Čovječanstvo se već dugo bavi selekcijom biljaka i životinja prikladnih za potrebe stanovništva. Ovo znanje spaja se u znanost – selekciju. Genetika pak daje osnovu za pažljiviji odabir i uzgoj novih sorti i pasmina koje imaju posebne kvalitete. U članku ćemo razmotriti opis ove dvije znanosti i značajke njihove primjene.
Što je genetika?
Znanost o genima je disciplina koja proučava proces prijenosa nasljednih informacija i varijabilnost organizama kroz generacije. Genetika je teorijska osnova selekcije, čiji je koncept opisan u nastavku.
Zadaci znanosti uključuju:
- Proučavanje mehanizma pohrane i prijenosa informacija od predaka do potomaka.
- Proučavanje implementacije takvih informacija u procesu individualnog razvoja organizma, uzimajući u obzir utjecaj okoline.
- Proučavanje uzroka imehanizmi varijabilnosti živih organizama.
- Određivanje odnosa između selekcije, varijabilnosti i nasljeđa kao čimbenika razvoja organskog svijeta.
U rješavanju praktičnih problema uključena je i znanost, što pokazuje važnost genetike za uzgoj:
- Određivanje učinkovitosti selekcije i odabir najprikladnijih vrsta hibridizacije.
- Kontrola razvoja nasljednih čimbenika u cilju poboljšanja objekta radi dobivanja značajnijih kvaliteta.
- Dobivanje nasljedno modificiranih obrazaca umjetnim putem.
- Razvoj mjera usmjerenih na zaštitu okoliša, na primjer, od utjecaja mutagena, štetnika.
- Borba protiv nasljednih patologija.
- Napredak u novim metodama uzgoja.
- Tražite druge metode genetskog inženjeringa.
Objekti znanosti su: bakterije, virusi, ljudi, životinje, biljke i gljive.
Osnovni koncepti koji se koriste u znanosti:
- Nasljednost 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 određenu kvalitetu organizma.
- Varijabilitet je sposobnost živog organizma da stječe nove kvalitete i gubi stare u procesu ontogeneze.
- Genotip - skup gena, nasljedna osnova organizma.
- Fenotip - skup kvaliteta koje organizam stječe u procesu individuerazvoj.
Fazije razvoja genetike
Razvoj genetike i selekcije prošao je kroz nekoliko faza. Razmotrimo razdoblja formiranja znanosti o genima:
- Do 20. stoljeća istraživanja u području genetike bila su apstraktna, nisu imala praktičnu osnovu, već su se temeljila na opažanjima. Jedino napredno djelo toga vremena bila je studija G. Mendela, objavljena u Zborniku Društva prirodoslovaca. No, postignuće nije postalo široko rasprostranjeno i nije ga se tvrdilo sve do 1900. godine, kada su trojica znanstvenika otkrila sličnost svojih eksperimenata s Mendelovim istraživanjem. Upravo se ova godina počela smatrati vremenom rođenja genetike.
- Približno 1900.-1912. proučavani su zakoni nasljeđa, otkriveni tijekom hibridoloških pokusa koji su provedeni na biljkama i životinjama. Godine 1906. engleski znanstvenik W. Watson predložio je uvođenje pojmova "gen" i "genetika". I nakon 3 godine, V. Johannsen, danski znanstvenik, predložio je uvođenje pojmova "fenotip" i "genotip".
- Približno 1912-1925, američki znanstvenik T. Morgan i njegovi studenti razvili su kromosomsku teoriju nasljeđa.
- Oko 1925-1940, prvi put su dobiveni obrasci mutacija. Ruski istraživači G. A. Nadson i G. S. Filippov otkrili su utjecaj gama zračenja na pojavu mutirajućih gena. S. S. Chetverikov pridonio je razvoju znanosti ističući genetske i matematičke metode za proučavanje varijabilnosti organizama.
- Od sredine 20. stoljeća do danas, genetske promjene proučavane su na molekularnoj razini. Na krajuU 20. stoljeću stvoren je DNK model, utvrđena je bit gena i dešifriran genetski kod. 1969. godine prvi je put sintetiziran jednostavan gen, a kasnije je uveden u stanicu i proučavana promjena u njegovom naslijeđu.
Metode genetske znanosti
Genetika, kao teorijska osnova uzgoja, koristi određene metode u svom istraživanju.
Ovo uključuje:
- Metoda hibridizacije. Temelji se na križanju vrsta s čistom linijom, koje se razlikuju po jednoj (najviše nekoliko) karakteristika. Cilj je dobiti hibridne generacije, što nam omogućuje da analiziramo prirodu nasljeđivanja osobina i očekujemo da dobijemo potomstvo s potrebnim kvalitetama.
- Genealogijska metoda. Na temelju analize obiteljskog stabla, koja vam omogućuje praćenje prijenosa genetskih informacija kroz generacije, prilagodljivost na bolesti, a također i karakteriziranje vrijednosti pojedinca.
- Blizana metoda. Na temelju usporedbe monozigotnih jedinki, koristi se kada je potrebno utvrditi stupanj utjecaja paratipskih čimbenika uz zanemarivanje razlika u genetici.
- Citogenetska metoda temelji se na analizi jezgre i intracelularnih komponenti, uspoređujući rezultate s normom za sljedeće parametre: broj kromosoma, broj njihovih krakova i strukturne značajke.
- Metoda biokemije temelji se na proučavanju funkcija i strukture određenih molekula. Na primjer, upotreba raznih enzima se koristi ubiotehnologija i genetski inženjering.
- Biofizička metoda temelji se na proučavanju polimorfizma proteina plazme, poput mlijeka ili krvi, što daje informacije o raznolikosti populacija.
- Monosomska metoda koristi hibridizaciju somatskih stanica kao osnovu.
- Fenogenetska metoda temelji se na proučavanju utjecaja genetskih i paratipskih čimbenika na razvoj kvaliteta organizma.
- Populaciono-statistička metoda temelji se na primjeni matematičke analize u biologiji koja omogućuje analizu kvantitativnih karakteristika: izračunavanje prosječnih vrijednosti, pokazatelja varijabilnosti, statističkih pogrešaka, korelacije i dr. Korištenje Hardy-Weinbergovog zakona pomaže u analizi genetske strukture populacije, razine distribucije anomalija, a također i u praćenju varijabilnosti populacije pri primjeni različitih opcija odabira.
Što je odabir?
Uzgoj je znanost koja proučava metode stvaranja novih sorti i hibrida biljaka, kao i pasmina životinja. Teorijska osnova uzgoja je genetika.
Svrha znanosti je poboljšati kvalitete organizma ili dobiti u njemu svojstva potrebna osobi utječući na nasljeđe. Selekcija ne može stvoriti nove vrste organizama. Selekcija se može smatrati jednim od oblika evolucije u kojoj je prisutna umjetna selekcija. Zahvaljujući njoj, čovječanstvo je opskrbljeno hranom.
Glavni zadaci znanosti:
- kvalitativno poboljšanje karakteristika tijela;
- povećanje produktivnosti i prinosa;
- povećavanje otpornosti organizama na bolesti, štetočine, promjene klimatskih uvjeta.
Posebnost je složenost znanosti. Usko je povezana s anatomijom, fiziologijom, morfologijom, taksonomijom, ekologijom, imunologijom, biokemijom, fitopatologijom, biljnom proizvodnjom, stočarstvom i mnogim drugim znanostima. Značajno je poznavanje oplodnje, oprašivanja, histologije, embriologije i molekularne biologije.
Postignuća modernog uzgoja omogućuju vam kontrolu naslijeđa i varijabilnosti živih organizama. Važnost genetike za uzgoj i medicinu ogleda se u namjernoj kontroli slijeda kvaliteta i mogućnosti dobivanja hibrida biljaka i životinja za zadovoljavanje ljudskih potreba.
Fazije razvoja selekcije
Čovjek se od davnina bavio uzgojem i selekcijom biljaka i životinja za poljoprivredne svrhe. Ali takav se rad temeljio na promatranju i intuiciji. Razvoj uzgoja i genetike odvijali su se gotovo istovremeno. Razmotrite faze razvoja selekcije:
- Tijekom razvoja ratarstva i stočarstva, selekcija je počela biti masovna, a formiranje kapitalizma dovelo je do selektivnog rada na industrijskoj razini.
- Krajem 19. stoljeća njemački znanstvenik F. Achard proveo je istraživanje i šećernoj repi usadio kvalitetu povećanja prinosa. Engleski uzgajivači P. Shiref i F. Gallet proučavali su sorte pšenice. U Rusiji je stvoreno pokusno polje Poltava, gdjeproučavanja sortnog sastava pšenice.
- Uzgoj kao znanost počeo se razvijati od 1903. godine, kada je organizirana uzgojna stanica u Moskovskom poljoprivrednom institutu.
- Sredinom 20. stoljeća došlo je do sljedećih otkrića: zakona o nasljednoj varijabilnosti, teorije središta nastanka biljaka u kulturne svrhe, ekoloških i geografskih principa selekcije, znanja 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. stoljeća do danas su složena, selekcija je usko povezana s drugim znanostima, posebice s genetikom. Stvoreni su hibridi visoke agroekološke adaptacije. Trenutna istraživanja usredotočuju se na to da hibridi budu visoko produktivni i da izdrže biotičke i abiotske stresore.
Načini odabira
Genetika razmatra obrasce prijenosa nasljednih informacija i načine kontrole takvog procesa. Uzgoj koristi znanje stečeno iz genetike i koristi druge metode za procjenu organizama.
Glavni su:
- Način odabira. Selekcija koristi prirodnu i umjetnu (nesvjesnu ili metodičku) selekciju. Može se odabrati i određeni organizam (individualna selekcija) ili njihova skupina (masovna selekcija). Definicija vrste selekcije temelji se na karakteristikama reprodukcije životinja i biljaka.
- Hibridizacija omogućuje dobivanje novih genotipova. U metodi se razlikuju intraspecifična (križanje se događa unutar jedne vrste) i interspecifična hibridizacija (križanje različitih vrsta). Provođenje inbreedinga omogućuje vam da popravite nasljedna svojstva uz istovremeno smanjenje održivosti organizma. Ako se izvanbrodsko razmnožavanje provodi u drugoj ili sljedećim generacijama, tada uzgajivač dobiva visokoprinosne i otporne hibride. Utvrđeno je da je kod udaljenog križanja potomstvo sterilno. Ovdje se značaj genetike za uzgoj izražava u mogućnosti proučavanja gena i utjecaja na plodnost organizama.
- Poliploidija je proces povećanja kromosomskih skupova, koji omogućuje postizanje plodnosti kod neplodnih hibrida. Primijećeno je da neke kultivirane biljke nakon poliploidije imaju veću plodnost od srodnih vrsta.
- Inducirana mutageneza je umjetno izazvan proces mutacije organizma nakon tretmana mutagenom. Nakon završetka mutacije, uzgajivač dobiva informaciju o utjecaju faktora na organizam i stjecanju novih kvaliteta njime.
- Stanični inženjering je dizajniran za izgradnju nove vrste stanica kroz uzgoj, rekonstrukciju i hibridizaciju.
- Gensko inženjerstvo omogućuje vam da izolirate i proučavate gene, manipulirate njima kako biste poboljšali kvalitete organizama i uzgajali nove vrste.
Biljke
U procesu proučavanja rasta, razvoja i odabira korisnih svojstava biljaka, genetika i selekcija su usko povezani. Bavi se genetika u području analize biljnog svijetapitanja proučavanja značajki njihovog razvoja i gena koji osiguravaju normalno formiranje i funkcioniranje tijela.
Znanost proučava sljedeća područja:
- Razvoj jednog specifičnog organizma.
- Upravljanje signalnim sustavima postrojenja.
- Izraz gena.
- Mehanizmi interakcije između biljnih stanica i tkiva.
Oplemenjivanje, pak, osigurava stvaranje novih ili poboljšanje kvaliteta postojećih biljnih vrsta na temelju znanja stečenog genetikom. Znanost proučavaju i uspješno koriste ne samo farmeri i vrtlari, već i uzgajivači u istraživačkim organizacijama.
Upotreba genetike u uzgoju i proizvodnji sjemena omogućuje usađivanje novih kvaliteta u biljke koje mogu biti korisne u različitim područjima ljudskog života, poput medicine ili kuhanja. Također, poznavanje genetskih karakteristika omogućuje dobivanje novih sorti usjeva koji mogu rasti u drugim klimatskim uvjetima.
Zahvaljujući genetici, uzgoj koristi metodu križanja i individualne selekcije. Razvoj znanosti o genima omogućuje primjenu metoda kao što su poliploidija, heteroza, eksperimentalna mutageneza, kromosomski i genetski inženjering u uzgoju.
Životinjski svijet
Selekcija i genetika životinja grane su znanosti koje proučavaju značajke razvoja predstavnika životinjskog svijeta. Zahvaljujući genetici, osoba stječe znanja o naslijeđu, genetskim karakteristikama i varijabilnostiorganizam. A odabir vam omogućuje da odaberete za upotrebu samo one životinje čije su kvalitete potrebne ljudima.
Dugo su ljudi birali životinje koje su, na primjer, prikladnije za korištenje u poljoprivredi ili lovu. Gospodarske osobine i eksterijer su od velike važnosti za uzgoj. Dakle, domaće životinje ocjenjuju se po izgledu i kvaliteti njihovog potomstva.
Upotreba znanja o genetici u uzgoju omogućuje vam kontrolu nad potomcima životinja i njihovim potrebnim kvalitetama:
- otpornost na viruse;
- povećanje prinosa mlijeka;
- pojedinačna veličina i građa;
- klimatska tolerancija;
- plodnost;
- spol potomstva;
- eliminacija nasljednih poremećaja u potomaka.
Uzgoj životinja postao je raširen ne samo da bi se zadovoljile primarne ljudske potrebe za prehranom. Danas se mogu promatrati mnoge pasmine domaćih životinja, umjetno uzgojene, kao i glodavci i ribe, poput gupija. U uzgoju i genetici u stočarstvu koriste se sljedeće metode: hibridizacija, umjetna oplodnja, eksperimentalna mutageneza.
Uzgajivači i genetičari često se suočavaju s problemom neoplodnje vrsta među prvom generacijom hibrida i značajnog smanjenja plodnosti potomstva. Moderni znanstvenici aktivno rješavaju takva pitanja. Glavni cilj znanstvenog rada je proučavanje obrazaca kompatibilnosti gameta, fetusa i majčinog tijela na genetskoj razini.
Mikroorganizmi
Moderno poznavanje uzgoja igenetika omogućuje zadovoljavanje ljudskih potreba za vrijednim prehrambenim proizvodima, koji se uglavnom dobivaju iz stočarstva. No pozornost znanstvenika privlače i drugi objekti prirode - mikroorganizmi. Znanost je dugo vjerovala da je DNK individualna značajka i da se ne može prenijeti na drugi organizam. No istraživanja su pokazala da se bakterijska DNK može uspješno uvesti u biljne kromosome. Kroz ovaj proces, kvalitete svojstvene bakteriji ili virusu ukorjenjuju se u drugom organizmu. Također, utjecaj genetske informacije virusa na ljudske stanice odavno je poznat.
Proučavanje genetike i selekcija mikroorganizama provode se u kraćem vremenu nego kod biljne proizvodnje i stočarstva. To je zbog brze reprodukcije i promjene generacija mikroorganizama. Moderne metode uzgoja i genetike - korištenje mutagena i hibridizacija - omogućile su stvaranje mikroorganizama s novim svojstvima:
- Mutanti mikroorganizama sposobni su za prekomjernu sintezu aminokiselina i pojačano stvaranje vitamina i provitamina;
- mutanti bakterija koje fiksiraju dušik mogu značajno ubrzati rast biljaka;
- Odgojeni su organizmi kvasca - jednostanične gljive i mnoge druge.
Uzgajivači i genetičari koriste ove mutagene:
- ultraljubičasto;
- ionizirajuće zračenje;
- etilenimin;
- nitrozometilurea;
- primjena nitrata;
- akridinske boje.
Za učinkovitost mutacijekoriste se česti tretmani mikroorganizma malim dozama mutagena.
Medicina i biotehnologija
Uobičajeno u značenju genetike za uzgoj i medicinu je da u oba slučaja znanost dopušta proučavanje nasljednosti organizama, koja se očituje u njihovom imunitetu. Takvo znanje važno je u borbi protiv patogena.
Proučavanje genetike u području medicine omogućuje vam:
- spriječiti rađanje djece s genetskim abnormalnostima;
- prevencija i liječenje nasljednih patologija;
- proučite utjecaj okoline na nasljedstvo.
Za to se koriste sljedeće metode:
- genealogički - proučavanje obiteljskog stabla;
- twin - odgovarajući par blizanaca;
- cytogenetic - proučavanje kromosoma;
- biokemijski - omogućuje vam prepoznavanje mutantskih uličica u DNK;
- dermatoglif - analiza uzorka kože;
- modelstvo i ostalo.
Moderna istraživanja identificirala su otprilike 2000 nasljednih bolesti. Uglavnom psihički poremećaji. Proučavanje genetike i selekcija mikroorganizama može smanjiti pojavu među populacijom.
Napredak u genetici i selekciji u biotehnologiji omogućuju korištenje bioloških sustava (prokariota, gljiva i algi) u znanosti, industrijskoj proizvodnji, medicini i poljoprivredi. Poznavanje genetike pruža nove mogućnosti za razvoj takvih tehnologija: koje štede energiju i resurse, bez otpada, puno znanja, sigurne. U biotehnologijikoriste se sljedeće metode: selekcija stanica i kromosoma, genetski inženjering.
Genetika i selekcija su znanosti koje su neraskidivo povezane. Oplemenjivački rad uvelike ovisi o genetskoj raznolikosti početnog broja organizama. Upravo te znanosti daju znanja za razvoj poljoprivrede, medicine, industrije i drugih područja ljudskog života.
