически методи за изследване на променливостта на организмите.
- От средата на 20-ти век до наши дни генетичните промени са изследвани на молекулярно ниво. НакраяПрез 20-ти век е създаден ДНК модел, определена е същността на гена и е дешифриран генетичният код. През 1969 г. за първи път е синтезиран прост ген, който по-късно е въведен в клетка и е изследвана промяната в неговата наследственост.
Методи на генетичната наука
Генетиката, като теоретична основа на развъждането, използва определени методи в своето изследване.
Те включват:
- Метод на хибридизация. Тя се основава на кръстосване на видове с чиста линия, които се различават по една (максимум няколко) характеристики. Целта е да се получат хибридни поколения, което ни позволява да анализираме естеството на унаследяването на черти и да очакваме да получим потомство с необходимите качества.
- Генеалогичен метод. Въз основа на анализа на родословното дърво, което ви позволява да проследите трансфера на генетична информация през поколенията, адаптивността към болести, както и да характеризирате стойността на индивида.
- Метод близнак. Въз основа на сравнение на монозиготни индивиди, използвано, когато е необходимо да се установи степента на влияние на паратипните фактори, като се игнорират различията в генетиката.
- Цитогенетичният метод се основава на анализа на ядрото и вътреклетъчните компоненти, сравнявайки резултатите с нормата за следните параметри: брой хромозоми, брой на техните рамена и структурни особености.
- Методът на биохимията се основава на изследване на функциите и структурата на определени молекули. Например, използването на различни ензими се използва вбиотехнология и генно инженерство.
- Биофизичният метод се основава на изследването на полиморфизма на плазмените протеини, като мляко или кръв, което предоставя информация за разнообразието от популации.
- Монозомният метод използва хибридизация на соматичните клетки като основа.
- Феногенетичният метод се основава на изследване на влиянието на генетични и паратипични фактори върху развитието на качествата на организма.
- Популационно-статистическият метод се основава на прилагането на математически анализ в биологията, който позволява анализиране на количествени характеристики: изчисляване на средни стойности, показатели за променливост, статистически грешки, корелация и други. Използването на закона на Харди-Вайнберг помага при анализа на генетичната структура на популацията, нивото на разпространение на аномалиите, а също и за проследяване на променливостта на популацията при прилагане на различни опции за подбор.
Какво е селекция?
Развъждането е наука, която изучава методи за създаване на нови сортове и хибриди растения, както и породи животни. Теоретичната основа на развъждането е генетиката.
Целта на науката е да подобри качествата на един организъм или да получи в него свойствата, необходими на човек, чрез влияние върху наследствеността. Селекцията не може да създаде нови видове организми. Селекцията може да се счита за една от формите на еволюция, в която е налице изкуствен подбор. Благодарение на нея човечеството е осигурено с храна.
Основните задачи на науката:
- качествено подобряване на характеристиките на тялото;
- увеличаване на производителността и добива;
- повишаване устойчивостта на организмите към болести, вредители, промени в климатичните условия.
Особеността е сложността на науката. Тя е тясно свързана с анатомия, физиология, морфология, таксономия, екология, имунология, биохимия, фитопатология, растениевъдство, животновъдство и много други науки. Знанията за оплождане, опрашване, хистология, ембриология и молекулярна биология са важни.
Постиженията на съвременното развъждане ви позволяват да контролирате наследствеността и променливостта на живите организми. Значението на генетиката за развъждането и медицината се изразява в целенасочения контрол на последователността на качествата и възможностите за получаване на хибриди на растения и животни за задоволяване на човешките нужди.
Етапи на развитие на селекцията
От древни времена човекът отглежда и подбира растения и животни за селскостопански цели. Но такава работа се основаваше на наблюдение и интуиция. Развитието на развъждането и генетиката става почти едновременно. Помислете за етапите на развитие на селекцията:
- По време на развитието на растениевъдството и животновъдството селекцията започва да е масова, а формирането на капитализма доведе до селективна работа на индустриално ниво.
- В края на 19-ти век немският учен Ф. Ахард провежда изследване и внушава в захарното цвекло качеството на увеличаване на добивите. Английските селекционери П. Ширеф и Ф. Галет са изследвали сортовете пшеница. В Русия е създадено Полтавското експериментално поле, къдетоизследвания на сортовия състав на пшеницата.
- Развъждането като наука започва да се развива от 1903 г., когато в Московския селскостопански институт е организирана развъдна станция.
- До средата на 20-ти век бяха направени следните открития: законът за наследствената изменчивост, теорията за центровете на произход на растенията за културни цели, екологични и географски принципи на подбор, знания за изходния материал на растенията и техния имунитет. Създаден е Всесъюзният институт по приложна ботаника и нови култури под ръководството на Н. И. Вавилов.
- Изследванията от края на 20-ти век до наши дни са сложни, селекцията взаимодейства тясно с други науки, особено с генетиката. Създадени са хибриди с висока агроекологична адаптация. Текущите изследвания се фокусират върху това хибридите да бъдат високопродуктивни и да издържат на биотични и абиотични стресови фактори.
Методи за подбор
Генетиката разглежда моделите на предаване на наследствена информация и начините за контрол на такъв процес. Развъждането използва знания, придобити от генетиката и използва други методи за оценка на организмите.
Основните са:
- Метод за избор. Селекцията използва естествен и изкуствен (несъзнателен или методичен) подбор. Може да бъде избран и конкретен организъм (индивидуален подбор) или група от тях (масов подбор). Дефиницията на типа селекция се основава на характеристиките на размножаването на животни и растения.
- Хибридизацията ви позволява да получите нови генотипове. В метода се разграничават вътрешновидова (кръстосване се случва в рамките на един вид) и междувидова хибридизация (кръстосване на различни видове). Провеждането на инбридинг ви позволява да фиксирате наследствени свойства, като същевременно намалявате жизнеспособността на организма. Ако се извършва аутбридинг във второто или следващите поколения, тогава селекционерът получава високодобивни и устойчиви хибриди. Установено е, че при далечно кръстосване потомството е стерилно. Тук значението на генетиката за развъждането се изразява във възможността за изследване на гените и влияние върху плодовитостта на организмите.
- Полиплоидията е процес на увеличаване на хромозомните набори, което позволява да се постигне плодовитост при безплодни хибриди. Наблюдавано е, че някои култивирани растения след полиплоидия имат по-висока плодовитост от сродните им видове.
- Индуцираната мутагенеза е изкуствено предизвикан процес на мутация на организъм след третирането му с мутаген. След края на мутацията селекционерът получава информация за влиянието на фактора върху организма и придобиването на нови качества от него.
- Клетъчното инженерство е предназначено да конструира нов тип клетки чрез култивиране, реконструкция и хибридизация.
- Генното инженерство ви позволява да изолирате и изучавате гени, да ги манипулирате, за да подобрите качествата на организмите и да отглеждате нови видове.
Растения
В процеса на изучаване на растежа, развитието и подбора на полезни свойства на растенията, генетиката и селекцията са тясно свързани помежду си. Генетиката в областта на анализа на растителния живот се занимава свъпроси за изучаване на особеностите на тяхното развитие и гени, които осигуряват нормалното формиране и функциониране на тялото.
Науката изучава следните области:
- Развитието на един специфичен организъм.
- Контрол на растителните сигнални системи.
- Изразяване на ген.
- Механизми на взаимодействие между растителни клетки и тъкани.
Развъждането от своя страна гарантира създаването на нови или подобряването на качествата на съществуващите растителни видове въз основа на знанията, придобити чрез генетиката. Науката се изучава и използва успешно не само от фермери и градинари, но и от животновъди в изследователски организации.
Използването на генетиката в отглеждането и производството на семена дава възможност да се внушат нови качества в растенията, които могат да бъдат полезни в различни области на човешкия живот, като медицина или готвене. Също така познаването на генетичните характеристики дава възможност за получаване на нови сортове култури, които могат да растат при други климатични условия.
Благодарение на генетиката, развъждането използва метода на кръстосване и индивидуална селекция. Развитието на науката за гените прави възможно прилагането на такива методи като полиплоидия, хетероза, експериментална мутагенеза, хромозомно и генетично инженерство в развъждането.
Animal World
Селекция и генетиката на животните са клонове на науката, които изучават особеностите на развитието на представителите на животинския свят. Благодарение на генетиката човек придобива знания за наследствеността, генетичните характеристики и променливосттаорганизъм. И изборът ви позволява да изберете за използване само онези животни, чиито качества са необходими за хората.
От дълго време хората избират животни, които например са по-подходящи за използване в селското стопанство или лов. Икономическите характеристики и екстериорът са от голямо значение за развъждането. Така селскостопанските животни се оценяват по външния вид и качеството на тяхното потомство.
Използването на познания за генетиката в развъждането ви позволява да контролирате потомството на животните и необходимите им качества:
- вирусна устойчивост;
- увеличаване на млечния добив;
- индивидуален размер и физика;
- климатична толерантност;
- плодородие;
- пол на потомство;
- елиминиране на наследствените заболявания в потомците.
Развъждането на животни стана широко разпространено не само за задоволяване на основните човешки нужди от хранене. Днес можете да наблюдавате много породи домашни животни, изкуствено отгледани, както и гризачи и риби, като гупи. Развъждането и генетиката в животновъдството използват следните методи: хибридизация, изкуствено осеменяване, експериментална мутагенеза.
Развъдчиците и генетиците често се сблъскват с проблема с неразмножаването на видовете сред първото поколение хибриди и значително намаляване на плодовитостта на потомството. Съвременните учени активно решават подобни въпроси. Основната цел на научната работа е да се изследват моделите на съвместимост на гаметите, плода и тялото на майката на генетично ниво.
Микроорганизми
Модерни познания за развъждането игенетиката дава възможност да се задоволят потребностите на човека от ценни хранителни продукти, които се получават основно от животновъдството. Но вниманието на учените се привлича и от други обекти на природата - микроорганизми. Науката отдавна вярва, че ДНК е индивидуална особеност и не може да се пренесе в друг организъм. Но изследванията показват, че бактериалната ДНК може успешно да бъде въведена в растителните хромозоми. Чрез този процес качествата, присъщи на бактерия или вирус, се вкореняват в друг организъм. Също така влиянието на генетичната информация на вирусите върху човешките клетки е известно отдавна.
Изследването на генетиката и селекцията на микроорганизми се извършват за по-кратко време, отколкото при растениевъдството и животновъдството. Това се дължи на бързото размножаване и смяна на поколенията микроорганизми. Съвременните методи на отглеждане и генетика - използването на мутагени и хибридизация - направиха възможно създаването на микроорганизми с нови свойства:
- Мутантите на микроорганизмите са способни на свръхсинтез на аминокиселини и повишено образуване на витамини и провитамини;
- мутанти на азотфиксиращи бактерии могат значително да ускорят растежа на растенията;
- Разгледани са дрожди - едноклетъчни гъби и много други.
Развъдчиците и генетиците използват тези мутагени:
- ултравиолетов;
- йонизиращо лъчение;
- етиленимин;
- нитрозометилкарбамид;
- прилагане на нитрати;
- акридинови бои.
За ефективност на мутациитесе използват чести третирания на микроорганизма с малки дози от мутагена.
Медицина и биотехнология
Общо в смисъла на генетиката за развъждане и медицина е, че и в двата случая науката ви позволява да изследвате наследствеността на организмите, проявяваща се в техния имунитет. Такива познания са важни в борбата срещу патогените.
Изучаването на генетиката в областта на медицината ви позволява да:
- предотвратяване на раждането на деца с генетични аномалии;
- предотвратяване и лечение на наследствени патологии;
- изучавайте влиянието на околната среда върху наследствеността.
За това се използват следните методи:
- genealogical - изследване на родословното дърво;
- twin - съответстваща двойка близнаци;
- цитогенетично - изследване на хромозомите;
- biochemical - ви позволява да идентифицирате мутантни алеи в ДНК;
- дерматоглифичен - анализ на кожата;
- моделиране и други.
Съвременните изследвания са идентифицирали приблизително 2000 наследствени заболявания. Предимно психични разстройства. Изучаването на генетиката и подбора на микроорганизми могат да намалят заболеваемостта сред населението.
Напредъкът в генетиката и селекцията в биотехнологиите правят възможно използването на биологични системи (прокариоти, гъби и водорасли) в науката, промишленото производство, медицината и селското стопанство. Познанията по генетиката предоставят нови възможности за разработване на такива технологии: енерго- и ресурсоспестяващи, безотпадни, интензивни, безопасни. В биотехнологиитесе използват следните методи: клетъчна и хромозомна селекция, генно инженерство.
Генетиката и селекцията са науки, които са неразривно свързани. Развъдната работа до голяма степен зависи от генетичното разнообразие на първоначалния брой организми. Именно тези науки предоставят знания за развитието на селското стопанство, медицината, индустрията и други области на човешкия живот.
