Ihmiskunta on jo pitkään valinnut väestön tarpeisiin sopivia kasveja ja eläimiä. Tämä tieto yhdistetään tieteeseen - valintaan. Genetiikka puolestaan antaa pohjan uusien lajikkeiden ja rotujen, joilla on erityisiä ominaisuuksia, huolellisempaa valintaa ja jalostusta. Artikkelissa tarkastellaan näiden kahden tieteen kuvausta ja niiden soveltamisen ominaisuuksia.
Mitä on genetiikka?
Geenitiede on tieteenala, joka tutkii perinnöllisen tiedon siirtymistä ja organismien vaihtelua sukupolvien välillä. Genetiikka on valinnan teoreettinen perusta, jonka käsite on kuvattu alla.
Tieteen tehtäviin kuuluu:
- Tutkimus mekanismista, joka koskee tiedon tallentamista ja välittämistä esi-isiltä jälkeläisille.
- Tutkimus tällaisten tietojen käyttöönotosta organismin yksilöllisen kehityksen prosessissa, ottaen huomioon ympäristön vaikutukset.
- Syiden tutkiminen jaelävien organismien vaihtelumekanismit.
- Valinnan, vaihtelevuuden ja perinnöllisyyden välisen suhteen määrittäminen luonnonmukaisen maailman kehityksen tekijöinä.
Tiede on mukana myös käytännön ongelmien ratkaisemisessa, mikä osoittaa genetiikan tärkeyden jalostukseen:
- Valinnan tehokkuuden määrittäminen ja sopivimpien hybridisaatiotyyppien valinta.
- Perinnöllisten tekijöiden kehityksen hallinta kohteen parantamiseksi niin, että se saa merkittävämpiä ominaisuuksia.
- Perinnöllisesti muunnettujen muotojen saaminen keinotekoisin keinoin.
- Toimenpiteiden kehittäminen, joilla pyritään suojelemaan ympäristöä esimerkiksi mutageenien, tuholaisten vaikutukselta.
- Taistele perinnöllisiä patologioita vastaan.
- Edistetään uusia jalostusmenetelmiä.
- Etsi muita geenitekniikan menetelmiä.
Tieteen kohteita ovat: bakteerit, virukset, ihmiset, eläimet, kasvit ja sienet.
Tieteessä käytetyt peruskäsitteet:
- Perinnöllisyys on ominaisuus säilyttää ja siirtää jälkeläisille geneettistä tietoa, joka on luontainen kaikille eläville organismeille ja jota ei voida viedä pois.
- Geeni on osa DNA-molekyyliä, joka on vastuussa tietystä organismin laadusta.
- Vaihtelevuus on elävän organismin kykyä hankkia uusia ominaisuuksia ja menettää vanhoja ontogeneesin prosessissa.
- Genotyyppi - joukko geenejä, organismin perinnöllinen perusta.
- Fenotyyppi - joukko ominaisuuksia, jotka organismi saa yksilön prosessissakehitystä.
Genetiikan kehitysvaiheet
Genetiikan ja valinnan kehitys on käynyt läpi useita vaiheita. Harkitse geenitieteen muodostumisjaksoja:
- 1900-luvulle asti genetiikan alan tutkimus oli abstraktia, sillä ei ollut käytännön pohjaa, vaan se perustui havaintoihin. Ainoa tuolloin edistynyt työ oli G. Mendelin tutkimus, joka julkaistiin Proceedings of the Society of Naturalists -lehdessä. Mutta saavutus ei tullut laajalle levinneeksi, ja se väitettiin vasta vuonna 1900, jolloin kolme tiedemiestä havaitsivat kokeidensa samank altaisuuden Mendelin tutkimuksen kanssa. Juuri tätä vuotta alettiin pitää genetiikan syntymäaikana.
- Noin vuosina 1900-1912 tutkittiin perinnöllisyyden lakeja, jotka paljastettiin kasveilla ja eläimillä suoritetuissa hybridologisissa kokeissa. Vuonna 1906 englantilainen tiedemies W. Watson ehdotti käsitteiden "geeni" ja "genetiikka" käyttöönottoa. Ja kolmen vuoden kuluttua tanskalainen tiedemies V. Johannsen ehdotti "fenotyypin" ja "genotyypin" käsitteiden käyttöönottoa.
- Noin vuosina 1912-1925 amerikkalainen tiedemies T. Morgan ja hänen oppilaansa kehittivät kromosomiteorian perinnöllisyydestä.
- Noin 1925-1940 mutaatiokuviot saatiin ensimmäisen kerran. Venäläiset tutkijat G. A. Nadson ja G. S. Filippov löysivät gammasäteilyn vaikutuksen mutatoituvien geenien esiintymiseen. S. S. Chetverikov vaikutti tieteen kehitykseen korostamalla geneettisiä ja matemaattisia menetelmiä organismien vaihtelevuuden tutkimiseksi.
- 1900-luvun puolivälistä nykypäivään geneettisiä muutoksia on tutkittu molekyylitasolla. Lopussa1900-luvulla luotiin DNA-malli, määritettiin geenin olemus ja selvitettiin geneettinen koodi. Vuonna 1969 syntetisoitiin ensimmäistä kertaa yksinkertainen geeni, ja myöhemmin se vietiin soluun ja sen perinnöllisyyden muutosta tutkittiin.
Geenitieteen menetelmät
Genetiikka jalostuksen teoreettisena perustana käyttää tiettyjä menetelmiä tutkimuksessaan.
Näitä ovat:
- Hybridisaatiomenetelmä. Se perustuu lajien risteyttämiseen puhtaalla linjalla, jotka eroavat yhden (enintään usean) ominaisuuden os alta. Tavoitteena on saada hybridisukupolvia, jolloin voimme analysoida ominaisuuksien periytymisen luonnetta ja odottaa saavamme jälkeläisiä, joilla on tarvittavat ominaisuudet.
- Sukututkimusmenetelmä. Perustuu sukupuun analyysiin, jonka avulla voit jäljittää geneettisen tiedon siirtymistä sukupolvien kautta, sopeutumiskykyä sairauksiin ja myös karakterisoida yksilön arvoa.
- Kaksoismenetelmä. Perustuu monotsygoottisten yksilöiden vertailuun, käytetään, kun on tarpeen määrittää paratyyppisten tekijöiden vaikutusaste jättäen huomioimatta geneettiset erot.
- Sytogeneettinen menetelmä perustuu ytimen ja solunsisäisten komponenttien analyysiin, jossa tuloksia verrataan seuraavien parametrien normiin: kromosomien lukumäärä, niiden käsivarsien lukumäärä ja rakenteelliset ominaisuudet.
- Biokemian menetelmä perustuu tiettyjen molekyylien toimintojen ja rakenteen tutkimukseen. Esimerkiksi erilaisten entsyymien käyttöä käytetäänbiotekniikka ja geenitekniikka.
- Biofysikaalinen menetelmä perustuu plasman proteiinien, kuten maidon tai veren, polymorfismin tutkimukseen, joka antaa tietoa populaatioiden monimuotoisuudesta.
- Monosomimenetelmässä käytetään somaattisten solujen hybridisaatiota perustana.
- Fenogeneettinen menetelmä perustuu geneettisten ja paratyyppisten tekijöiden vaikutuksen tutkimukseen organismin ominaisuuksien kehittymiseen.
- Populaatiotilastollinen menetelmä perustuu matemaattisen analyysin soveltamiseen biologiassa, joka mahdollistaa kvantitatiivisten ominaisuuksien analysoinnin: keskiarvojen laskeminen, vaihteluindikaattorit, tilastolliset virheet, korrelaatiot ja muut. Hardy-Weinbergin lain käyttö auttaa analysoimaan populaation geneettistä rakennetta, poikkeamien jakautumistasoa ja myös jäljittämään populaation vaihtelua eri valintavaihtoehtoja sovellettaessa.
Mitä valinta on?
Jalostus on tiede, joka tutkii menetelmiä uusien kasvilajikkeiden ja hybridien sekä eläinrotujen luomiseksi. Jalostuksen teoreettinen perusta on genetiikka.
Tieteen tarkoituksena on parantaa organismin ominaisuuksia tai saada siitä ihmiselle tarpeellisia ominaisuuksia perinnöllisyyteen vaikuttamalla. Valinta ei voi luoda uusia organismilajeja. Valikointia voidaan pitää yhtenä evoluution muodoista, jossa keinotekoinen valinta on läsnä. Hänen ansiostaan ihmiskunta saa ruokaa.
Tieteen päätehtävät:
- kehon ominaisuuksien laadullinen parantaminen;
- tuottavuuden ja tuoton kasvu;
- organismien vastustuskyvyn lisääminen sairauksia, tuholaisia, ilmasto-olosuhteiden muutoksia vastaan.
Erityistä on tieteen monimutkaisuus. Se liittyy läheisesti anatomiaan, fysiologiaan, morfologiaan, taksonomiaan, ekologiaan, immunologiaan, biokemiaan, fytopatologiaan, kasvintuotantoon, karjanhoitoon ja moniin muihin tieteisiin. Hedelmöityksen, pölytyksen, histologian, embryologian ja molekyylibiologian tuntemus on tärkeää.
Nykyajan jalostuksen saavutukset antavat sinun hallita elävien organismien perinnöllisyyttä ja vaihtelua. Genetiikan merkitys jalostuksessa ja lääketieteessä heijastuu ominaisuuksien peräkkäisyyden määrätietoiseen hallintaan ja mahdollisuuksiin saada kasvien ja eläinten hybridejä ihmisen tarpeisiin.
Valinnan kehittämisen vaiheet
Muinaisista ajoista lähtien ihminen on kasvattanut ja valinnut kasveja ja eläimiä maataloustarkoituksiin. Mutta tällainen työ perustui havainnointiin ja intuitioon. Jalostuksen ja genetiikan kehitys tapahtui lähes samanaikaisesti. Harkitse valinnan kehittämisen vaiheita:
- Kasvinviljelyn ja karjankasvatuksen kehityksen aikana valinta alkoi olla massiivista, ja kapitalismin muodostuminen johti valikoivaan työhön teollisella tasolla.
- 1800-luvun lopulla saksalainen tiedemies F. Achard suoritti tutkimuksen ja juurrutti sokerijuurikkaisiin kasvavien satojen laadun. Englantilaiset kasvattajat P. Shiref ja F. Gallet tutkivat vehnälajikkeita. Venäjällä perustettiin Poltavan koekenttä, jossavehnän lajikekoostumuksen tutkimukset.
- Jalostus tieteenä alkoi kehittyä vuodesta 1903, jolloin Moskovan maatalousinstituuttiin perustettiin jalostusasema.
- 1900-luvun puoliväliin mennessä tehtiin seuraavat löydöt: perinnöllisen vaihtelun laki, teoria kasvien alkuperäkeskuksista kulttuuritarkoituksiin, ekologiset ja maantieteelliset valintaperiaatteet, tieto lähdemateriaalista kasvit ja niiden vastustuskyky. Unionin sovelletun kasvitieteen ja uusien kulttuurien instituutti perustettiin N. I. Vavilovin johdolla.
- Tutkimus 1900-luvun lopusta nykypäivään on monimutkaista, valinta on tiiviissä vuorovaikutuksessa muiden tieteiden, erityisesti genetiikan, kanssa. Hybridejä, joilla on korkea agroekologinen sopeutuminen, on luotu. Nykyinen tutkimus keskittyy hybridien saamiseen erittäin tuottaviksi ja kestämään bioottisia ja abioottisia stressitekijöitä.
Valintatavat
Genetics tarkastelee perinnöllisen tiedon välittymismalleja ja tapoja hallita tällaista prosessia. Jalostuksessa käytetään genetiikasta saatua tietoa ja muita menetelmiä organismien arvioinnissa.
Tärkeimmät ovat:
- Valintatapa. Valinta käyttää luonnollista ja keinotekoista (tiedostamatonta tai menetelmällistä) valintaa. Myös tietty organismi (yksittäinen valinta) tai niiden ryhmä (massavalinta) voidaan valita. Valinnan tyypin määritelmä perustuu eläinten ja kasvien lisääntymisen ominaisuuksiin.
- Hybridisoinnin avulla voit saada uusia genotyyppejä. Menetelmässä erotetaan lajinsisäinen (risteytys tapahtuu yhden lajin sisällä) ja lajien välinen hybridisaatio (eri lajien risteytys). Sukusiitos mahdollistaa perinnöllisten ominaisuuksien korjaamisen samalla kun organismin elinkyky vähenee. Jos siitossiitos suoritetaan toisessa tai sitä seuraavissa sukupolvissa, kasvattaja saa korkeatuottoisia ja kestäviä hybridejä. On todettu, että jälkeläiset ovat steriilejä kaukaisessa risteyksessä. Tässä genetiikan merkitys jalostukselle ilmenee mahdollisuutena tutkia geenejä ja vaikuttaa organismien hedelmällisyyteen.
- Polyploidia on kromosomiryhmien lisääntymisprosessi, joka mahdollistaa hedelmällisyyden saavuttamisen hedelmättömissä hybrideissä. On havaittu, että joillakin polyploidian jälkeen viljellyillä kasveilla on korkeampi hedelmällisyys kuin niiden sukulaisilla.
- Indusoitu mutageneesi on keinotekoisesti aikaansaatu organismin mutaatioprosessi sen jälkeen, kun se on käsitelty mutageenilla. Mutaation päätyttyä kasvattaja saa tietoa tekijän vaikutuksesta elimistöön ja sen uusien ominaisuuksien hankkimisesta.
- Solutekniikka on suunniteltu uudentyyppisten solujen rakentamiseen viljelemällä, rekonstruoimalla ja hybridisoimalla.
- Geenitekniikan avulla voit eristää ja tutkia geenejä, manipuloida niitä organismien ominaisuuksien parantamiseksi ja uusien lajien kasvattamiseksi.
Kasvit
Kasvien kasvua, kehitystä ja hyödyllisten ominaisuuksien valintaa tutkittaessa genetiikka ja valinta liittyvät läheisesti toisiinsa. Genetiikka kasvien elämän analysoinnin alalla käsitteleekysymyksiä niiden kehityksen piirteiden ja kehon normaalin muodostumisen ja toiminnan varmistavien geenien tutkimisesta.
Tiede tutkii seuraavia alueita:
- Yhden tietyn organismin kehitys.
- Laitoksen merkinantojärjestelmien ohjaus.
- Geenilauseke.
- Kasvisolujen ja kudosten välisen vuorovaikutuksen mekanismit.
Jalostus puolestaan varmistaa genetiikan kautta hankitun tiedon pohj alta uuden luomisen tai olemassa olevien kasvilajien ominaisuuksien parantamisen. Tiedettä tutkivat ja käyttävät menestyksekkäästi paitsi maanviljelijät ja puutarhurit myös jalostajat tutkimusorganisaatioissa.
Genetiikan käyttö jalostuksessa ja siementen tuotannossa mahdollistaa uusien ominaisuuksien juurruttamisen kasveihin, joista voi olla hyötyä ihmiselämän eri alueilla, kuten lääketieteessä tai ruoanlaitossa. Myös geneettisten ominaisuuksien tuntemus mahdollistaa uusien viljelykasvien lajikkeiden, jotka voivat kasvaa muissa ilmasto-olosuhteissa.
Genetiikan ansiosta jalostuksessa käytetään risteytys- ja yksilövalintamenetelmää. Geenitieteen kehitys mahdollistaa muun muassa polyploidian, heteroosin, kokeellisen mutageneesin, kromosomi- ja geenitekniikan soveltamisen jalostuksessa.
Eläinten maailma
Eläinten valinta ja genetiikka ovat tieteenaloja, jotka tutkivat eläinmaailman edustajien kehityksen piirteitä. Genetiikan ansiosta ihminen saa tietoa perinnöllisyydestä, geneettisistä ominaisuuksista ja vaihtelevuudestaorganismi. Ja valinnan avulla voit valita käyttöön vain ne eläimet, joiden ominaisuudet ovat välttämättömiä ihmisille.
Ihmiset ovat jo pitkään valinneet eläimiä, jotka sopivat paremmin esimerkiksi maatalouteen tai metsästykseen. Taloudellisilla ominaisuuksilla ja ulkonäöllä on suuri merkitys jalostuksen kann alta. Näin ollen tuotantoeläimet arvioidaan niiden jälkeläisten ulkonäön ja laadun perusteella.
Genetiikan tiedon käyttö jalostuksessa mahdollistaa eläinten jälkeläisten ja niiden tarpeellisten ominaisuuksien hallinnan:
- virusresistenssi;
- maidotuotannon kasvu;
- yksilöllinen koko ja fysiikka;
- ilmaston sietokyky;
- hedelmällisyys;
- jälkeläisten sukupuoli;
- perinnöllisten häiriöiden poistaminen jälkeläisiltä.
Eläinten jalostus on yleistynyt paitsi ihmisten ensisijaisten ravitsemustarpeiden tyydyttämiseksi. Nykyään voit tarkkailla monia kotieläinrotuja, keinotekoisesti kasvatettuja, sekä jyrsijöitä ja kaloja, kuten guppeja. Jalostuksessa ja genetiikassa karjataloudessa käytetään seuraavia menetelmiä: hybridisaatio, keinosiemennys, kokeellinen mutageneesi.
Kasvattajat ja geneetikot kohtaavat usein ensimmäisen hybridisukupolven lajien lisääntymisen epäonnistumisen ja jälkeläisten hedelmällisyyden merkittävän vähenemisen. Nykyaikaiset tiedemiehet ratkaisevat aktiivisesti tällaisia kysymyksiä. Tieteellisen työn päätavoitteena on tutkia sukusolujen, sikiön ja äidin kehon yhteensopivuusmalleja geneettisellä tasolla.
Mikro-organismit
Moderni jalostuksen tuntemus jagenetiikka mahdollistaa ihmisten tarpeiden tyydyttämisen arvokkaille elintarvikkeille, joita saadaan pääasiassa karjanhoidosta. Mutta tutkijoiden huomion houkuttelevat myös muut luonnon kohteet - mikro-organismit. Tiede on pitkään uskonut, että DNA on yksilöllinen piirre eikä sitä voida siirtää toiseen organismiin. Mutta tutkimukset ovat osoittaneet, että bakteeri-DNA voidaan onnistuneesti viedä kasvien kromosomeihin. Tämän prosessin kautta bakteerille tai virukselle ominaiset ominaisuudet juurtuvat toiseen organismiin. Myös virusten geneettisen tiedon vaikutus ihmissoluihin on tiedetty jo pitkään.
Genetiikan tutkimus ja mikro-organismien valinta tehdään lyhyemmässä ajassa kuin kasvinviljelyssä ja karjanhoidossa. Tämä johtuu mikro-organismien nopeasta lisääntymisestä ja sukupolvien vaihdosta. Nykyaikaiset jalostus- ja genetiikkamenetelmät - mutageenien käyttö ja hybridisaatio - ovat mahdollistaneet uusien ominaisuuksien omaavien mikro-organismien luomisen:
- Mikro-organismien mutantit pystyvät ylisyntetisoimaan aminohappoja ja lisäämään vitamiinien ja provitamiinien muodostumista;
- typpeä sitovien bakteerien mutantit voivat nopeuttaa merkittävästi kasvien kasvua;
- Hiivaorganismeja on kasvatettu - yksisoluisia sieniä ja monia muita.
Kasvattajat ja geneetikot käyttävät näitä mutageeneja:
- ultravioletti;
- ionisoiva säteily;
- etyleeni-imiini;
- nitrosometyyliurea;
- nitraattien käyttö;
- akridiinimaalit.
Mutaatiotehokkuutta vartenmikro-organismia käsitellään usein pienillä mutageeniannoksilla.
Lääketiede ja biotekniikka
Yleistä genetiikan merkityksessä jalostukseen ja lääketieteeseen on se, että molemmissa tapauksissa tiede antaa mahdollisuuden tutkia organismien perinnöllisyyttä, joka ilmenee niiden immuniteetissa. Tällainen tieto on tärkeää taudinaiheuttajia vastaan.
Lääketieteen alan genetiikan tutkimuksen avulla voit:
- estää geneettisistä poikkeavuuksista kärsivien lasten syntymän;
- ehkäise ja hoitaa perinnöllisiä sairauksia;
- tutkii ympäristön vaikutusta perinnöllisyyteen.
Seuraavia menetelmiä käytetään tähän:
- sukututkimus - sukupuun tutkimus;
- kaksos - sopiva kaksospari;
- sytogeneettinen - kromosomien tutkimus;
- biokemiallinen - voit tunnistaa mutanttikujat DNA:sta;
- dermatoglyfi - ihokuvioanalyysi;
- mallinnus ja muut.
Nykyaikainen tutkimus on tunnistanut noin 2 000 perinnöllistä sairautta. Lähinnä mielenterveyshäiriöitä. Genetiikan tutkimus ja mikro-organismien valinta voivat vähentää ilmaantuvuutta väestön keskuudessa.
Genetiikan ja biotekniikan valinnan edistyminen mahdollistaa biologisten järjestelmien (prokaryootit, sienet ja levät) käytön tieteessä, teollisessa tuotannossa, lääketieteessä ja maataloudessa. Genetiikan tuntemus tarjoaa uusia mahdollisuuksia tällaisten teknologioiden kehittämiseen: energiaa ja resursseja säästävä, jätteetön, tietointensiivinen, turvallinen. Biotekniikassakäytetään seuraavia menetelmiä: solu- ja kromosomivalinta, geenitekniikka.
Genetiikka ja valinta ovat tieteitä, jotka liittyvät erottamattomasti toisiinsa. Jalostustyö riippuu suurelta osin organismien alkuperäisen määrän geneettisestä monimuotoisuudesta. Juuri nämä tieteet tarjoavat tietoa maatalouden, lääketieteen, teollisuuden ja muiden ihmiselämän alojen kehittämiseen.
