Augu, dzīvnieku un mikroorganismu selekcijas ģenētiskie pamati. Ģenētikas pamati

KAS IR ATLASE.

Vārds "atlase" nāk no latīņu valodas. "selectio", kas tulkojumā nozīmē "izvēle, atlase". Selekcija ir zinātne, kas izstrādā jaunus veidus un metodes augu šķirņu un to hibrīdu un dzīvnieku šķirņu iegūšanai. Šī ir arī lauksaimniecības nozare, kas nodarbojas ar jaunu šķirņu un šķirņu izstrādi ar cilvēkam nepieciešamām īpašībām: augsta ražība, noteiktas produkta īpašības, izturība pret slimībām, labi pielāgoti noteiktiem augšanas apstākļiem.

ĢENĒTIKA KĀ ATLASES TEORĒTISKAIS PAMATS.

Selekcijas teorētiskais pamats ir ģenētika - zinātne par organismu iedzimtības un mainīguma likumiem un to kontroles metodēm. Viņa pēta vecāku formu pazīmju un īpašību pārmantošanas modeļus, izstrādā iedzimtības pārvaldības metodes un paņēmienus. Tos pielietojot praksē, audzējot jaunas augu un dzīvnieku šķirņu šķirnes, cilvēks iegūst nepieciešamās organismu formas, kā arī kontrolē to individuālo attīstību un montoģenēzi. Mūsdienu ģenētikas pamatus lika čehu zinātnieks G. Mendels, kurš 1865. gadā organismu pazīmju un īpašību pārmantošanā iedibināja diskrētuma jeb pārtrauktības principu. Eksperimentos ar zirņiem pētnieks parādīja, ka vecāku augu īpašības krustošanas laikā netiek iznīcinātas vai sajauktas, bet tiek nodotas pēcnācējiem vai nu vienam no vecākiem raksturīgā formā, vai starpposma formā, kas atkal parādās nākamajās paaudzēs. noteiktās kvantitatīvās attiecībās. Viņa eksperimenti arī pierādīja, ka pastāv materiālie iedzimtības nesēji, kurus vēlāk sauca par gēniem. Katram organismam tie ir īpaši. Divdesmitā gadsimta sākumā amerikāņu biologs T. H. Morgans pamatoja hromosomu iedzimtības teoriju, saskaņā ar kuru iedzimtības īpašības nosaka hromosomas - visu ķermeņa šūnu kodola organellas. Zinātnieks pierādīja, ka gēni atrodas lineāri starp hromosomām un ka vienas hromosomas gēni ir saistīti viens ar otru. Iezīmi parasti nosaka hromosomu pāris. Kad veidojas dzimumšūnas, pārī savienotās hromosomas atdalās. To pilns komplekts tiek atjaunots apaugļotajā šūnā. Tādējādi jaunais organisms saņem hromosomas no abiem vecākiem, un līdz ar tiem pārmanto noteiktas īpašības. Divdesmitajos gados radās un sāka attīstīties mutāciju un populācijas ģenētika. Populāciju ģenētika ir ģenētikas nozare, kas pēta galvenos evolūcijas faktorus - iedzimtību, mainīgumu un atlasi - konkrētos populācijas vides apstākļos. Šī virziena dibinātājs bija padomju zinātnieks S. S. Četverikovs. Paralēli mutaģenēzei mēs apsvērsim mutāciju ģenētiku. 30. gados ģenētiķis N. K. Koļcovs ierosināja, ka hromosomas ir milzīgas molekulas, tādējādi paredzot jauna virziena rašanos zinātnē - molekulārā ģenētika. Vēlāk tika pierādīts, ka hromosomas sastāv no proteīna un dezoksiribonukleīnskābes (DNS) molekulām. DNS molekulas satur iedzimtu informāciju, programmu proteīnu sintēzei, kas ir dzīvības pamats uz Zemes. Mūsdienu ģenētika attīstās visaptveroši. Tam ir daudz virzienu. Izšķir mikroorganismu, augu, dzīvnieku un cilvēku ģenētiku. Ģenētika ir cieši saistīta ar citām bioloģijas zinātnēm – evolūcijas zinātni, molekulāro bioloģiju, bioķīmiju. Tas ir atlases teorētiskais pamats. Balstoties uz ģenētiskajiem pētījumiem, ir izstrādātas metodes kukurūzas, saulespuķu, cukurbiešu, gurķu hibrīdu, kā arī tādu dzīvnieku hibrīdu un krustojumu iegūšanai, kuriem heterozes dēļ ir heteroze (heteroze ir paātrināta augšana, palielināts izmērs, palielināta dzīvotspēja un produktivitāte). pirmās paaudzes hibrīdi salīdzinājumā ar vecāku organismiem )paaugstināja produktivitāti.

Selekcijas un sēklu ražošanas teorētiskais pamats ir ģenētika – organismu iedzimtības un mainīguma likumu izpēte. Tās nostāja par iedzimtības diskrētumu, mutāciju un modifikāciju doktrīnu, genotipa un fenotipa jēdzieniem, dominanci un recesivitāti, homo- un heterozigozitāti, heterozes rakstura noteikšanu, transgresijas un jaunveidojumiem hibridizācijas laikā, visi ģenētikas sasniegumi ir ir ārkārtīgi svarīgi, lai izstrādātu efektīvas lauksaimniecības kultūru selekcijas un sēklkopības metodes

Lai izstrādātu efektīvas metodes graudu šķirņu un hibrīdu veidošanai ar augstām tehnoloģiskajām un uzturvērtības īpašībām, nepieciešams izpētīt iedzimtības un ogļhidrātu satura mainīguma ģenētiskos un fizioloģiski-bioķīmiskos modeļus, proteīnu frakciju un aminoskābju sastāvu graudos, dabu. graudu kvalitātes pazīmju mainību un pārmantojamību kviešos, iesala miežu, prosa, pākšaugu un eļļas augu sēklu sēklās un formulē transgresīvās selekcijas teorētiskos pamatus, pamatojoties uz pazīmēm, kas nosaka galveno vielu (olbaltumvielu, eļļas u.c.) kvalitatīvo sastāvu. . Ir svarīgi turpināt pilnveidot kviešu un miežu graudu uzglabāšanas proteīnu elektroforēzes metodi vecāku formu selekcijai hibridizācijas laikā un vērtīgāko rekombinantu atlasei graudu kvalitātei, salizturībai, slimību izturībai un citām ekonomiski vērtīgām īpašībām, jo kā arī šķirņu biotipa analīzei sēklu ražošanas primārajos posmos. Ļoti svarīgi ir izpētīt graudaugu rezistences pret izgulēšanos un izbiršanu ģenētisko pamatu un morfoloģiskās un anatomiskās īpatnības un izveidot izturīgas šķirnes. Nepieciešams izstrādāt un pilnveidot metodes jaunu augu formu iegūšanai, izmantojot poliploīdiju, haploīdiju, hibrīdu embriju kultūru, kā arī šūnu, hromosomu un gēnu inženieriju.

Ģenētika pamatoja individuālās selekcijas metožu izmantošanu un izstrādāja krustojumu teoriju. Viens no svarīgākajiem selekcijas uzdevumiem ir tādu šķirņu izveide, kas ražo augstas kvalitātes produktus. Jaunu augsti produktīvu šķirņu graudiem un graudaugu hibrīdiem jābūt ar izcilām tehnoloģiskām un uzturvērtībām, stabiliem mainīgos augšanas apstākļos. Mūsu valstī ir audzētas un zonētas vairāk nekā 60 stipro kviešu šķirnes (Bezostaya 1, Mironovskaya 808, Donskaya Bezostaya, Odesskaya 51, Obriy, Saratovskaya 29, Saratovskaya 44, Tselinnaya 60, Novosibirskaya 87 u.c.), kas kalpo kā. lielisks izejmateriāls, lai radītu vairāk kvalitatīvu šķirņu visās klimatiskajās zonās. No jaunajām zonētajām vasaras kviešu šķirnēm graudu tehnoloģisko īpašību ziņā izceļas Saratovskaja 54. Šai šķirnei raksturīgs nemainīgi augsts proteīna saturs graudos un augsta maizes tilpumražība, kā arī labāka porainība. Tā glutēna kvalitāte ir augstāka nekā šķirnei Saratovskaya 29. Pasaules kolekcijas paraugu vidū ir šķirnes un formas, kurām ir īpaši augsta graudu kvalitāte - tās satur no 18 līdz 22% olbaltumvielu (paraugi no Ķīnas, Kanādas, Indijas). Tos veiksmīgi izmanto hibridizācijā. Jaunajām kviešu šķirnēm jābūt ar augstāku olbaltumvielu saturu (15-16%) un augstas kvalitātes lipekli.

Nepieciešams izveidot ziemas un vasaras kviešu šķirnes, kas apvieno augstu ražu (attiecīgi 7-9 un 5-6 tonnas no 1 ha) ar augstu proteīna saturu graudos (16-17 un 18-19%), augstu -kvalitatīvs lipeklis un uzlabots aminoskābju sastāvs. Selekcijas svarīgākais uzdevums ir izstrādāt šķirnes ar nemainīgi augstu ražu un graudu kvalitāti dažādos laika apstākļos. Ļoti svarīga selekcijas problēma ir arī augstas olbaltumvielas saturošu kukurūzas, kviešu, miežu un auzu šķirņu un hibrīdu veidošana ar augstu lizīna un citu neaizvietojamo aminoskābju saturu.

Uzdevums ir izstrādāt jaunas saulespuķu šķirnes un hibrīdus ar sēklu eļļas saturu 58-60%. Vienlaikus svarīgi ir uzlabot eļļas kvalitāti, t.i., noteiktu taukskābju sastāvu, lipīdu attiecību, palielinātu vitamīnu saturu. Jaunas mutantu šķirnes Pervenets izveide, kas satur līdz 75% oleīnskābes eļļā pretstatā 30-35% tradicionālajās šķirnēs, parāda milzīgās iespējas, kas pieejamas saulespuķu audzēšanā produktu kvalitātes uzlabošanai.

Lai palielinātu olbaltumvielu saturu, ir jāveic graudu pākšaugu selekcija. Nepieciešams izveidot cukurbiešu šķirnes ar paaugstinātu cukura saturu un augstām tehnoloģiskajām īpašībām, jaunas kartupeļu tehniskās šķirnes ar lielu cietes un olbaltumvielu daudzumu bumbuļos. Šķiedru linu un kokvilnas selekcijā svarīgākais uzdevums ir jaunu augstražīgu šķirņu izstrāde, kas dod augstu ražu un šķiedras kvalitāti.

Lai veiksmīgi atrisinātu augu imunitātes problēmu, ir ļoti svarīgi pilnveidot metodes infekcijas fona veidošanai un graudaugu rūsas, kartupeļu vēlīnās puves un citu bīstamāko slimību rasu sastāva noteikšanai. Nepieciešams izstrādāt metodes, kā identificēt pret slimībām un kaitēkļiem rezistences gēnus un donorus, izpētīt to darbības izpausmes apstākļus un šī īpašuma mantojuma raksturu atkarībā no vecāku pāru izvēles un laika apstākļiem. Jāizmanto datori un matemātiskā modelēšana, lai organizētu informatīvi ģenētiskās sistēmas selekcijas materiāla uzskaitei un dokumentēšanai, izstrādātu šķirņu modeļus un selekcijas programmas, objektīvi atlasītu vecāku pārus un izvēlētos optimālo audzēšanas stratēģiju.

Jāturpina attīstīt rūpnieciskās sēklkopības organizācijas un ekonomikas jautājumus, pilnveidot paātrinātas pavairošanas metodes un jaunu šķirņu un hibrīdu ieviešanu ražošanā; izstrādāt audzēšanas tehnoloģijas saistībā ar dažādu augsnes un klimatisko zonu apstākļiem; augstražīgas sēklas visos sēklu ražošanas sistēmas līmeņos; uzlabot primārās sēklu ražošanas metodes un shēmas; turpināt pētījumus, lai noteiktu labākos vides un agrotehniskos apstākļus augstražīgu sēklu veidošanai.

Šķirnei ir ļoti liela nozīme lauksaimniecības kultūru audzēšanas enerģiju un resursus taupošu tehnoloģiju izstrādē. Tas tiek panākts, sējot izturīgu graudu šķirņu un neplīstošu zirņu šķirnes, kas ļauj novākt ražu, tieši kombinējot, agri nogatavojušos kukurūzas un saulespuķu hibrīdus ar ātru graudu un sēklu žāvēšanu nogatavošanās laikā, kas samazina elektroenerģijas izmaksas. vai degviela žāvēšanai, agrīnās lapkoku kokvilnas šķirnes, kas ļauj veikt neapstrādātas kokvilnas mašīnu novākšanu ar augstu produktivitāti un bez zaudējumiem utt.

Augu selekcija ir vissvarīgākais faktors, kas paātrina zinātnisko un tehnoloģisko progresu lauksaimniecībā. Pēdējos gados tas strauji attīstās gan mūsu valstī, gan ārvalstīs. Nozīmīgi praktiski rezultāti iegūti, balstoties uz ļoti efektīvu metožu izstrādi jaunu šķirņu veidošanai. Tie galvenokārt ietver kviešu un rīsu ar īsu kātu šķirņu audzēšanu, kas ļauj iegūt ražu vairāk nekā 10 tonnas no 1 hektāra uz augsta lauksaimniecības fona, hibrīdu kukurūzas un hibrīdu sorgo izveidi ar potenciālo ražu 15 tonnas uz 1 hektāru, metožu izstrāde svarīgāko graudu un graudu lopbarības kultūru proteīna aminoskābju sastāva radikālai uzlabošanai, atsevišķu pret bīstamām slimībām izturīgu kultūru šķirņu izveide, saulespuķu eļļas satura dubultošana. sēklas un citi sasniegumi. Graudu un citu lauksaimniecības kultūru ražas un bruto ražas palielināšanā ārkārtīgi svarīga ir kļuvusi selekcija un labi izveidota sēklu ražošana.

Šīs zinātnes tālāka attīstība noveda pie fundamentāli jaunu metožu izstrādes izejmateriālu radīšanai un iedzimtības pārvaldības paņēmieniem. Līdzās klasiskajām metodēm izejmateriāla iegūšanai, izmantojot hibridizāciju, vietējo šķirņu un dabisko populāciju izmantošanu, arvien lielāku lomu spēlē jaunas ģenētiskās metodes: heteroze, eksperimentālā mutaģenēze, poliploidija, haploīdija, audu kultūra, somatiskā hibridizācija, hromosomu un gēnu inženierija. Šo metožu izmantošana selekcijas procesā jau ir devusi pozitīvus rezultātus.

Ekonomiskās un sociālās attīstības galvenie virzieni izvirzīja uzdevumu, izmantojot biotehnoloģiju un gēnu inženieriju, stiprināt jaunu augsti produktīvu šķirņu un lauksaimniecības kultūru hibrīdu, kas atbilst intensīvo tehnoloģiju prasībām, ir izturīgi pret gēnu inženieriju radīšanu un ieviešanu ražošanā. nelabvēlīgi ietekmē vidi, ir piemēroti ražas novākšanai ar mašīnu un apmierina pārtikas rūpniecības pieprasījumus; uzlabot sēklkopības organizāciju un uzlabot sēklu kvalitāti.

ĢENĒTIKA - ATLASES TEORĒTISKAIS PAMATS. AUDZĒŠANA UN TĀS METODES.

• Selekcija ir zinātne par jaunu augu, dzīvnieku šķirņu un mikroorganismu celmu ar cilvēkiem nepieciešamām īpašībām audzēšanu un esošo veco šķirņu pilnveidošanu.
• Šķirne ir cilvēka mākslīgi radīta augu populācija, kurai raksturīgs noteikts genofonds, iedzimtas fiksētas morfoloģiskās un fizioloģiskās īpašības un noteikts produktivitātes līmenis un raksturs.
• Šķirne ir cilvēka mākslīgi radīta dzīvnieku populācija, kurai raksturīgs noteikts genofonds, iedzimtas fiksētas morfoloģiskās un fizioloģiskās īpašības un noteikts produktivitātes līmenis un raksturs.
• Celms ir cilvēka mākslīgi radīta mikroorganismu populācija, kurai raksturīgs noteikts genofonds, iedzimtas fiksētas morfoloģiskās un fizioloģiskās īpašības un noteikts produktivitātes līmenis un raksturs.

2. Kādi ir galvenie atlases kā zinātnes mērķi?

1. Augu šķirņu, dzīvnieku šķirņu un mikroorganismu celmu produktivitātes paaugstināšana;
2. Augu šķirņu, dzīvnieku šķirņu un mikroorganismu celmu daudzveidības izpēte;
3. Pārmantotās variabilitātes modeļu analīze hibridizācijas un mutācijas procesa laikā;
4. Vides lomas izpēte organismu īpašību un īpašību attīstībā;
5. Mākslīgo selekcijas sistēmu izstrāde, kas veicina cilvēkiem noderīgu īpašību nostiprināšanos un nostiprināšanos organismos ar dažāda veida vairošanos;
6. Pret slimībām un klimatiskajiem apstākļiem izturīgu šķirņu un šķirņu veidošana;
7. Mehanizētai rūpnieciskai audzēšanai un selekcijai piemērotu šķirņu, šķirņu un celmu iegūšana.

3. Kāds ir atlases teorētiskais pamats?

Atbilde: Selekcijas teorētiskais pamats ir ģenētika. Tas izmanto arī evolūcijas teorijas, molekulārās bioloģijas, bioķīmijas un citu bioloģijas zinātņu sasniegumus.

4. Aizpildiet tabulu "Atlases metodes".

5. Kāda ir selekcijas nozīme cilvēka saimnieciskajā darbībā?

Atbilde: Selekcija ļauj palielināt augu šķirņu, dzīvnieku šķirņu un mikroorganismu celmu produktivitāti; izstrādāt mākslīgās atlases sistēmas, kas palīdz stiprināt un nostiprināt cilvēkiem labvēlīgās īpašības dažādos organismos; izveidot pret slimībām un klimatiskajiem apstākļiem izturīgas šķirnes un šķirnes; iegūt mehanizētai rūpnieciskai audzēšanai un selekcijai piemērotas šķirnes, šķirnes un celmus.

MĀCĪBA N.I. VAVILOVS PAR DAUDZVEIDĪBAS CENTRIEM UN KULTŪRAU IZCELSME.

1. Sniedziet jēdzienu definīcijas.

• Daudzveidības un izcelsmes centrs ir teritorija (ģeogrāfiskais apgabals), kurā veidojusies suga vai cita sistemātiska lauksaimniecības kultūru kategorija un no kurienes tā izplatījusies.
• Homologās sērijas ir līdzīga iedzimtas mainīguma sērija ģenētiski tuvās sugās un dzimtās.

2. Formulējiet iedzimtas mainības homoloģisko virkņu likumu.

Atbilde: Ģenētiski tuvas sugām un ģintīm ir raksturīgas līdzīgas iedzimtības mainīguma sērijas ar tādu regularitāti, ka, zinot formu virkni vienas sugas ietvaros, var prognozēt paralēlo formu klātbūtni citās sugās un dzimtās. Jo tuvāk ģintis un sugas ģenētiski atrodas vispārējā sistēmā, jo pilnīgāka ir līdzība to mainīguma virknē. Veselām augu ģimenēm parasti ir raksturīgs noteikts variāciju cikls, kas iet cauri visām ģintīm un sugām, kas veido ģimeni.

3. Aizpildiet tabulu " Kultivēto augu izcelsmes un daudzveidības centri."

BIOTEHNOLOĢIJA, TĀS SASNIEGUMI UN ATTĪSTĪBAS PERSPĒKĀS.

1. Sniedziet jēdzienu definīcijas.

• Biotehnoloģija ir disciplīna, kas pēta dzīvo organismu, to sistēmu vai to vitālās darbības produktu izmantošanas iespējas tehnoloģisko problēmu risināšanā, kā arī iespēju, izmantojot gēnu inženieriju, radīt dzīvus organismus ar nepieciešamajām īpašībām.
• Šūnu inženierija ir jauna veida šūnu radīšana, pamatojoties uz to hibridizāciju, rekonstrukciju un kultivēšanu. Vārda šaurā nozīmē šis termins apzīmē protoplastu jeb dzīvnieku šūnu hibridizāciju, plašā nozīmē – dažādas manipulācijas ar tiem, kuru mērķis ir risināt zinātniskas un praktiskas problēmas.
• Gēnu inženierija ir paņēmienu, metožu un tehnoloģiju kopums rekombinantās RNS un DNS iegūšanai, gēnu izolēšanai no organisma, manipulēšanai ar gēniem un to ievadīšanai citos organismos.

2. Kāda ir biotehnoloģijas loma cilvēka praktiskajā darbībā?

Atbilde: Biotehnoloģijas procesus izmanto cepšanā, vīna darīšanā, alus darīšanā un raudzētu piena produktu gatavošanā; mikrobioloģiskie procesi - acetona, butanola, antibiotiku, vitamīnu, barības olbaltumvielu ražošanai; biotehnoloģija ietver arī dzīvo organismu, to sistēmu vai to vitālās darbības produktu izmantošanu tehnoloģisku problēmu risināšanai, iespēju radīt dzīvus organismus ar nepieciešamajām īpašībām.

3. Kādas ir biotehnoloģijas attīstības perspektīvas?

Turpmāka biotehnoloģijas attīstība palīdzēs atrisināt vairākas svarīgas problēmas:

1. Atrisiniet pārtikas trūkuma problēmu.
2. Paaugstināt kultivēto augu produktivitāti, veidot šķirnes, kas ir izturīgākas pret nelabvēlīgu ietekmi, kā arī atrast jaunus augu aizsardzības veidus.
3. Izveidojiet jaunus bioloģiskos mēslojumus, vermikompostu.
4. Atrodiet alternatīvus dzīvnieku olbaltumvielu avotus.
5. Pavairot augus veģetatīvi, izmantojot audu kultūru.
6. Radīt jaunas zāles un uztura bagātinātājus.
7. Veiciet agrīnu infekcijas slimību un ļaundabīgo audzēju diagnostiku.
8. Iegūt videi draudzīgu degvielu, pārstrādājot rūpniecības un lauksaimniecības atkritumus.
9. Apstrādājiet minerālus jaunos veidos.
10. Izmantojiet biotehnoloģijas metodes lielākajā daļā nozaru cilvēces labā.

4. Kādas, jūsuprāt, iespējamās negatīvās sekas nekontrolētai pētniecībai biotehnoloģijā?

Atbilde: Transgēnie produkti var kaitēt veselībai un izraisīt ļaundabīgus audzējus.Cilvēku klonēšana ir necilvēcīga un pretēja daudzu tautu pasaules uzskatiem. Jaunākie sasniegumi biotehnoloģijā var novest pie nekontrolējamām sekām: jaunu, cilvēkiem ārkārtīgi bīstamu vīrusu un mikroorganismu radīšanas, kā arī kontrolētu: bioloģisko ieroču radīšanas.

Mūsdienu selekcijas attīstības periods sākas ar jaunas zinātnes - ģenētikas - veidošanos. Ģenētika ir zinātne, kas pēta organismu iedzimtību un mainīgumu. Ļoti nozīmīgu ieguldījumu iedzimtības būtības noskaidrošanā sniedza G. Mendelis (1822-1884), kura eksperimenti augu krustošanā veido pamatu vismodernākajiem iedzimtības pētījumiem. Pēc tautības čehs, Brunnas (tagad Brno) franciskāņu klostera mūks, G. Mendelis vienlaikus mācīja dabaszinātnes reālskolā un ļoti interesēja dārzkopību. Daudzus gadus viņš visu savu brīvo laiku veltīja eksperimentiem dažādu kultivēto augu krustošanā. Rezultātā tika atklāti pazīmju pārnešanas modeļi pēcnācējiem. G. Mendelis ziņoja par saviem rezultātiem “Dabaszinātnieku biedrības” sanāksmē Brno un pēc tam publicēja tos 1866. gadā šīs biedrības zinātniskajos darbos. Tomēr šie noteikumi bija pretrunā ar tolaik pastāvošajiem priekšstatiem par iedzimtību un tāpēc saņēma atzinību 34 gadus pēc to atkārtotas atklāšanas.

1900. gadā vienlaikus parādījās trīs darbi, kurus veica trīs ģenētiķi: Hugo de Vrīss no Holandes, K. Korrens no Vācijas un E. Cermaks no Austrijas. Viņi apstiprināja G. Mendela atklātos iedzimtības likumus.

De Vrīsa, Korena un Cermaka publicētais darbs parasti tiek saukts par Mendeļa likumu atkārtotu atklāšanu un 1900. gads tiek uzskatīts par oficiālu eksperimentālās ģenētikas kā neatkarīgas zinātnes pastāvēšanas sākuma datumu.

Ģenētika kā neatkarīga zinātne tika atdalīta no bioloģijas pēc angļu zinātnieka Betesona ierosinājuma 1907. gadā. Viņš arī ierosināja zinātnes nosaukumu – ģenētika.

Kopš Mendeļa likumu no jauna atklāšanas N.P.Dubinins (1986) izšķir trīs ģenētikas attīstības posmus.

Pirmais posms – Šis ir klasiskās ģenētikas laikmets, kas ilga no 1900. līdz 1930. gadam. Tas bija gēnu teorijas un iedzimtības hromosomu teorijas radīšanas laiks. Liela nozīme bija arī fenotipa un genotipa doktrīnas attīstībai, gēnu mijiedarbībai, individuālās selekcijas ģenētiskajiem principiem selekcijā un doktrīnai par planētas ģenētisko rezervju mobilizāciju selekcijas nolūkos. Daži no šī perioda atklājumiem ir pelnījuši īpašu pieminēšanu.

Vācu biologs Augusts Veismans (1834-1914) radīja teoriju, kas daudzējādā ziņā paredzēja iedzimtības hromosomu teoriju.

Veismana hipotēzes par redukcijas dalījuma nozīmi. Turklāt viņš nošķīra pazīmes, kas ir iedzimtas, un pazīmes, kas iegūtas ārējo apstākļu vai vingrinājumu ietekmē.

A. Veismans mēģināja eksperimentāli pierādīt mehānisko bojājumu nepārmantojamību (paaudžu paaudzēs grieza viņai astes, bet bezastes pēcnācējus neieguva).

Pēc tam A. Veismana vispārīgā koncepcija tika pilnveidota, ņemot vērā citoloģiskos datus un informāciju par kodola lomu īpašību pārmantošanā. Kopumā viņš bija pirmais, kurš pierādīja ontoģenēzes laikā iegūto īpašību pārmantošanas neiespējamību un uzsvēra dzimumšūnu autonomiju, kā arī parādīja hromosomu skaita samazināšanās bioloģisko nozīmi mejozē kā mehānisma konstantes saglabāšanai. sugas diploīdu hromosomu kopa un kombinatīvās mainības pamats.

1901. gadā G. De Vrīss formulēja mutāciju teoriju, kas lielā mērā sakrīt ar krievu botāniķa S. I. Koržinska (1861–1900) heteroģenēzes teoriju (1899). Saskaņā ar Koržinska - De Vrīsa mutāciju teoriju, iedzimtās īpašības nav absolūti nemainīgas, bet var krasi mainīties izmaiņu dēļ - to slīpumu mutācijas.

Vissvarīgākais pavērsiens ģenētikas attīstībā - hromosomu iedzimtības teorijas radīšana - ir saistīts ar amerikāņu embriologa un ģenētiķa Tomasa Genta Morgana (1866–1945) vārdu un viņa skolu. Pamatojoties uz eksperimentiem ar augļu mušām - Drosophila melanogaster Līdz mūsu gadsimta 20. gadu vidum Morgans izveidoja ideju par gēnu lineāro izvietojumu hromosomās un izveidoja pirmo gēna teorijas versiju - iedzimtas informācijas elementāru nesēju. Gēnu problēma ir kļuvusi par galveno ģenētikas problēmu. Pašlaik tas tiek izstrādāts.

Iedzimtas mainīguma doktrīna tika turpināta padomju zinātnieka Nikolaja Ivanoviča Vavilova (1887–1943) darbos, kurš 1920. gadā formulēja iedzimtības mainīguma homoloģisko sēriju likumu. Šis likums apkopoja milzīgu materiālu daudzumu par tuvu ģinšu un sugu mainīguma paralēlismu, tādējādi sasaistot sistemātiku un ģenētiku. Likums bija nozīmīgs solis ceļā uz turpmāko ģenētikas un evolūcijas mācību sintēzi. N.I.Vavilovs radīja arī kultivēto augu ģenētisko centru teoriju, kas ievērojami atviegloja nepieciešamo augu genotipu meklēšanu un ieviešanu.

Tajā pašā laika posmā sāka strauji attīstīties dažas citas lauksaimniecībai svarīgas ģenētikas jomas. Tie ietver darbus par kvantitatīvo īpašību pārmantošanas modeļu izpēti (jo īpaši zviedru ģenētiķa G. Nilsona-Ēles pētījumi), par hibrīda spēka - heterozes noskaidrošanu (amerikāņu ģenētiķu E. Īsta un D. Džounsa darbi), par augļaugu starpsugu hibridizāciju (I V. Mičurins Krievijā un L. Burbanks ASV), daudzi pētījumi, kas veltīti dažādu veidu kultivēto augu un mājdzīvnieku privātajai ģenētikai.

Pie šī posma pieder arī ģenētikas veidošanās PSRS. Pēcoktobra gados izveidojās trīs ģenētiskās skolas, kuras vadīja ievērojami zinātnieki: N.K.Koļcovs (1872–1940) Maskavā, Ju.A.Fiļipčenko (1882–1930) un N.I.Vavilovs (1887–1943) Ļeņingradā, kurš spēlēja. nozīmīga loma ģenētikas pētījumu attīstībā.

Otrā fāze, – Šis ir neoklasicisma posms ģenētikā, kas ilga no 1930. līdz 1953. gadam. Sākt otrais posms var saistīt ar O. Eiveri 1944. gadā atklāto iedzimtības vielu – dezoksiribonukleīnskābi (DNS).

Šis atklājums simbolizēja jauna posma sākumu ģenētikā - molekulārās ģenētikas dzimšanu, kas veidoja pamatu vairākiem atklājumiem bioloģijā 20. gadsimtā.

Šajos gados tika atklāta iespēja mākslīgi izraisīt gēnu un hromosomu izmaiņas (eksperimentālā mutaģenēze); tika atklāts, ka gēns ir sarežģīta sistēma, ko var sadalīt daļās; ir pamatoti populācijas ģenētikas un evolūcijas ģenētikas principi; tika izveidota bioķīmiskā ģenētika, kas parādīja gēnu lomu visām galvenajām biosintēzēm šūnā un organismā;

Šī perioda sasniegumi galvenokārt ietver mākslīgo mutaģenēzi. Pirmos pierādījumus, ka mutācijas var izraisīt mākslīgi, 1925. gadā PSRS ieguva G. A. Nadsons un G. S. Filippovs, veicot eksperimentus par zemāko sēņu (rauga) apstarošanu ar rādiju, un izšķirošs pierādījums iespējai eksperimentāli iegūt mutācijas tika sniegts 1927. gadā. Amerikāņu Mellera eksperimenti par rentgenstaru ietekmi.

Cits amerikāņu biologs J. Stadler (1927) atklāja līdzīgu ietekmi uz augiem. Tad tika atklāts, ka ultravioletie stari var izraisīt arī mutācijas un ka augstajai temperatūrai ir tāda pati spēja, lai gan vājākā mērā. Drīz vien parādījās arī informācija, ka mutācijas varētu izraisīt ķīmiskas vielas. Šis virziens ieguva plašu vērienu, pateicoties I. A. Rapoporta pētījumiem PSRS un S. Auerbaha pētījumiem Lielbritānijā. Izmantojot inducētās mutaģenēzes metodi, padomju zinātnieki A. S. Serebrovska vadībā (1892–1948) sāka pētīt gēna uzbūvi Drosophila Melanogaster. Savos pētījumos (1929–1937) viņi pirmie parādīja tā sarežģīto struktūru.

Tajā pašā ģenētikas vēstures posmā radās un attīstījās virziens ar mērķi pētīt ģenētiskos procesus evolūcijā. Fundamentālie darbi šajā jomā piederēja padomju zinātniekam S. S. Četverikovam (1880–1959), angļu ģenētiķiem R. Fišeram un Dž. Haldanam un amerikāņu ģenētiķim S. Raitam. S. S. Četverikovs un viņa līdzstrādnieki veica pirmos eksperimentālos pētījumus par dabisko populāciju ģenētisko struktūru vairākām Drosophila sugām. Viņi apstiprināja mutācijas procesa nozīmi dabiskajās populācijās. Tad šos darbus turpināja N.P.Dubinins PSRS un F.Dobžanskis ASV.

40. gadu mijā J. Bils (dzimis 1903. gadā) un E. Tatums (1909–1975) lika bioķīmiskās ģenētikas pamatus.

Prioritāte DNS molekulas struktūras atšifrēšanā ir amerikāņu virusologam Džeimsam Djū Vatsonam (dzimis 1928. gadā) un angļu fiziķim Frensisam Krikam (dzimis 1916. gadā), kuri 1953. gadā publicēja šī polimēra struktūras modeli.

No šī brīža, proti, 1953. gada, sākas trešais ģenētikas attīstības posms - sintētiskās ģenētikas laikmets . Šo laiku parasti sauc par molekulārās ģenētikas periodu.

Trešais posms , kas sākās ar DNS modeļa uzbūvi, turpinājās ar ģenētiskā koda atklāšanu 1964. gadā. Šo periodu raksturo daudzi darbi par genomu struktūras atšifrēšanu. Tātad 20. gadsimta beigās parādījās informācija par Drosophila mušas genoma pilnīgu atšifrēšanu, zinātnieki sastādīja pilnīgu Arabidopsis jeb mazo sinepju karti un tika atšifrēts cilvēka genoms.

Tikai atsevišķu DNS daļu atšifrēšana jau ļauj zinātniekiem iegūt transgēnus augus, t.i. augi ar ievadītiem gēniem no citiem organismiem. Saskaņā ar dažiem avotiem, ar šādiem augiem ir apsēta platība, kas ir vienāda ar Lielbritāniju. Tie galvenokārt ir kukurūza, kartupeļi un sojas pupas. Mūsdienās ģenētika ir sadalīta daudzās sarežģītās jomās. Pietiek atzīmēt gēnu inženierijas sasniegumus somatisko un transgēno hibrīdu ražošanā, pirmās cilvēka genoma kartes izveidi (Francija, 1992; ASV, 2000), klonētu aitu ražošanu (Skotija, 1997), klonētu sivēniņu. (ASV, 2000) utt.

21. gadsimta sākums tiek dēvēts par postgenomisko periodu un, acīmredzot, iezīmēsies ar jauniem atklājumiem ģenētikas jomā saistībā ar dzīvo būtņu klonēšanu un jaunu organismu radīšanu, pamatojoties uz gēnu inženierijas mehānismiem.

Līdz šim uzkrātās metodes ļauj daudz ātrāk atšifrēt sarežģītu organismu genomus, kā arī ieviest tajos jaunus gēnus.

Galvenie atklājumi ģenētikas jomā:

1864. gads – ģenētikas pamatlikumi (G. Mendelis)

1900. gads — G. Mendeļa likumi tika atklāti no jauna ( G. de Vrīss, K. Korenss, E. Čermaks)

1900–1903 – Mutāciju teorija (G.de Vries)

1910. gads – hromosomu iedzimtības teorija (T. Morgans, T. Boveri, V. Satons)

1925-1938 - "viens gēns - viens proteīns" (Dž. Bils, E. Teitums)

1929. gads – gēnu dalāmība (A.S. Serebrovs, N.P. Dubiņins)

1925. gads – mākslīgās mutācijas (G.A. Nadsons, G.S. Filippovs)

1944. gads – DNS – iedzimtības informācijas nesējs (O. Eiverijs, K. Makleods)

1953. gads – DNS strukturālais modelis (Dž. Vatsons, F. Kriks)

1961. gads – ģenētiskais kods (M. Nirenbergs, R. Hollijs, G. Horana)

1961. gads – gēnu organizācijas operona princips un gēnu aktivitātes regulēšana baktērijās (F. Džeikobs, Dž. Monods)

1959. gads – gēnu sintēze (G. Khorana )

1974–1975 – gēnu inženierijas metodes ( K. Marejs, N. Marejs, V. Bentons, R. Deiviss, E. Southern, M. Granstein, D. Hognes)

1978–2000 – genomu atšifrēšana (F. Blatners, R. Kleitons, M. Adamss u.c.)

Ģenētikas metodes

HIBRIDOLOĢISKĀ – lpp Tiek veikta organismu individuālo īpašību un īpašību pārmantošanas modeļu analīze dzimumvairošanās laikā, kā arī gēnu mainības un to kombinatorikas analīze (izstrādājis G. Mendelis).

CITOLOĢISKĀ - ar Izmantojot optiskos un elektronu mikroskopus, tiek pētīta iedzimtības materiālā bāze šūnu un subcelulārā līmenī (hromosomas, DNS).

CITOĢENĒTISKĀ – ar hibridoloģisko un citoloģisko metožu integrācija nodrošina kariotipa izpēti, hromosomu struktūras un skaita izmaiņas.

IEDZĪVOTĀJS-STATISTISKĀ – o Tas ir balstīts uz dažādu gēnu sastopamības biežuma noteikšanu populācijā, kas ļauj aprēķināt heterozigotu organismu skaitu un tādējādi prognozēt indivīdu skaitu ar patoloģisku (mutantu) gēna darbības izpausmi.

BIOĶĪMISKĀS - tiek pētīti vielmaiņas traucējumi (olbaltumvielas, tauki, ogļhidrāti, minerālvielas), kas rodas gēnu mutāciju rezultātā.

MATEMĀTISKĀ – n Tiek veikta pazīmju pārmantojamības kvantitatīvā uzskaite.

ĢENEALOĢISKĀ — Izteikts ciltsrakstu apkopojumā. Ļauj noteikt pazīmju mantojuma veidu un raksturu.

ONTOĢENĒTISKS -Ļauj izsekot gēnu darbībai individuālās attīstības procesā; kombinācijā ar bioķīmisko metodi ļauj noteikt recesīvo gēnu klātbūtni heterozigotā stāvoklī pēc fenotipa.

Atlase ir zinātne par metodēm augsti produktīvu augu, dzīvnieku šķirņu un mikroorganismu celmu radīšanai.

Mūsdienu selekcija ir plaša cilvēka darbības joma, kas ir dažādu zinātnes nozaru saplūšana, lauksaimniecības produktu ražošana un to kompleksā pārstrāde.

Mūsdienu audzēšanas problēmas

Jaunu radīšana un veco šķirņu, šķirņu un celmu pilnveidošana ar ekonomiski lietderīgām īpašībām.

Tehnoloģiski progresīvu, augsti produktīvu bioloģisko sistēmu izveide, kas maksimāli izmanto planētas izejvielas un enerģijas resursus.

Šķirņu, šķirņu un celmu produktivitātes paaugstināšana uz platības vienību laika vienībā.

Produktu patērētāju īpašību uzlabošana.

Blakusproduktu īpatsvara samazināšana un to visaptveroša apstrāde.

Kaitēkļu un slimību radīto zaudējumu daļas samazināšana.

Atlases teorētiskā bāze ir ģenētika, jo tieši zināšanas par ģenētikas likumiem ļauj mērķtiecīgi kontrolēt mutāciju rašanos, prognozēt krustošanās rezultātus un pareizi atlasīt hibrīdus. Ģenētisko zināšanu pielietošanas rezultātā izdevās izveidot vairāk nekā 10 000 kviešu šķirņu uz vairāku oriģinālo savvaļas šķirņu bāzes un iegūt jaunus mikroorganismu celmus, kas izdala pārtikas olbaltumvielas, ārstnieciskās vielas, vitamīnus u.c.

Audzēšanas metodes galvenās specifiskās atlases metodes paliek hibridizācija Un mākslīgā atlase.Hibridizācija

Organismu ar dažādiem genotipiem krustošana ir galvenā metode jaunu pazīmju kombināciju iegūšanai.

Izšķir šādus krustojumu veidus:

Intraspecifisks krustojums– sugas ietvaros tiek krustotas dažādas formas (ne vienmēr šķirnes un šķirnes). Starpsugas krustojumi ietver arī vienas sugas organismu krustojumus, kas dzīvo dažādos vides apstākļos.

Inbrīdings– radniecība augos un radniecība dzīvniekiem. Izmanto, lai iegūtu tīras līnijas.

Starplīniju krustojumi– tiek šķērsoti tīru līniju pārstāvji (atsevišķos gadījumos arī dažādas šķirnes un šķirnes). Backcross (muguras krusti) ir hibrīdu (heterozigotu) krustojumi ar vecāku formām (homozigotām). Piemēram, heterozigotu šķērsošana ar dominējošām homozigotām formām tiek izmantota, lai novērstu recesīvo alēļu fenotipisko izpausmi.

Krustu analīze- Tie ir dominējošo formu krustojumi ar nezināmu genotipu un recesīvi-homozigotām testera līnijām.

Tālvadības pults krustojums– starpsugu un starpsugu. Parasti attālie hibrīdi ir sterili un tiek pavairoti veģetatīvi

Atlase ir genotipu diferenciālas (nevienlīdzīgas) pavairošanas process. Nedrīkst aizmirst, ka patiesībā selekcija tiek veikta pēc fenotipiem visos organismu (indivīdu) ontoģenēzes posmos. Neviennozīmīgas attiecības starp genotipu un fenotipu prasa pārbaudīt atlasītos augus pēc pēcnācējiem.

Masu atlase– ir atlasīta visa grupa. Piemēram, sēklas no labākajiem augiem tiek apvienotas un sētas kopā. Masu atlase tiek uzskatīta par primitīvu atlases veidu, jo tā nenovērš modifikāciju mainīguma ietekmi (ieskaitot ilgtermiņa modifikācijas). Izmanto sēklu ražošanā. Šīs selekcijas formas priekšrocība ir augsta līmeņa ģenētiskās daudzveidības saglabāšana izvēlētajā augu grupā.

Individuāla atlase– tiek atlasīti atsevišķi īpatņi, un no tiem savāktās sēklas tiek sētas atsevišķi. Individuālā atlase tiek uzskatīta par progresīvu atlases veidu, jo tā novērš modifikācijas mainīguma ietekmi.

Ģimenes atlases veids ir brāļu atlase . Sib atlase ir balstīta uz atlasi tuvākajiem radiniekiem (brāļiem un māsām - brāļiem un māsām). Īpašs sib-selekcijas gadījums ir saulespuķu atlase pēc eļļas satura pusīšu metode. Izmantojot šo metodi, saulespuķu ziedkopa (grozs) tiek sadalīta uz pusēm. Vienas puses sēklām pārbauda eļļas saturu: ja eļļas saturs ir augsts, tad tālākajā selekcijā izmanto sēklu otro pusi.