Genetyczne podstawy selekcji roślin, zwierząt i mikroorganizmów. Podstawy genetyki

CO TO JEST WYBÓR.

Słowo „wybór” pochodzi z języka łacińskiego. „selectio”, co w tłumaczeniu oznacza „wybór, selekcję”. Hodowla jest nauką, która opracowuje nowe sposoby i metody uzyskiwania odmian roślin i ich mieszańców oraz ras zwierząt. Jest to także dziedzina rolnictwa zajmująca się rozwojem nowych odmian i ras o właściwościach niezbędnych człowiekowi: wysokiej produktywności, określonych cechach produktu, odporności na choroby, dobrze przystosowanym do określonych warunków wzrostu.

GENETYKA JAKO TEORETYCZNA PODSTAWA SELEKCJI.

Teoretyczną podstawą selekcji jest genetyka - nauka o prawach dziedziczności i zmienności organizmów oraz sposobach ich kontrolowania. Bada wzorce dziedziczenia cech i właściwości form rodzicielskich, opracowuje metody i techniki zarządzania dziedzicznością. Stosując je w praktyce przy hodowli nowych odmian roślin i ras zwierząt, człowiek uzyskuje niezbędne formy organizmów, a także kontroluje ich indywidualny rozwój i montogenezę. Podwaliny współczesnej genetyki położył czeski uczony G. Mendel, który w 1865 r. ustalił zasadę dyskretności, czyli nieciągłości w dziedziczeniu cech i właściwości organizmów. W doświadczeniach z grochem badacz wykazał, że cechy roślin rodzicielskich podczas krzyżowania nie ulegają zniszczeniu ani wymieszaniu, ale przekazywane potomstwu albo w formie charakterystycznej dla jednego z rodziców, albo w formie pośredniej, pojawiając się ponownie w kolejnych pokoleniach w określonych proporcjach ilościowych. Jego eksperymenty dowiodły także, że istnieją materialni nośniki dziedziczności, zwane później genami. Są wyjątkowe dla każdego organizmu. Na początku XX wieku amerykański biolog T. H. Morgan uzasadnił chromosomalną teorię dziedziczności, zgodnie z którą o cechach dziedzicznych decydują chromosomy - organelle jądra wszystkich komórek organizmu. Naukowiec udowodnił, że geny rozmieszczone są liniowo pomiędzy chromosomami i że geny na jednym chromosomie są ze sobą powiązane. Cecha jest zwykle określana przez parę chromosomów. Kiedy tworzą się komórki rozrodcze, sparowane chromosomy rozdzielają się. Ich pełny zestaw zostaje przywrócony w zapłodnionej komórce. W ten sposób nowy organizm otrzymuje chromosomy od obojga rodziców i wraz z nimi dziedziczy pewne cechy. W latach dwudziestych pojawiła się i zaczęła rozwijać genetyka mutacyjna i populacyjna. Genetyka populacyjna to dziedzina genetyki zajmująca się badaniem głównych czynników ewolucji – dziedziczności, zmienności i selekcji – w określonych warunkach środowiskowych populacji. Założycielem tego kierunku był radziecki naukowiec S.S. Chetverikov. Genetykę mutacji rozważymy równolegle z mutagenezą. W latach 30. genetyk N.K. Koltsov zasugerował, że chromosomy są gigantycznymi cząsteczkami, przewidując w ten sposób pojawienie się nowego kierunku w nauce - genetyki molekularnej. Później udowodniono, że chromosomy składają się z cząsteczek białka i kwasu deoksyrybonukleinowego (DNA). Cząsteczki DNA zawierają informację dziedziczną, program syntezy białek, które są podstawą życia na Ziemi. Współczesna genetyka rozwija się wszechstronnie. Ma wiele kierunków. Wyróżnia się genetykę mikroorganizmów, roślin, zwierząt i człowieka. Genetyka jest ściśle powiązana z innymi naukami biologicznymi - naukami ewolucyjnymi, biologią molekularną, biochemią. Jest to teoretyczna podstawa selekcji. W oparciu o badania genetyczne opracowano metody wytwarzania mieszańców kukurydzy, słonecznika, buraka cukrowego, ogórka, a także mieszańców i mieszańców zwierząt wykazujących heterozę na skutek heterozji (heteroza to przyspieszony wzrost, zwiększenie rozmiaru, zwiększona żywotność i produktywność zwierząt) Mieszańce pierwszej generacji w porównaniu z organizmami rodzicielskimi) zwiększyły produktywność.

Teoretyczną podstawą selekcji i produkcji nasion jest genetyka - badanie praw dziedziczności i zmienności organizmów. Jej stanowisko w sprawie dyskretności dziedziczności, doktryny mutacji i modyfikacji, koncepcji genotypu i fenotypu, dominacji i recesywności, homo- i heterozygotyczności, ustalenia natury heterozji, transgresji i nowotworów podczas hybrydyzacji, wszystkie osiągnięcia genetyki są ma ogromne znaczenie dla rozwoju skutecznych metod selekcji i produkcji nasiennej roślin uprawnych

Aby opracować skuteczne metody tworzenia odmian i mieszańców o wysokich walorach technologicznych i odżywczych ziarna, konieczne jest zbadanie genetycznych i fizjologiczno-biochemicznych wzorców dziedziczności oraz zmienności zawartości węglowodanów, składu frakcyjnego i aminokwasowego białek w ziarnie, charakteru zmienności i dziedziczenia cech jakościowych ziarna pszenicy, jęczmienia browarnego, prosa, nasion roślin strączkowych i roślin oleistych oraz sformułować teoretyczne podstawy selekcji transgresyjnej w oparciu o cechy określające skład jakościowy głównych substancji (białko, olej itp.) . Istotne jest dalsze udoskonalanie techniki elektroforezy białek zapasowych ziarna pszenicy i jęczmienia w celu selekcji form rodzicielskich podczas hybrydyzacji i selekcji najcenniejszych rekombinantów pod względem jakości ziarna, mrozoodporności, odporności na choroby i innych cennych ekonomicznie cech, jak a także do analizy biotypowej odmian w początkowych fazach produkcji nasion. Bardzo ważne jest zbadanie podstaw genetycznych oraz cech morfologicznych i anatomicznych odporności zbóż na wyleganie i osypywanie oraz stworzenie odpornych odmian. Konieczne jest opracowanie i udoskonalenie metod otrzymywania nowych form roślin z wykorzystaniem poliploidii, haploidalności, hodowli zarodków hybrydowych, a także inżynierii komórkowej, chromosomalnej i genetycznej.

Genetyka uzasadniła stosowanie indywidualnych metod selekcji i rozwinęła teorię krzyżowań. Jednym z najważniejszych zadań hodowli jest tworzenie odmian dających produkty wysokiej jakości. Ziarno nowych wysokoproduktywnych odmian i mieszańców zbóż musi charakteryzować się doskonałymi walorami technologicznymi i odżywczymi, stabilnymi w zmieniających się warunkach uprawy. W naszym kraju wyhodowano i podzielono na strefy ponad 60 odmian pszenicy mocnej (Bezostaya 1, Mironovskaya 808, Donskaya Bezostaya, Odesskaya 51, Obriy, Saratovskaya 29, Saratovskaya 44, Tselinnaya 60, Novosibirskaya 87 itp.), Które służą jako doskonały materiał źródłowy do tworzenia większej liczby odmian wysokiej jakości dla wszystkich stref klimatycznych. Wśród nowych strefowych odmian pszenicy jarej pod względem walorów technologicznych ziarna wyróżnia się odmiana Saratovskaya 54, która charakteryzuje się niezmiennie wysoką zawartością białka w ziarnie i wysokim plonem objętościowym chleba, a także lepszą porowatością. Jego jakość glutenu jest wyższa niż odmiany Saratovskaya 29. Wśród próbek światowej kolekcji znajdują się odmiany i formy, które charakteryzują się wyjątkowo wysoką jakością ziarna - zawierają od 18 do 22% białka (próbki z Chin, Kanady, Indii). Z powodzeniem stosuje się je w hybrydyzacji. Nowe odmiany pszenicy powinny charakteryzować się wyższą zawartością białka (15-16%) i wysokiej jakości glutenem.

Konieczne jest stworzenie odmian pszenicy ozimej i jarej, które łączą w sobie wysoki plon (odpowiednio 7-9 i 5-6 ton z 1 ha) z dużą zawartością białka w ziarnie (16-17 i 18-19%), wysoką -jakościowy gluten i ulepszony skład aminokwasów. Najważniejszym zadaniem hodowli jest wyhodowanie odmian zapewniających niezmiennie wysoki plon i jakość ziarna w zróżnicowanych warunkach atmosferycznych. Bardzo ważnym problemem hodowlanym jest także tworzenie wysokobiałkowych odmian i mieszańców kukurydzy, pszenicy, jęczmienia i owsa o wysokiej zawartości lizyny i innych niezbędnych aminokwasów.

Zadanie polega na opracowaniu nowych odmian i mieszańców słonecznika o zawartości oleju w nasionach 58-60%. Jednocześnie ważna jest poprawa jakości oleju, czyli określonego składu kwasów tłuszczowych, proporcji lipidów i zwiększonej zawartości witamin. Stworzenie nowej zmutowanej odmiany Pervenets, zawierającej do 75% kwasu oleinowego w oleju w porównaniu do 30-35% w konwencjonalnych odmianach, pokazuje ogromne możliwości, jakie oferuje hodowla słonecznika w zakresie jakości produktu.

Selekcję roślin strączkowych zbożowych należy prowadzić pod kątem zwiększonej zawartości białka. Konieczne jest stworzenie odmian buraków cukrowych o podwyższonej zawartości cukru i wysokich walorach technologicznych, nowych odmian technicznych ziemniaków o dużej zawartości skrobi i białka w bulwach. Najważniejszym zadaniem w hodowli lnu włóknistego i bawełny jest opracowanie nowych, wysokowydajnych odmian dających wysoki plon i jakość włókna.

Aby skutecznie rozwiązać problem odporności roślin, ogromne znaczenie ma udoskonalenie metod tworzenia tła zakaźnego i określania składu rasowego rdzy zbóż, zarazy ziemniaka i innych najniebezpieczniejszych chorób. Konieczne jest opracowanie metod identyfikacji genów i dawców odporności na choroby i szkodniki, zbadanie warunków manifestacji ich działania i charakteru dziedziczenia tej właściwości w zależności od doboru par rodzicielskich i warunków pogodowych. Komputery i modelowanie matematyczne powinny służyć do organizowania systemów informacyjno-genetycznych do rejestracji i dokumentowania materiału hodowlanego, opracowywania modeli odmian i programów hodowlanych, obiektywnego doboru par rodzicielskich i wyboru optymalnej strategii hodowlanej.

Należy w dalszym ciągu rozwijać zagadnienia organizacji i ekonomiki przemysłowej produkcji nasion, udoskonalać metody przyspieszonego rozmnażania oraz wprowadzanie do produkcji nowych odmian i mieszańców; opracowywać technologie uprawy w odniesieniu do warunków różnych stref glebowych i klimatycznych; nasiona wysokowydajne na wszystkich poziomach systemu nasiennego; udoskonalać metody i schematy pierwotnej produkcji nasion; kontynuować badania w celu określenia najlepszych warunków środowiskowych i agrotechnicznych do formowania wysokoplennych nasion.

Odmiana odgrywa bardzo ważną rolę w rozwoju technologii oszczędzających energię i zasoby w uprawie roślin rolniczych. Osiąga się to poprzez wysiew odpornych na wyleganie odmian zbóż i niekruszących się odmian grochu, co umożliwia zbiór poprzez bezpośrednie łączenie, wcześnie dojrzewających mieszańców kukurydzy i słonecznika z szybkim wysychaniem ziarna i nasion w okresie dojrzewania, co zmniejsza koszty energii elektrycznej lub paliwo do suszenia wczesnych odmian bawełny liściastych, co pozwala na maszynowy zbiór surowej bawełny z dużą wydajnością i bez strat itp.

Hodowla roślin jest najważniejszym czynnikiem przyspieszającym postęp naukowo-techniczny w rolnictwie. W ostatnich latach dynamicznie rozwija się w kraju i za granicą. Ważne wyniki praktyczne uzyskano w oparciu o opracowanie wysoce skutecznych metod tworzenia nowych odmian. Należą do nich przede wszystkim hodowla krótkołodygowych odmian pszenicy i ryżu, które pozwalają na uzyskanie plonów przekraczających 10 ton z 1 hektara na wysokich użytkach rolniczych, tworzenie hybrydowej kukurydzy i hybrydowego sorgo o potencjalnym plonie 15 ton na 1 ha, opracowanie metod radykalnej poprawy składu aminokwasowego białek najważniejszych zbóż i roślin pastewnych, stworzenie odmian niektórych roślin odpornych na niebezpieczne choroby, podwojenie zawartości oleju w słoneczniku nasiona i inne osiągnięcia. Selekcja i ugruntowana produkcja nasion mają ogromne znaczenie w zwiększaniu plonów i plonów brutto zbóż i innych roślin uprawnych.

Dalszy rozwój tej nauki doprowadził do opracowania zasadniczo nowych metod tworzenia materiału źródłowego i technik zarządzania dziedzicznością. Obok klasycznych metod pozyskiwania materiału źródłowego poprzez hybrydyzację, wykorzystanie lokalnych odmian i naturalnych populacji, coraz większą rolę odgrywają nowe metody genetyczne: heterozja, mutageneza eksperymentalna, poliploidia, haploidalność, hodowla tkankowa, hybrydyzacja somatyczna, inżynieria chromosomowa i genetyczna. Zastosowanie tych metod w procesie hodowli dało już pozytywne rezultaty.

Główne Kierunki Rozwoju Gospodarczego i Społecznego postawiły sobie za zadanie utrwalenie, poprzez zastosowanie biotechnologii i inżynierii genetycznej, tworzenia i wprowadzania do produkcji nowych, wysokoproduktywnych odmian i mieszańców roślin rolniczych, spełniających wymagania intensywnych technologii, odpornych na niekorzystne wpływy środowiska, nadają się do zbioru maszynowego i spełniają wymagania przemysłu spożywczego; doskonalenie organizacji produkcji nasiennej i podnoszenie jakości nasion.

GENETYKA - TEORETYCZNE PODSTAWY SELEKCJI. HODOWLA I JEJ METODY.

• Selekcja to nauka polegająca na hodowaniu nowych i udoskonalaniu istniejących starych odmian roślin, ras zwierząt i szczepów mikroorganizmów o właściwościach niezbędnych człowiekowi.
• Odmiana to populacja roślin sztucznie stworzona przez człowieka, charakteryzująca się określoną pulą genową, dziedzicznie ustalonymi cechami morfologicznymi i fizjologicznymi oraz pewnym poziomem i charakterem produktywności.
• Rasa to populacja zwierząt sztucznie stworzona przez człowieka, charakteryzująca się określoną pulą genową, dziedzicznie ustalonymi cechami morfologicznymi i fizjologicznymi oraz pewnym poziomem i charakterem produktywności.
• Szczep to populacja mikroorganizmów sztucznie stworzona przez człowieka, charakteryzująca się określoną pulą genową, dziedzicznie ustalonymi cechami morfologicznymi i fizjologicznymi oraz pewnym poziomem i charakterem produktywności.

2. Jakie są główne cele selekcji jako nauki?

1. Zwiększanie produktywności odmian roślin, ras zwierząt i szczepów mikroorganizmów;
2. Badanie różnorodności odmian roślin, ras zwierząt i szczepów mikroorganizmów;
3. Analiza wzorców zmienności dziedzicznej podczas procesu hybrydyzacji i mutacji;
4. Badanie roli środowiska w rozwoju cech i właściwości organizmów;
5. Rozwój systemów sztucznej selekcji, które przyczyniają się do utrwalenia i utrwalenia cech przydatnych dla człowieka w organizmach o różnych sposobach rozmnażania;
6. Tworzenie odmian i ras odpornych na choroby i warunki klimatyczne;
7. Uzyskanie odmian, ras i szczepów nadających się do zmechanizowanej uprawy przemysłowej i hodowli.

3. Jakie są teoretyczne podstawy selekcji?

Odpowiedź: Teoretyczną podstawą selekcji jest genetyka. Korzysta także z osiągnięć teorii ewolucji, biologii molekularnej, biochemii i innych nauk biologicznych.

4. Wypełnij tabelę ”Metody selekcji”.

5. Jakie znaczenie ma selekcja w działalności gospodarczej człowieka?

Odpowiedź: Selekcja pozwala zwiększyć produktywność odmian roślin, ras zwierząt i szczepów mikroorganizmów; opracować systemy sztucznej selekcji, które pomogą wzmocnić i utrwalić cechy korzystne dla człowieka w różnych organizmach; tworzyć odmiany i rasy odporne na choroby i warunki klimatyczne; uzyskać odmiany, rasy i szczepy nadające się do zmechanizowanej uprawy przemysłowej i hodowli.

NAUCZANIE N.I. VAVILOV O CENTRACH RÓŻNORODNOŚCI I POCHODZENIA UPRAWNYCH ROŚLIN.

1. Podaj definicje pojęć.

• Centrum różnorodności i pochodzenia to terytorium (obszar geograficzny), w obrębie którego powstał gatunek lub inna systematyczna kategoria roślin uprawnych i skąd się rozprzestrzenił.
• Seria homologiczna to podobna seria dziedzicznej zmienności u genetycznie bliskich gatunków i rodzajów.

2. Formułować prawo szeregów homologicznych o zmienności dziedzicznej.

Odpowiedź: Gatunki i rodzaje genetycznie bliskie charakteryzują się podobnym ciągiem dziedzicznej zmienności z taką regularnością, że znając szereg form w obrębie jednego gatunku, można przewidzieć obecność form równoległych u innych gatunków i rodzajów. Im bliżej rodzajów i gatunków są genetycznie umiejscowione w ogólnym systemie, tym pełniejsze jest podobieństwo w szeregu ich zmienności. Całe rodziny roślin charakteryzują się na ogół pewnym cyklem zmienności, obejmującym wszystkie rodzaje i gatunki tworzące rodzinę.

3. Wypełnij tabelę " Ośrodki pochodzenia i różnorodności roślin uprawnych.”

BIOTECHNOLOGIA, JEJ OSIĄGNIĘCIA I PERSPEKTYWY ROZWOJU.

1. Podaj definicje pojęć.

• Biotechnologia to dyscyplina badająca możliwości wykorzystania organizmów żywych, ich układów lub produktów ich życiowej działalności do rozwiązywania problemów technologicznych, a także możliwość tworzenia organizmów żywych o niezbędnych właściwościach za pomocą inżynierii genetycznej.
• Inżynieria komórkowa to tworzenie nowego typu komórek w oparciu o ich hybrydyzację, rekonstrukcję i hodowlę. W wąskim znaczeniu tego słowa termin ten odnosi się do hybrydyzacji protoplastów, czyli szeroko rozumianych komórek zwierzęcych - różnych manipulacji nimi, mających na celu rozwiązanie problemów naukowych i praktycznych.
• Inżynieria genetyczna to zespół technik, metod i technologii otrzymywania rekombinowanego RNA i DNA, izolowania genów z organizmu, manipulacji genami i wprowadzania ich do innych organizmów.

2. Jaka jest rola biotechnologii w praktycznej działalności człowieka?

Odpowiedź: Procesy biotechnologiczne są stosowane w pieczeniu, produkcji wina, browarnictwie i przygotowywaniu fermentowanych produktów mlecznych; procesy mikrobiologiczne – do produkcji acetonu, butanolu, antybiotyków, witamin, białka paszowego; biotechnologia obejmuje także wykorzystanie organizmów żywych, ich układów lub produktów ich życiowej działalności do rozwiązywania problemów technologicznych, możliwość tworzenia organizmów żywych o niezbędnych właściwościach.

3. Jakie są perspektywy rozwoju biotechnologii?

Dalszy rozwój biotechnologii pomoże rozwiązać szereg ważnych problemów:

1. Rozwiąż problem niedoboru żywności.
2. Zwiększ produktywność uprawianych roślin, twórz odmiany bardziej odporne na niekorzystne działanie, a także znajdź nowe sposoby ochrony roślin.
3. Twórz nowe nawozy biologiczne, wermikompost.
4. Znajdź alternatywne źródła białka zwierzęcego.
5. Rozmnażaj rośliny wegetatywnie za pomocą kultur tkankowych.
6. Twórz nowe leki i suplementy diety.
7. Prowadzimy wczesną diagnostykę chorób zakaźnych i nowotworów złośliwych.
8. Uzyskanie paliw przyjaznych środowisku poprzez przetwarzanie odpadów przemysłowych i rolniczych.
9. Przetwarzaj minerały na nowe sposoby.
10. Stosowanie metod biotechnologicznych w większości gałęzi przemysłu dla dobra ludzkości.

4. Jakie są według Ciebie możliwe negatywne konsekwencje niekontrolowanych badań w biotechnologii?

Odpowiedź: Produkty transgeniczne mogą być szkodliwe dla zdrowia i powodować nowotwory złośliwe Klonowanie ludzi jest nieludzkie i sprzeczne ze światopoglądem wielu narodów. Najnowsze osiągnięcia biotechnologii mogą prowadzić do niekontrolowanych konsekwencji: powstania nowych wirusów i mikroorganizmów, które są niezwykle niebezpieczne dla człowieka, a także kontrolowanych: stworzenia broni biologicznej.

Współczesny okres rozwoju selekcji rozpoczyna się wraz z powstaniem nowej nauki - genetyki. Genetyka to nauka zajmująca się badaniem dziedziczności i zmienności organizmów. Bardzo istotny wkład w wyjaśnienie istoty dziedziczności wniósł G. Mendel (1822-1884), którego doświadczenia związane z krzyżowaniem roślin stanowią podstawę większości współczesnych badań nad dziedzicznością. Z pochodzenia Czech, mnich z klasztoru franciszkanów w Brunn (obecnie Brno), G. Mendel jednocześnie uczył nauk przyrodniczych w prawdziwej szkole i bardzo interesował się ogrodnictwem. Przez wiele lat cały swój wolny czas poświęcał eksperymentom w krzyżowaniu różnych roślin uprawnych. W rezultacie odkryto wzorce przekazywania cech potomstwu. G. Mendel swoje wyniki ogłosił na zebraniu „Towarzystwa Przyrodników” w Brnie, a następnie opublikował je w 1866 r. w pracach naukowych tego Towarzystwa. Przepisy te jednak zaprzeczały istniejącym wówczas poglądom na temat dziedziczności i dlatego zyskały uznanie 34 lata po ich ponownym odkryciu.

W 1900 r. ukazały się jednocześnie trzy prace, wykonane przez trzech genetyków: Hugo de Vriesa z Holandii, K. Corrensa z Niemiec i E. Cermaka z Austrii. Potwierdzili prawa dziedziczności odkryte przez G. Mendla.

Opublikowane prace de Vriesa, Corrensa i Cermaka nazywane są zwykle ponownym odkryciem praw Mendla, a rok 1900 uważany jest za oficjalną datę początku istnienia genetyki eksperymentalnej jako samodzielnej nauki.

Genetykę jako samodzielną naukę oddzielono od biologii za sugestią angielskiego naukowca Batesona w 1907 roku. Zaproponował także nazwę nauki – genetyka.

Od ponownego odkrycia praw Mendla N.P. Dubinin (1986) wyróżnia trzy etapy rozwoju genetyki.

Pierwszy etap - To era genetyki klasycznej, która trwała od 1900 do 1930 roku. Był to czas powstania teorii genów i chromosomalnej teorii dziedziczności. Duże znaczenie miał także rozwój doktryny fenotypu i genotypu, wzajemnego oddziaływania genów, genetycznych zasad doboru indywidualnego w hodowli oraz doktryny mobilizacji rezerw genetycznych planety do celów selekcji. Niektóre z odkryć tego okresu zasługują na szczególną uwagę.

Niemiecki biolog August Weismann (1834-1914) stworzył teorię, która pod wieloma względami wyprzedzała chromosomalną teorię dziedziczności.

Hipotezy Weismana dotyczące znaczenia dzielenia redukcyjnego. Ponadto rozróżnił cechy, które się dziedziczy, i te, które nabywa się pod wpływem warunków zewnętrznych lub wysiłku fizycznego.

A. Weisman próbował eksperymentalnie udowodnić niedziedziczność uszkodzeń mechanicznych (przez pokolenia odcinał jej ogony, ale nie otrzymał bezogonowego potomstwa).

Następnie doprecyzowano ogólną koncepcję A. Weismana, uwzględniając dane cytologiczne i informacje o roli jądra w dziedziczeniu cech. Ogólnie rzecz biorąc, jako pierwszy udowodnił niemożność dziedziczenia cech nabytych w trakcie ontogenezy, podkreślił autonomię komórek rozrodczych, a także pokazał biologiczne znaczenie redukcji liczby chromosomów w mejozie jako mechanizmu utrzymania stałości diploidalny zestaw chromosomów gatunku i podstawa zmienności kombinacyjnej.

W 1901 r. G. De Vries sformułował teorię mutacji, która w dużej mierze pokrywa się z teorią heterogenezy (1899) rosyjskiego botanika S. I. Korzhinsky'ego (1861–1900). Według teorii mutacji Korzhinsky'ego - De Vriesa cechy dziedziczne nie są absolutnie stałe, ale mogą się gwałtownie zmieniać z powodu zmian - mutacji ich skłonności.

Najważniejszy kamień milowy w rozwoju genetyki - stworzenie chromosomalnej teorii dziedziczności - wiąże się z nazwiskiem amerykańskiego embriologa i genetyka Thomasa Genta Morgana (1866–1945) i jego szkołą. Na podstawie eksperymentów z muszkami owocowymi - muszka owocowa W połowie lat dwudziestych naszego stulecia Morgan sformułował ideę liniowego ułożenia genów w chromosomach i stworzył pierwszą wersję teorii genu - elementarnego nośnika informacji dziedzicznej. Problem genów stał się głównym problemem genetyki. Obecnie jest on opracowywany.

Doktryna o zmienności dziedzicznej była kontynuowana w pracach radzieckiego naukowca Nikołaja Iwanowicza Wawilowa (1887–1943), który w 1920 r. sformułował prawo szeregów homologicznych dziedzicznej zmienności. Prawo to podsumowało ogromną ilość materiału na temat równoległości zmienności bliskich rodzajów i gatunków, łącząc w ten sposób systematykę i genetykę. Prawo to było ważnym krokiem w kierunku późniejszej syntezy genetyki i nauczania ewolucyjnego. N.I. Vavilov stworzył także teorię ośrodków genetycznych roślin uprawnych, co znacznie ułatwiło wyszukiwanie i wprowadzanie niezbędnych genotypów roślin.

W tym samym okresie zaczęły szybko rozwijać się inne obszary genetyki ważne dla rolnictwa. Należą do nich prace nad badaniem wzorców dziedziczenia cech ilościowych (w szczególności badania szwedzkiego genetyka G. Nilsson-Ehle), nad wyjaśnieniem mocy hybrydy – heterozji (prace amerykańskich genetyków E. Easta i D. Jonesa), nad międzygatunkową hybrydyzacją roślin sadowniczych (I. V. Michurin w Rosji i L. Burbank w USA), liczne badania poświęcone genetyce prywatnej różnych typów roślin uprawnych i zwierząt domowych.

Do tego etapu należy również kształtowanie genetyki w ZSRR. W latach popaździernikowych powstały trzy szkoły genetyczne, na których czele stali wybitni naukowcy: N.K. Koltsov (1872–1940) w Moskwie, Yu.A. Filipchenko (1882–1930) i N.I. Vavilov (1887–1943) w Leningradzie ważną rolę w rozwoju badań genetycznych.

Druga faza, - To etap neoklasycyzmu w genetyce, który trwał od 1930 do 1953 roku. Początek drugi etap można wiązać z odkryciem przez O. Avery’ego w 1944 roku substancji dziedzicznej – kwasu dezoksyrybonukleinowego (DNA).

Odkrycie to symbolizowało początek nowego etapu w genetyce - narodziny genetyki molekularnej, która stała się podstawą wielu odkryć w biologii XX wieku.

W ciągu tych lat odkryto możliwość sztucznego powodowania zmian w genach i chromosomach (mutageneza eksperymentalna); odkryto, że gen jest złożonym systemem, który można podzielić na części; uzasadnione są zasady genetyki populacyjnej i genetyki ewolucyjnej; stworzono genetykę biochemiczną, która ukazała rolę genów we wszystkich głównych biosyntezach w komórce i organizmie;

Dorobek tego okresu to przede wszystkim sztuczna mutageneza. Pierwsze dowody na to, że mutacje można wywołać sztucznie, uzyskali w 1925 r. w ZSRR G. A. Nadson i G. S. Filippow w doświadczeniach z napromieniowaniem radem niższych grzybów (drożdży), a decydujące dowody na możliwość eksperymentalnego uzyskania mutacji podano w 1927 r. eksperymenty Amerykanina Mellera dotyczące wpływu promieni rentgenowskich.

Inny amerykański biolog J. Stadler (1927) odkrył podobne efekty u roślin. Następnie odkryto, że promienie ultrafioletowe również mogą powodować mutacje i że wysoka temperatura ma tę samą zdolność, choć w słabszym stopniu. Wkrótce pojawiła się także informacja, że ​​mutacje mogą być spowodowane substancjami chemicznymi. Kierunek ten zyskał szerokie spektrum dzięki badaniom I. A. Rapoporta w ZSRR i S. Auerbacha w Wielkiej Brytanii. Stosując metodę mutagenezy indukowanej, radzieccy naukowcy pod kierunkiem A. S. Serebrovsky'ego (1892–1948) rozpoczęli badania struktury genu u Drosophila Melanogaster. W swoich badaniach (1929–1937) jako pierwsi ukazali jego złożoną budowę.

Na tym samym etapie historii genetyki powstał i rozwinął się kierunek, którego celem było badanie procesów genetycznych w ewolucji. Zasadnicze prace w tym zakresie wykonywali radziecki naukowiec S. S. Czetwerikow (1880–1959), angielscy genetycy R. Fisher i J. Haldane oraz amerykański genetyk S. Wright. S.S. Chetverikov i jego współpracownicy przeprowadzili pierwsze badania eksperymentalne struktury genetycznej populacji naturalnych na kilku gatunkach Drosophila. Potwierdzili znaczenie procesu mutacji w populacjach naturalnych. Następnie prace te kontynuowali N.P. Dubinin w ZSRR i F. Dobzhansky w USA.

Na przełomie lat 40. XX w. J. Bill (ur. 1903) i E. Tatum (1909–1975) położyli podwaliny pod genetykę biochemiczną.

Pierwszeństwo w rozszyfrowaniu struktury cząsteczki DNA mają amerykański wirusolog James Dew Watson (ur. 1928) i angielski fizyk Francis Crick (ur. 1916), którzy w 1953 roku opublikowali model strukturalny tego polimeru.

Od tego momentu, a mianowicie roku 1953, rozpoczyna się trzeci etap rozwoju genetyki - era genetyki syntetycznej . Czas ten nazywany jest zwykle okresem genetyki molekularnej.

Trzeci etap , która rozpoczęła się od konstrukcji modelu DNA, była kontynuowana wraz z odkryciem kodu genetycznego w 1964 roku. Okres ten charakteryzuje się licznymi pracami nad rozszyfrowaniem struktury genomów. Tak więc pod koniec XX wieku pojawiły się informacje o całkowitym dekodowaniu genomu muchy Drosophila, naukowcy opracowali pełną mapę Arabidopsis, czyli małej musztardy, i odszyfrowano ludzki genom.

Odszyfrowanie jedynie poszczególnych odcinków DNA pozwala już naukowcom na uzyskanie roślin transgenicznych, czyli tzw. rośliny z wprowadzonymi genami innych organizmów. Według niektórych źródeł takimi roślinami obsiany jest obszar równy Wielkiej Brytanii. Są to głównie kukurydza, ziemniaki i soja. Obecnie genetyka jest podzielona na wiele skomplikowanych dziedzin. Wystarczy zauważyć osiągnięcia inżynierii genetycznej w wytwarzaniu hybryd somatycznych i transgenicznych, stworzeniu pierwszej mapy genomu człowieka (Francja, 1992; USA, 2000), produkcji klonowanych owiec (Szkocja, 1997), klonowanych prosiąt (USA, 2000) itp.

Początek XXI wieku nazywany jest okresem postgenomicznym i najwyraźniej upłynie pod znakiem nowych odkryć w dziedzinie genetyki związanych z klonowaniem istot żywych i tworzeniem nowych organizmów w oparciu o mechanizmy inżynierii genetycznej.

Zgromadzone dotychczas metody pozwalają znacznie szybciej rozszyfrować genomy złożonych organizmów, a także wprowadzić do nich nowe geny.

Najważniejsze odkrycia w dziedzinie genetyki:

1864 – Podstawowe prawa genetyki (G. Mendel)

1900 – Odkryto na nowo prawa G. Mendla ( G. de Vries, K. Correns, E. Cermak)

1900–1903 – Teoria mutacji (G.de Vries)

1910 – Chromosomalna teoria dziedziczności (T. Morgan, T. Boveri, W. Sutton)

1925–1938 – „jeden gen – jedno białko” (J. Bill, E. Tatum)

1929 – podzielność genów (A.S. Serebrov, N.P. Dubinin)

1925 – sztuczne mutacje (GA Nadson, G.S. Filippov)

1944 – DNA – nośnik informacji dziedzicznej (O. Avery, K. McLeod)

1953 – Model strukturalny DNA (J. Watson, F. Crick)

1961 – kod genetyczny (M. Nirenberg, R. Holley, G. Khorana)

1961 – operonowa zasada organizacji genów i regulacji aktywności genów u bakterii (F. Jacob, J. Monod)

1959 – synteza genów (G.Khorana )

1974–1975 – metody inżynierii genetycznej ( K. Murray, N. Murray, W. Benton, R. Davis, E. Southern, M. Granstein, D. Hognes)

1978–2000 – rozszyfrowanie genomów (F. Blatner, R. Clayton, M. Adams, itd.)

Metody genetyczne

HYBRYDOLOGICZNE – s. 25 Dokonano analizy wzorców dziedziczenia indywidualnych cech i właściwości organizmów podczas rozmnażania płciowego, a także analizy zmienności genów i ich kombinatoryki (oprac. G. Mendel).

CYTOLOGICZNE - z Za pomocą mikroskopów optycznych i elektronowych bada się materialne podstawy dziedziczności na poziomie komórkowym i subkomórkowym (chromosomy, DNA).

CYTOGENETYCZNY – z integracja metod hybrydologicznych i cytologicznych zapewnia badanie kariotypu, zmian w strukturze i liczbie chromosomów.

POPULACYJNO-STATYSTYCZNE – o Polega na określeniu częstości występowania różnych genów w populacji, co pozwala obliczyć liczbę organizmów heterozygotycznych, a tym samym przewidzieć liczbę osobników z patologiczną (mutantową) manifestacją działania genu.

BIOCHEMICZNE- badane są zaburzenia metaboliczne (białka, tłuszcze, węglowodany, minerały) wynikające z mutacji genów.

MATEMATYCZNY – rz Przeprowadza się ilościowe rozliczenie dziedziczenia cech.

GENEALOGICZNE – Wyrażone w zestawieniu rodowodów. Pozwala ustalić rodzaj i charakter dziedziczenia cech.

ONTOGENETYCZNY – Pozwala prześledzić działanie genów w procesie indywidualnego rozwoju; w połączeniu z metodą biochemiczną umożliwia ustalenie obecności genów recesywnych w stanie heterozygotycznym według fenotypu.

Wybór to nauka o metodach tworzenia wysoce produktywnych odmian roślin, ras zwierząt i szczepów mikroorganizmów.

Współczesna selekcja to rozległa dziedzina działalności człowieka, będąca fuzją różnych dziedzin nauki, wytwarzania produktów rolnych i ich złożonego przetwarzania.

Problemy współczesnej hodowli

Tworzenie nowych i udoskonalanie starych odmian, ras i szczepów o cechach użytecznych ekonomicznie.

Tworzenie zaawansowanych technologicznie, wysoce produktywnych systemów biologicznych, które maksymalnie wykorzystują surowce i zasoby energetyczne planety.

Zwiększanie produktywności ras, odmian i odmian na jednostkę powierzchni w jednostce czasu.

Poprawa walorów konsumenckich produktów.

Ograniczanie udziału produktów ubocznych i ich kompleksowe przetwarzanie.

Ograniczanie udziału strat spowodowanych szkodnikami i chorobami.

Teoretyczne podstawy selekcji to genetyka, gdyż to właśnie znajomość praw genetyki pozwala celowo kontrolować występowanie mutacji, przewidywać skutki krzyżowania i prawidłowo dobierać mieszańce. W wyniku zastosowania wiedzy genetycznej udało się stworzyć ponad 10 000 odmian pszenicy na bazie kilku oryginalnych dzikich odmian oraz uzyskać nowe szczepy mikroorganizmów wydzielających białka spożywcze, substancje lecznicze, witaminy itp.

Metody hodowli główne specyficzne metody selekcji pozostają hybrydyzacja I sztuczna selekcja.Hybrydyzacja

Główną metodą uzyskania nowych kombinacji cech jest krzyżowanie organizmów o różnych genotypach.

Wyróżnia się następujące typy przejść:

Wewnątrzgatunkowy przejście– w obrębie gatunku krzyżują się różne formy (niekoniecznie odmiany i rasy). Do krzyżówek wewnątrzgatunkowych zalicza się także krzyżowania organizmów tego samego gatunku żyjących w różnych warunkach środowiskowych.

Endogamia– chów wsobny u roślin i chów wsobny u zwierząt. Służy do uzyskania czystych linii.

Przejścia międzyliniowe– krzyżowani są przedstawiciele czystych linii (a w niektórych przypadkach różnych odmian i ras). Krzyżówki wsteczne (tylne krzyże) to krzyżówki mieszańców (heterozygot) z formami rodzicielskimi (homozygotami). Na przykład krzyżowanie heterozygot z dominującymi formami homozygotycznymi stosuje się w celu zapobiegania fenotypowym objawom alleli recesywnych.

Analiza krzyży- Są to krzyżówki form dominujących o nieznanym genotypie z recesywno-homozygotycznymi liniami testowymi.

Zdalny przejście– międzygatunkowe i międzyrodzajowe. Zwykle odległe hybrydy są bezpłodne i rozmnażają się wegetatywnie

Selekcja to proces zróżnicowanego (nierównego) rozmnażania genotypów. Nie należy zapominać, że w rzeczywistości selekcja odbywa się według fenotypów na wszystkich etapach ontogenezy organizmów (osobników). Niejednoznaczne zależności pomiędzy genotypem a fenotypem wymagają badania wybranych roślin przez potomstwo.

Wybór masowy– zaznaczona jest cała grupa. Na przykład nasiona najlepszych roślin są łączone i wysiewane razem. Selekcję masową uważa się za pierwotną formę selekcji, gdyż nie eliminuje ona wpływu zmienności modyfikacji (w tym modyfikacji długoterminowych). Stosowany w produkcji nasion. Zaletą tej formy selekcji jest zachowanie wysokiego poziomu różnorodności genetycznej w wybranej grupie roślin.

Indywidualny wybór– wybiera się poszczególne osobniki, a zebrane od nich nasiona wysiewa się osobno. Selekcję indywidualną uważa się za progresywną formę selekcji, gdyż eliminuje ona wpływ zmienności modyfikacji.

Rodzaj selekcji rodzinnej to wybór rodzeństwa . Dobór rodzeństwa opiera się na selekcji najbliższych krewnych (rodzeństwo – bracia i siostry). Szczególnym przypadkiem selekcji rodzeństwa jest dobór słonecznika ze względu na zawartość oleju metoda połówek. Przy stosowaniu tej metody kwiatostan słonecznika (kosz) dzieli się na pół. Nasiona jednej połówki sprawdza się pod kątem zawartości oleju: jeśli zawartość oleju jest wysoka, wówczas do dalszej selekcji wykorzystuje się drugą połowę nasion.