Čovječanstvo se već dugo bavi selekcijom biljaka i životinja koje odgovaraju potrebama stanovništva. Ovo znanje se kombinuje u nauku – selekciju. Genetika, pak, daje osnovu za pažljiviju selekciju i uzgoj novih sorti i rasa koje imaju posebne kvalitete. U članku ćemo razmotriti opis ove dvije nauke i karakteristike njihove primjene.
Šta je genetika?
Nauka o genima je disciplina koja proučava proces prenošenja nasljednih informacija i varijabilnost organizama kroz generacije. Genetika je teorijska osnova selekcije, čiji je koncept opisan u nastavku.
Zadaci nauke uključuju:
- Proučavanje mehanizma skladištenja i prenosa informacija od predaka do potomaka.
- Proučavanje implementacije takvih informacija u procesu individualnog razvoja organizma, uzimajući u obzir uticaj okoline.
- Proučavanje uzroka imehanizmi varijabilnosti živih organizama.
- Utvrđivanje odnosa između selekcije, varijabilnosti i nasljedstva kao faktora u razvoju organskog svijeta.
U rješavanju praktičnih problema uključena je i nauka, što pokazuje važnost genetike za uzgoj:
- Određivanje efikasnosti selekcije i izbor najprikladnijih vrsta hibridizacije.
- Kontrola razvoja naslednih faktora u cilju poboljšanja objekta radi dobijanja značajnijih kvaliteta.
- Dobijanje nasledno modifikovanih obrazaca veštačkim putem.
- Razvoj mjera usmjerenih na zaštitu okoliša, na primjer, od uticaja mutagena, štetočina.
- Borba protiv nasljednih patologija.
- Napredak na novim metodama uzgoja.
- Tražite druge metode genetskog inženjeringa.
Objekti nauke su: bakterije, virusi, ljudi, životinje, biljke i gljive.
Osnovni koncepti koji se koriste u nauci:
- Naslijeđe je svojstvo očuvanja i prenošenja genetskih informacija potomcima, svojstveno svim živim organizmima, koje se ne mogu oduzeti.
- Gen je dio molekule DNK koji je odgovoran za određeni kvalitet organizma.
- Varijabilitet je sposobnost živog organizma da stekne nove kvalitete i izgubi stare u procesu ontogeneze.
- Genotip - skup gena, nasljedna osnova organizma.
- Fenotip - skup kvaliteta koje organizam stiče u procesu individuerazvoj.
Faze razvoja genetike
Razvoj genetike i selekcije prošao je kroz nekoliko faza. Razmotrite periode formiranja nauke o genima:
- Do 20. veka istraživanja u oblasti genetike bila su apstraktna, nisu imala praktičnu osnovu, već su bila zasnovana na zapažanjima. Jedini napredni rad tog vremena bila je studija G. Mendela, objavljena u Zborniku radova Društva prirodnjaka. Ali ovo dostignuće nije postalo široko rasprostranjeno i nije se tvrdilo sve do 1900. godine, kada su tri naučnika otkrila sličnost svojih eksperimenata sa Mendelovim istraživanjem. Upravo se ova godina počela smatrati vremenom rođenja genetike.
- Približno 1900-1912. proučavani su zakoni nasljeđa, otkriveni tijekom hibridoloških eksperimenata koji su izvedeni na biljkama i životinjama. Godine 1906. engleski naučnik W. Watson predložio je uvođenje pojmova "gen" i "genetika". I nakon 3 godine, V. Johannsen, danski naučnik, predložio je uvođenje pojmova "fenotip" i "genotip".
- Približno 1912-1925, američki naučnik T. Morgan i njegovi učenici razvili su hromozomsku teoriju naslijeđa.
- Oko 1925-1940, prvi put su dobijeni obrasci mutacija. Ruski istraživači G. A. Nadson i G. S. Filippov otkrili su utjecaj gama zračenja na pojavu mutirajućih gena. S. S. Četverikov je doprinio razvoju nauke naglašavajući genetske i matematičke metode za proučavanje varijabilnosti organizama.
- Od sredine 20. veka do danas, genetske promene su proučavane na molekularnom nivou. Na krajuU 20. veku stvoren je DNK model, utvrđena je suština gena i dešifrovan genetski kod. 1969. godine prvi put je sintetiziran jednostavan gen, a kasnije je uveden u ćeliju i proučavana promjena u njegovom naslijeđu.
Metode genetičke nauke
Genetika, kao teorijska osnova uzgoja, koristi određene metode u svom istraživanju.
Ovo uključuje:
- Metoda hibridizacije. Zasniva se na ukrštanju vrsta sa čistom linijom, koje se razlikuju po jednoj (maksimalno nekoliko) karakteristika. Cilj je dobiti hibridne generacije, što nam omogućava da analiziramo prirodu nasljeđivanja osobina i očekujemo da dobijemo potomstvo sa potrebnim kvalitetima.
- Genealogijska metoda. Na osnovu analize porodičnog stabla, koja vam omogućava da pratite prenos genetskih informacija kroz generacije, prilagodljivost bolestima, kao i da okarakterišete vrednost pojedinca.
- Blizana metoda. Na osnovu poređenja monozigotnih individua, koristi se kada je potrebno utvrditi stepen uticaja paratipskih faktora uz ignorisanje razlika u genetici.
- Citogenetička metoda se zasniva na analizi jezgra i intracelularnih komponenti, upoređujući rezultate sa normom za sljedeće parametre: broj hromozoma, broj njihovih krakova i strukturne karakteristike.
- Metoda biohemije zasniva se na proučavanju funkcija i strukture određenih molekula. Na primjer, upotreba različitih enzima se koristi ubiotehnologija i genetski inženjering.
- Biofizička metoda zasniva se na proučavanju polimorfizma proteina plazme, kao što su mlijeko ili krv, što daje informacije o raznolikosti populacija.
- Monozomska metoda koristi hibridizaciju somatskih ćelija kao osnovu.
- Fenogenetska metoda se zasniva na proučavanju uticaja genetskih i paratipskih faktora na razvoj kvaliteta organizma.
- Populaciono-statistički metod se zasniva na primeni matematičke analize u biologiji, koja omogućava analizu kvantitativnih karakteristika: izračunavanje prosečnih vrednosti, indikatora varijabilnosti, statističkih grešaka, korelacije i dr. Upotreba Hardy-Weinbergovog zakona pomaže u analizi genetske strukture populacije, nivoa distribucije anomalija, kao i u praćenju varijabilnosti populacije pri primjeni različitih opcija selekcije.
Šta je selekcija?
Uzgoj je nauka koja proučava metode stvaranja novih sorti i hibrida biljaka, kao i rasa životinja. Teorijska osnova uzgoja je genetika.
Svrha nauke je da unapredi kvalitete organizma ili da u njemu dobije svojstva neophodna za osobu uticajem na nasledstvo. Selekcija ne može stvoriti nove vrste organizama. Selekcija se može smatrati jednim od oblika evolucije u kojoj je prisutna umjetna selekcija. Zahvaljujući njoj, čovečanstvo je obezbeđeno hranom.
Glavni zadaci nauke:
- kvalitativno poboljšanje karakteristika tijela;
- povećanje produktivnosti i prinosa;
- povećavanje otpornosti organizama na bolesti, štetočine, promjene klimatskih uslova.
Posebnost je složenost nauke. Usko je povezan sa anatomijom, fiziologijom, morfologijom, taksonomijom, ekologijom, imunologijom, biohemijom, fitopatologijom, biljnom proizvodnjom, stočarstvom i mnogim drugim naukama. Znanje o oplodnji, oprašivanju, histologiji, embriologiji i molekularnoj biologiji je značajno.
Postignuća modernog uzgoja omogućavaju vam da kontrolišete naslijeđe i varijabilnost živih organizama. Važnost genetike za uzgoj i medicinu ogleda se u svrsishodnoj kontroli sukcesije kvaliteta i mogućnosti dobijanja hibrida biljaka i životinja za zadovoljavanje ljudskih potreba.
Faze razvoja selekcije
Čovjek se od davnina bavi uzgojem i selekcijom biljaka i životinja za poljoprivredne svrhe. Ali takav rad je bio zasnovan na posmatranju i intuiciji. Razvoj uzgoja i genetike odvijali su se gotovo istovremeno. Razmotrite faze razvoja selekcije:
- Tokom razvoja ratarstva i stočarstva, selekcija je počela da bude masovna, a formiranje kapitalizma dovelo je do selektivnog rada na industrijskom nivou.
- Krajem 19. veka, nemački naučnik F. Achard je sproveo istraživanje i usadio šećernoj repi kvalitet povećanja prinosa. Engleski uzgajivači P. Shiref i F. Gallet proučavali su sorte pšenice. U Rusiji je stvoreno poltavsko eksperimentalno polje, gde jeproučavanja sortnog sastava pšenice.
- Uzgoj kao nauka počeo je da se razvija od 1903. godine, kada je organizovana uzgojna stanica u Moskovskom poljoprivrednom institutu.
- Sredinom 20. veka došlo je do sledećih otkrića: zakona nasledne varijabilnosti, teorije centara porekla biljaka u kulturne svrhe, ekoloških i geografskih principa selekcije, saznanja o izvornom materijalu biljke i njihov imunitet. Svesavezni institut za primijenjenu botaniku i nove kulture stvoren je pod vodstvom N. I. Vavilova.
- Istraživanja od kraja 20. veka do danas su kompleksna, selekcija je usko povezana sa drugim naukama, posebno sa genetikom. Stvoreni su hibridi visoke agroekološke adaptacije. Trenutna istraživanja se fokusiraju na to da hibridi budu visoko produktivni i da izdrže biotičke i abiotičke stresore.
Metodi odabira
Genetika razmatra obrasce prenošenja nasljednih informacija i načine kontrole takvog procesa. Uzgoj koristi znanje stečeno iz genetike i koristi druge metode za procjenu organizama.
Glavni su:
- Metoda odabira. Selekcija koristi prirodnu i umjetnu (nesvjesnu ili metodičku) selekciju. Može se odabrati i određeni organizam (individualna selekcija) ili njihova grupa (masovna selekcija). Definicija vrste selekcije zasniva se na karakteristikama reprodukcije životinja i biljaka.
- Hibridizacija vam omogućava da dobijete nove genotipove. U metodi se razlikuju intraspecifična (ukrštanje se dešava unutar jedne vrste) i interspecifična hibridizacija (ukrštanje različitih vrsta). Provođenje inbreedinga omogućava vam da popravite nasljedna svojstva uz istovremeno smanjenje vitalnosti organizma. Ako se izvanbreding provodi u drugoj ili sljedećim generacijama, tada uzgajivač dobiva visokoprinosne i otporne hibride. Utvrđeno je da je kod udaljenog ukrštanja potomstvo sterilno. Ovdje se značaj genetike za uzgoj izražava u mogućnosti proučavanja gena i uticaja na plodnost organizama.
- Poliploidija je proces povećanja hromozomskih skupova, koji omogućava postizanje plodnosti kod neplodnih hibrida. Primijećeno je da neke kultivirane biljke nakon poliploidije imaju veću plodnost od srodnih vrsta.
- Indukovana mutageneza je vještački izazvan proces mutacije organizma nakon tretmana mutagenom. Nakon završetka mutacije, uzgajivač dobija informaciju o uticaju faktora na organizam i sticanju novih kvaliteta od njega.
- Ćelijski inženjering je dizajniran da konstruiše novu vrstu ćelije kroz kultivaciju, rekonstrukciju i hibridizaciju.
- Gensko inženjerstvo vam omogućava da izolujete i proučavate gene, manipulišete njima kako biste poboljšali kvalitete organizama i uzgajali nove vrste.
Biljke
U procesu proučavanja rasta, razvoja i selekcije korisnih svojstava biljaka, genetika i selekcija su usko povezani. Bavi se genetika u oblasti analize biljnog životapitanja proučavanja karakteristika njihovog razvoja i gena koji osiguravaju normalno formiranje i funkcioniranje tijela.
Nauka proučava sljedeća područja:
- Razvoj jednog specifičnog organizma.
- Kontrola signalnih sistema postrojenja.
- Izraz gena.
- Mehanizmi interakcije između biljnih ćelija i tkiva.
Oplemenjivanje, zauzvrat, osigurava stvaranje novih ili poboljšanje kvaliteta postojećih biljnih vrsta na osnovu znanja stečenog kroz genetiku. Nauku proučavaju i uspješno koriste ne samo farmeri i vrtlari, već i uzgajivači u istraživačkim organizacijama.
Upotreba genetike u oplemenjivanju i proizvodnji sjemena omogućava usađivanje novih kvaliteta u biljke koje mogu biti korisne u različitim područjima ljudskog života, kao što su medicina ili kuhanje. Takođe, poznavanje genetskih karakteristika omogućava dobijanje novih sorti useva koji mogu rasti u drugim klimatskim uslovima.
Zahvaljujući genetici, uzgoj koristi metodu ukrštanja i individualne selekcije. Razvoj nauke o genima omogućava primenu metoda kao što su poliploidija, heteroza, eksperimentalna mutageneza, hromozomski i genetski inženjering u oplemenjivanju.
Svijet životinja
Selekcija i genetika životinja su grane nauke koje proučavaju karakteristike razvoja predstavnika životinjskog svijeta. Zahvaljujući genetici, osoba stiče znanja o naslijeđu, genetskim karakteristikama i varijabilnostiorganizam. A odabir vam omogućava da odaberete za upotrebu samo one životinje čije su kvalitete neophodne za ljude.
Dugo su ljudi birali životinje koje su, na primjer, pogodnije za upotrebu u poljoprivredi ili lovu. Ekonomske osobine i eksterijer su od velikog značaja za uzgoj. Dakle, životinje na farmi se ocjenjuju po izgledu i kvaliteti njihovog potomstva.
Upotreba znanja o genetici u uzgoju omogućava vam da kontrolišete potomke životinja i njihove potrebne kvalitete:
- otpornost na viruse;
- povećanje prinosa mlijeka;
- pojedinačna veličina i građa;
- klimatska tolerancija;
- plodnost;
- spol potomstva;
- eliminacija nasljednih poremećaja kod potomaka.
Uzgoj životinja je postao široko rasprostranjen ne samo da bi se zadovoljile primarne ljudske potrebe za ishranom. Danas se mogu vidjeti mnoge rase domaćih životinja, umjetno uzgojene, kao i glodari i ribe, poput gupija. Oplemenjivanje i genetika u stočarstvu koriste sljedeće metode: hibridizacija, umjetna oplodnja, eksperimentalna mutageneza.
Odgajivači i genetičari se često suočavaju s problemom neoplemenjivanja vrsta među prvom generacijom hibrida i značajnog smanjenja plodnosti potomstva. Moderni naučnici aktivno rješavaju takva pitanja. Osnovni cilj naučnog rada je proučavanje obrazaca kompatibilnosti gameta, fetusa i majčinog tijela na genetskom nivou.
Mikroorganizmi
Savremeno poznavanje uzgoja igenetika omogućava zadovoljavanje ljudskih potreba za vrijednim prehrambenim proizvodima, koji se uglavnom dobivaju iz stočarstva. Ali pažnju naučnika privlače i drugi objekti prirode - mikroorganizmi. Nauka je dugo vjerovala da je DNK individualna karakteristika i da se ne može prenijeti na drugi organizam. Ali istraživanja su pokazala da se bakterijska DNK može uspješno uvesti u biljne hromozome. Kroz ovaj proces, kvalitete svojstvene bakteriji ili virusu ukorjenjuju se u drugom organizmu. Takođe, uticaj genetskih informacija virusa na ljudske ćelije je odavno poznat.
Proučavanje genetike i selekcija mikroorganizama obavljaju se za kraće vreme nego kod ratarske proizvodnje i stočarstva. To je zbog brze reprodukcije i promjene generacija mikroorganizama. Savremene metode uzgoja i genetike - korištenje mutagena i hibridizacija - omogućile su stvaranje mikroorganizama s novim svojstvima:
- Mutanti mikroorganizama su sposobni za prekomjernu sintezu aminokiselina i pojačano stvaranje vitamina i provitamina;
- mutanti bakterija koje fiksiraju dušik mogu značajno ubrzati rast biljaka;
- Odgajani su organizmi kvasca - jednoćelijske gljive i mnoge druge.
Odgajivači i genetičari koriste ove mutagene:
- ultraljubičasto;
- jonizujuće zračenje;
- ethyleneimine;
- nitrosometilurea;
- primjena nitrata;
- akridinske boje.
Za efikasnost mutacijekoriste se česti tretmani mikroorganizama malim dozama mutagena.
Medicina i biotehnologija
Uobičajeno u značenju genetike za uzgoj i medicinu je da u oba slučaja nauka omogućava proučavanje naslijeđa organizama, koji se manifestuje u njihovom imunitetu. Takvo znanje je važno u borbi protiv patogena.
Proučavanje genetike u oblasti medicine omogućava vam da:
- spriječiti rađanje djece s genetskim abnormalnostima;
- prevencija i liječenje nasljednih patologija;
- proučavajte uticaj okoline na nasljedstvo.
Za ovo se koriste sljedeće metode:
- genealoško - proučavanje porodičnog stabla;
- twin - odgovarajući par blizanaca;
- cytogenetic - proučavanje hromozoma;
- biohemijski - omogućava vam da identifikujete mutantne uličice u DNK;
- dermatoglif - analiza uzorka kože;
- modelstvo i ostalo.
Savremena istraživanja su identifikovala približno 2.000 nasljednih bolesti. Uglavnom mentalni poremećaji. Proučavanje genetike i selekcija mikroorganizama može smanjiti pojavu među populacijom.
Napredak u genetici i selekciji u biotehnologiji omogućavaju upotrebu bioloških sistema (prokariota, gljiva i algi) u nauci, industrijskoj proizvodnji, medicini i poljoprivredi. Poznavanje genetike pruža nove mogućnosti za razvoj ovakvih tehnologija: koje štede energiju i resurse, bez otpada, sa intenzivnim znanjem, sigurne. U biotehnologijikoriste se sljedeće metode: selekcija ćelija i hromozoma, genetski inženjering.
Genetika i selekcija su nauke koje su neraskidivo povezane. Oplemenjivački rad u velikoj mjeri ovisi o genetskoj raznolikosti početnog broja organizama. Upravo te nauke daju znanja za razvoj poljoprivrede, medicine, industrije i drugih oblasti ljudskog života.
