Genetske osnove selekcije rastlin, živali in mikroorganizmov. Osnove genetike

KAJ JE SELEKCIJA.

Beseda "izbor" izvira iz latinščine. »selectio«, kar v prevodu pomeni »izbira, izbor«. Žlahtnjenje je veda, ki razvija nove načine in metode za pridobivanje rastlinskih sort in njihovih hibridov ter pasem živali. To je tudi veja kmetijstva, ki se ukvarja z razvojem novih sort in pasem z lastnostmi, ki so potrebne za človeka: visoka produktivnost, določene kakovosti proizvoda, odpornost proti boleznim, dobro prilagojenost določenim rastnim pogojem.

GENETIKA KOT TEORETIČNA OSNOVA SELEKCIJE.

Teoretična osnova selekcije je genetika - veda o zakonitostih dednosti in variabilnosti organizmov ter načinih njihovega nadzora. Proučuje vzorce dedovanja lastnosti in lastnosti starševskih oblik, razvija metode in tehnike za obvladovanje dednosti. Z njihovo uporabo v praksi pri vzreji novih sort rastlin in živalskih pasem človek pridobi potrebne oblike organizmov, pa tudi nadzoruje njihov individualni razvoj in montogenezo. Temelje sodobne genetike je postavil češki znanstvenik G. Mendel, ki je leta 1865 uveljavil načelo diskretnosti oziroma diskontinuitete pri dedovanju lastnosti in lastnosti organizmov. V poskusih z grahom je raziskovalec pokazal, da se lastnosti starševskih rastlin med križanjem ne uničijo ali pomešajo, ampak se prenesejo na potomce bodisi v obliki, značilni za enega od staršev, bodisi v vmesni obliki, ki se ponovno pojavi v naslednjih generacijah. v določenih količinskih razmerjih. Njegovi poskusi so dokazali tudi, da obstajajo materialni nosilci dednosti, kasneje imenovani geni. Za vsak organizem so posebni. V začetku dvajsetega stoletja je ameriški biolog T. H. Morgan utemeljil kromosomsko teorijo dednosti, po kateri dedne lastnosti določajo kromosomi – organeli jedra vseh telesnih celic. Znanstvenik je dokazal, da se geni nahajajo linearno med kromosomi in da so geni na enem kromosomu med seboj povezani. Lastnost običajno določa par kromosomov. Ko nastanejo zarodne celice, se parni kromosomi ločijo. Njihov celoten sklop se obnovi v oplojeni celici. Tako novi organizem prejme kromosome od obeh staršev in z njimi podeduje določene lastnosti. V dvajsetih letih sta se pojavili in začeli razvijati mutacijska in populacijska genetika. Populacijska genetika je področje genetike, ki preučuje glavne dejavnike evolucije - dednost, variabilnost in selekcijo - v specifičnih okoljskih razmerah populacije. Ustanovitelj te smeri je bil sovjetski znanstvenik S.S. Chetverikov. Genetiko mutacij bomo obravnavali vzporedno z mutagenezo. V tridesetih letih prejšnjega stoletja je genetik N. K. Koltsov predlagal, da so kromosomi velikanske molekule, s čimer je predvidel nastanek nove smeri v znanosti - molekularne genetike. Kasneje je bilo dokazano, da so kromosomi sestavljeni iz beljakovin in molekul deoksiribonukleinske kisline (DNK). Molekule DNK vsebujejo dedno informacijo, program za sintezo beljakovin, ki so osnova življenja na Zemlji. Sodobna genetika se vsestransko razvija. Ima veliko smeri. Ločimo genetiko mikroorganizmov, rastlin, živali in človeka. Genetika je tesno povezana z drugimi biološkimi vedami – evolucijsko znanostjo, molekularno biologijo, biokemijo. Je teoretična osnova selekcije. Na podlagi genetskih raziskav so bile razvite metode za pridelavo hibridov koruze, sončnic, sladkorne pese, kumar ter hibridov in križancev živali, ki imajo heterozis zaradi heterozisa (heteroza je pospešena rast, povečana velikost, povečana sposobnost preživetja in produktivnost živali). hibridi prve generacije v primerjavi s starševskimi organizmi )večjo produktivnost.

Teoretična osnova selekcije in semenarstva je genetika – preučevanje zakonitosti dednosti in variabilnosti organizmov. Njegovo stališče do diskretnosti dednosti, doktrine mutacij in modifikacij, konceptov genotipa in fenotipa, dominantnosti in recesivnosti, homo- in heterozigotnosti, ugotavljanja narave heteroze, transgresij in neoplazem med hibridizacijo, vseh dosežkov genetike so izjemnega pomena za razvoj učinkovitih metod selekcije in semenarstva kmetijskih rastlin

Za razvoj učinkovitih metod za ustvarjanje sort in hibridov z visokimi tehnološkimi in prehranskimi lastnostmi zrnja je treba preučiti genetske in fiziološko-biokemične vzorce dednosti in variabilnosti vsebnosti ogljikovih hidratov, frakcijske in aminokislinske sestave beljakovin v zrnju, narave variabilnosti in dedovanja kakovostnih lastnosti zrnja pri pšenici, pivskem ječmenu, prosu, semenu zrnatih stročnic in oljnic ter oblikovati teoretične osnove transgresivne selekcije na podlagi lastnosti, ki določajo kakovostno sestavo glavnih snovi (beljakovine, olje itd.) . Pomembno je nadalje izboljšati metodo elektroforeze skladiščnih proteinov pšeničnega in ječmenovega zrna za izbiro starševskih oblik med hibridizacijo in izbiro najvrednejših rekombinantov za kakovost zrn, odpornost proti zmrzali, odpornost proti boleznim in druge gospodarsko pomembne lastnosti, kot kot tudi za biotipsko analizo sort v primarnih fazah pridelave semena. Zelo pomembno je preučiti genetske osnove ter morfološke in anatomske značilnosti odpornosti žit proti poleganju in osipanju ter ustvariti odporne sorte. Treba je razviti in izboljšati metode za pridobivanje novih oblik rastlin z uporabo poliploidije, haploidije, kulture hibridnih zarodkov, pa tudi celičnega, kromosomskega in genskega inženiringa.

Genetika je utemeljila uporabo individualnih selekcijskih metod in razvila teorijo križanj. Ena najpomembnejših nalog žlahtnjenja je ustvarjanje sort, ki dajejo visoko kakovostne izdelke. Zrna novih visoko produktivnih sort in hibridov žitnih poljščin morajo imeti odlične tehnološke in prehranske lastnosti, stabilne v spreminjajočih se rastnih razmerah. V naši državi je bilo vzrejenih in coniranih več kot 60 sort močne pšenice (Bezostaya 1, Mironovskaya 808, Donskaya Bezostaya, Odesskaya 51, Obriy, Saratovskaya 29, Saratovskaya 44, Tselinnaya 60, Novosibirskaya 87 itd.), Ki služijo kot odličen izvorni material za ustvarjanje več kakovostnih sort za vsa podnebna območja. Med novimi conskimi sortami spomladanske pšenice po tehnoloških lastnostih zrnja izstopa Saratovskaya 54. Za to sorto je značilna stalno visoka vsebnost beljakovin v zrnju in visok volumetrični pridelek kruha ter boljša poroznost. Njegova kakovost glutena je višja kot pri sorti Saratovskaya 29. Med vzorci svetovne zbirke so sorte in oblike, ki imajo izjemno visoko kakovost zrna - vsebujejo od 18 do 22% beljakovin (vzorci iz Kitajske, Kanade, Indije). Uspešno se uporabljajo pri hibridizaciji. Nove sorte pšenice morajo imeti višjo vsebnost beljakovin (15-16 %) in kakovosten gluten.

Treba je ustvariti sorte ozimne in spomladanske pšenice, ki združujejo visok pridelek (7-9 oziroma 5-6 ton na 1 ha) z visoko vsebnostjo beljakovin v zrnju (16-17 in 18-19%), visoko -kakovosten gluten in izboljšana aminokislinska sestava. Najpomembnejša naloga žlahtnjenja je, da v različnih vremenskih razmerah razvijemo sorte s stalno visokim pridelkom in kakovostjo zrnja. Zelo pomemben žlahtniteljski problem je tudi ustvarjanje visokoproteinskih sort in hibridov koruze, pšenice, ječmena in ovsa z visoko vsebnostjo lizina in drugih esencialnih aminokislin.

Naloga je razviti nove sorte in hibride sončnic z vsebnostjo semenskega olja 58-60 %. Hkrati je pomembno izboljšati kakovost olja, to je določeno sestavo maščobnih kislin, lipidno razmerje in povečati vsebnost vitaminov. Ustvarjanje nove mutirane sorte Pervenets, ki vsebuje do 75 % oleinske kisline v olju v primerjavi s 30-35 % v konvencionalnih sortah, kaže na ogromne možnosti žlahtnjenja sončnic za kakovost izdelka.

Izbor zrnatih stročnic je treba izvesti za povečano vsebnost beljakovin. Treba je ustvariti sorte sladkorne pese s povečano vsebnostjo sladkorja in visoko tehnološko kakovostjo, nove tehnične sorte krompirja z veliko količino škroba in beljakovin v gomoljih. Najpomembnejša naloga pri žlahtnjenju lanu za vlakna in bombaža je razvoj novih visokorodnih sort, ki dajejo visok donos in kakovost vlaken.

Za uspešno reševanje problema imunosti rastlin je zelo pomembno izboljšati metode za ustvarjanje nalezljivih ozadij in določanje rasne sestave rje žitnih pridelkov, krompirjeve plesni in drugih najnevarnejših bolezni. Treba je razviti metode za identifikacijo genov in donorjev odpornosti na bolezni in škodljivce, preučiti pogoje za manifestacijo njihovega delovanja in naravo dedovanja te lastnosti glede na izbiro starševskih parov in vremenske razmere. Z računalniško in matematičnim modeliranjem je treba organizirati informacijsko-genetske sisteme za registracijo in dokumentacijo plemenskega materiala, razvijati modele sort in žlahtniteljskih programov, objektivno selekcijo starševskih parov ter izbrati optimalno žlahtniteljsko strategijo.

Še naprej je treba razvijati vprašanja organizacije in ekonomike industrijskega semenarstva, izboljševati metode pospešenega razmnoževanja in uvajanja novih sort in hibridov v pridelavo; razviti tehnologije gojenja glede na razmere različnih tal in podnebnih območij; visoko donosna semena na vseh ravneh semenskega sistema; izboljšati metode in sheme primarne proizvodnje semen; nadaljevati raziskave, da bi ugotovili najboljše okoljske in agrotehnične pogoje za tvorbo visoko donosnih semen.

Sorta ima zelo pomembno vlogo pri razvoju tehnologij za varčevanje z energijo in viri za gojenje kmetijskih pridelkov. To dosežemo s setvijo proti poleganju odpornih sort žit in nestrhljivih sort graha, kar omogoča žetev z neposrednim združevanjem, zgodnjih hibridov koruze in sončnic s hitrim sušenjem zrnja in semena med dozorevanjem, kar zmanjšuje stroške el. ali gorivo za sušenje zgodnjih listopadnih sort bombaža, ki omogoča strojno žetev surovega bombaža z visoko produktivnostjo in brez izgub itd.

Žlahtnjenje rastlin je najpomembnejši dejavnik pospeševanja znanstvenega in tehnološkega napredka v kmetijstvu. V zadnjih letih se hitro razvija pri nas in v tujini. Pomembni praktični rezultati so bili pridobljeni na podlagi razvoja zelo učinkovitih metod za ustvarjanje novih sort. Sem sodijo predvsem žlahtnjenje kratkopecnih sort pšenice in riža, ki na visoki kmetijski podlagi omogočajo pridelek nad 10 ton na 1 hektar, ustvarjanje hibridov koruze in hibridov sirka s potencialnim pridelkom 15 ton na 1 hektar, razvoj metod za radikalno izboljšanje aminokislinske sestave beljakovin najpomembnejših žit in krmnih rastlin, ustvarjanje sort nekaterih poljščin, odpornih na nevarne bolezni, podvojitev vsebnosti olja v sončnici. semena in druge dosežke. Selekcija in uveljavljeno semenarstvo sta postali izjemnega pomena za povečevanje pridelka in bruto pridelka žita in drugih kmetijskih rastlin.

Nadaljnji razvoj te znanosti je privedel do razvoja popolnoma novih metod za ustvarjanje izvornega materiala in tehnik za obvladovanje dednosti. Poleg klasičnih metod pridobivanja izvornega materiala s hibridizacijo, uporabo lokalnih sort in naravnih populacij, imajo vse pomembnejšo vlogo nove genetske metode: heteroza, eksperimentalna mutageneza, poliploidija, haploidija, tkivne kulture, somatska hibridizacija, kromosomski in genski inženiring. Uporaba teh metod v procesu žlahtnjenja je že dala pozitivne rezultate.

Glavne usmeritve gospodarskega in družbenega razvoja postavljajo nalogo, da z uporabo biotehnologije in genskega inženiringa krepijo ustvarjanje in uvedbo v proizvodnjo novih visoko produktivnih sort in hibridov kmetijskih rastlin, ki izpolnjujejo zahteve intenzivnih tehnologij, so odporne na škodljivi vplivi okolja, so primerni za strojno spravilo in zadovoljujejo zahteve živilske industrije; izboljšati organizacijo pridelave semena in izboljšati kakovost semena.

GENETIKA - TEORETIČNE OSNOVE SELEKCIJE. VZREJA IN NJENE METODE.

• Selekcija je veda o vzgoji novih in izboljšanju obstoječih starih sort rastlin, živalskih pasem in sevov mikroorganizmov z lastnostmi, potrebnimi za človeka.
• Sorta je rastlinska populacija, ki jo je umetno ustvaril človek, za katero so značilni določen genski sklad, dedno določene morfološke in fiziološke značilnosti ter določena stopnja in narava produktivnosti.
• Pasma je populacija živali, ki jo je umetno ustvaril človek, za katero so značilni določen genski sklad, dedno določene morfološke in fiziološke značilnosti ter določena stopnja in narava produktivnosti.
• Sev je populacija mikroorganizmov, ki jo je umetno ustvaril človek, za katero so značilni določen genski sklad, dedno določene morfološke in fiziološke značilnosti ter določena stopnja in narava produktivnosti.

2. Kateri so glavni cilji selekcije kot vede?

1. Povečanje produktivnosti rastlinskih sort, pasem živali in sevov mikroorganizmov;
2. Proučevanje raznolikosti rastlinskih sort, pasem živali in sevov mikroorganizmov;
3. Analiza vzorcev dedne variabilnosti v procesu hibridizacije in mutacije;
4. Preučevanje vloge okolja pri razvoju značilnosti in lastnosti organizmov;
5. Razvoj sistemov umetne selekcije, ki prispevajo h krepitvi in ​​utrjevanju lastnosti, uporabnih za človeka, v organizmih z različnimi vrstami razmnoževanja;
6. Ustvarjanje sort in pasem, odpornih na bolezni in podnebne razmere;
7. Pridobivanje sort, pasem in sevov, primernih za mehanizirano industrijsko gojenje in žlahtnjenje.

3. Kakšna je teoretična osnova selekcije?

Odgovori: Teoretična osnova selekcije je genetika. Uporablja tudi napredek v teoriji evolucije, molekularni biologiji, biokemiji in drugih bioloških znanostih.

4. Izpolni tabelo "Izbirne metode".

5. Kakšen je pomen selekcije v človekovi gospodarski dejavnosti?

Odgovori: Selekcija vam omogoča povečanje produktivnosti rastlinskih sort, pasem živali in sevov mikroorganizmov; razvijati umetne selekcijske sisteme, ki pomagajo krepiti in utrjevati človeku koristne lastnosti v različnih organizmih; ustvariti sorte in pasme, odporne na bolezni in podnebne razmere; pridobivanje sort, pasem in sevov, primernih za mehanizirano industrijsko gojenje in žlahtnjenje.

POUČEVANJE N.I. VAVILOV O CENTRIH RAZNOVRSTNOSTI IN IZVORU KULTURANIH RASTLIN.

1. Podajte definicije pojmov.

• Središče pestrosti in izvora je ozemlje (geografsko območje), znotraj katerega se je vrsta ali druga sistemska kategorija kmetijskih rastlin oblikovala in od koder se je razširila.
• Homologni niz je podoben niz dedne variabilnosti pri genetsko bližnjih vrstah in rodovih.

2. Formulirajte zakon homološke serije dedne variabilnosti.

Odgovori: Za vrste in rodove, ki so genetsko blizu, so značilni podobni nizi dedne variabilnosti s takšno pravilnostjo, da je mogoče ob poznavanju nizov oblik znotraj ene vrste predvideti prisotnost vzporednih oblik pri drugih vrstah in rodovih. Bližje ko so rodovi in ​​vrste genetsko locirani v splošnem sistemu, bolj popolna je podobnost v vrsti njihove variabilnosti. Za celotne družine rastlin je na splošno značilen določen cikel variacije, ki poteka skozi vse rodove in vrste, ki sestavljajo družino.

3. Izpolni tabelo " Središča izvora in pestrosti kulturnih rastlin."

BIOTEHNOLOGIJA, NJENI DOSEŽKI IN RAZVOJNE MOŽNOSTI.

1. Podajte definicije pojmov.

• Biotehnologija je veda, ki proučuje možnosti uporabe živih organizmov, njihovih sistemov ali produktov njihove vitalne dejavnosti za reševanje tehnoloških problemov, pa tudi možnost ustvarjanja živih organizmov s potrebnimi lastnostmi z uporabo genskega inženiringa.
• Celični inženiring je ustvarjanje nove vrste celic na osnovi njihove hibridizacije, rekonstrukcije in gojenja. V ožjem pomenu besede se ta izraz nanaša na hibridizacijo protoplastov ali živalskih celic, v širšem pomenu - različne manipulacije z njimi, namenjene reševanju znanstvenih in praktičnih problemov.
• Genetski inženiring je skupek tehnik, metod in tehnologij za pridobivanje rekombinantne RNK in DNK, izolacijo genov iz organizma, manipulacijo genov in njihovo vnašanje v druge organizme.

2. Kakšna je vloga biotehnologije v praktičnih človekovih dejavnostih?

Odgovori: Biotehnološki postopki se uporabljajo pri pekarstvu, vinarstvu, pivovarstvu in pripravi fermentiranih mlečnih izdelkov; mikrobiološki procesi - za proizvodnjo acetona, butanola, antibiotikov, vitaminov, krmnih beljakovin; Biotehnologija vključuje tudi uporabo živih organizmov, njihovih sistemov ali produktov njihove vitalne dejavnosti za reševanje tehnoloških problemov, možnost ustvarjanja živih organizmov s potrebnimi lastnostmi.

3. Kakšni so obeti razvoja biotehnologije?

Nadaljnji razvoj biotehnologije bo pomagal rešiti številne pomembne probleme:

1. Rešite problem pomanjkanja hrane.
2. Povečati produktivnost gojenih rastlin, ustvariti sorte, ki so bolj odporne na škodljive vplive, in poiskati nove načine za zaščito rastlin.
3. Ustvarite nova biološka gnojila, vermikompost.
4. Poiščite alternativne vire živalskih beljakovin.
5. Razmnožite rastline vegetativno z uporabo tkivne kulture.
6. Ustvarite nova zdravila in prehranska dopolnila.
7. Izvedite zgodnjo diagnozo nalezljivih bolezni in malignih novotvorb.
8. S predelavo industrijskih in kmetijskih odpadkov pridobiti okolju prijazna goriva.
9. Obdelajte minerale na nove načine.
10. Uporabite biotehnološke metode v večini industrij v dobro človeštva.

4. Kakšne so po vašem mnenju možne negativne posledice nenadzorovanega raziskovanja v biotehnologiji?

Odgovori: Transgeni izdelki so lahko škodljivi za zdravje in povzročajo maligne tumorje.Kloniranje človeka je nehumano in v nasprotju s svetovnimi nazori mnogih narodov. Najnovejši razvoj biotehnologije lahko pripelje do neobvladljivih posledic: ustvarjanje novih človeku izjemno nevarnih virusov in mikroorganizmov, pa tudi nadzorovanih: ustvarjanje biološkega orožja.

Sodobno obdobje razvoja selekcije se začne z oblikovanjem nove znanosti - genetike. Genetika je veda, ki preučuje dednost in variabilnost organizmov. Zelo pomemben prispevek k razjasnitvi bistva dednosti je dal G. Mendel (1822-1884), čigar poskusi križanja rastlin so osnova večine sodobnih raziskav dednosti. Čeh po narodnosti, menih frančiškanskega samostana v Brunnu (zdaj Brno), je G. Mendel hkrati poučeval naravoslovje na realki in se zelo zanimal za vrtnarjenje. Dolga leta je ves svoj prosti čas posvečal poskusom križanja različnih kulturnih rastlin. Posledično so bili odkriti vzorci prenosa lastnosti na potomce. G. Mendel je poročal o svojih rezultatih na srečanju »Družbe naravoslovcev« v Brnu in jih nato leta 1866 objavil v znanstvenih delih tega društva. Vendar so bile te določbe v nasprotju s takratnimi predstavami o dednosti in so zato prejele priznanje 34 let po ponovnem odkritju.

Leta 1900 so se hkrati pojavila tri dela, ki so jih izvedli trije genetiki: Hugo de Vries iz Nizozemske, K. Correns iz Nemčije in E. Cermak iz Avstrije. Potrdili so zakone dednosti, ki jih je odkril G. Mendel.

Objavljeno delo de Vriesa, Corrensa in Cermaka običajno imenujemo ponovno odkritje Mendelovih zakonov, leto 1900 pa velja za uradni datum začetka obstoja eksperimentalne genetike kot samostojne vede.

Genetika se je kot samostojna veda ločila od biologije na predlog angleškega znanstvenika Batesona leta 1907. Predlagal je tudi ime vede – genetika.

Od ponovnega odkritja Mendelovih zakonov N. P. Dubinin (1986) razlikuje tri stopnje v razvoju genetike.

Prva stopnja - To je obdobje klasične genetike, ki je trajalo od leta 1900 do 1930. To je bil čas nastanka genske teorije in kromosomske teorije dednosti. Velik pomen je imel tudi razvoj nauka o fenotipu in genotipu, medsebojnem delovanju genov, genetskih principih individualne selekcije v reji in doktrini mobilizacije genetskih rezerv planeta v selekcijske namene. Nekatera odkritja tega obdobja si zaslužijo posebno omembo.

Nemški biolog August Weismann (1834-1914) je ustvaril teorijo, ki je v marsičem prehitela kromosomsko teorijo dednosti.

Weismanove hipoteze o pomenu redukcijske delitve. Poleg tega je razlikoval med lastnostmi, ki so podedovane, in lastnostmi, ki so pridobljene pod vplivom zunanjih pogojev ali vadbe.

A. Weisman je poskušal eksperimentalno dokazati nedednost mehanskih poškodb (generacije ji je odrezal repe, vendar ni dobil brezrepih potomcev).

Kasneje je bil splošni koncept A. Weismana izpopolnjen ob upoštevanju citoloških podatkov in informacij o vlogi jedra pri dedovanju značilnosti. Na splošno je bil prvi, ki je dokazal nezmožnost dedovanja lastnosti, pridobljenih v ontogenezi, in poudaril avtonomnost zarodnih celic ter pokazal biološki pomen zmanjšanja števila kromosomov v mejozi kot mehanizma za ohranjanje konstantnosti diploidni kromosomski nabor vrste in osnova kombinacijske variabilnosti.

Leta 1901 je G. De Vries oblikoval mutacijsko teorijo, ki v veliki meri sovpada s teorijo heterogeneze (1899) ruskega botanika S. I. Koržinskega (1861–1900). Po mutacijski teoriji Koržinskega - De Vriesa dedne lastnosti niso popolnoma konstantne, ampak se lahko nenadoma spremenijo zaradi sprememb - mutacije njihovih nagnjenj.

Najpomembnejši mejnik v razvoju genetike - nastanek kromosomske teorije dednosti - je povezan z imenom ameriškega embriologa in genetika Thomasa Genta Morgana (1866–1945) in njegove šole. Na podlagi poskusov z vinskimi mušicami - Drosophila melanogaster Do sredine dvajsetih let našega stoletja je Morgan oblikoval idejo o linearni razporeditvi genov v kromosomih in ustvaril prvo različico teorije o genu - osnovnem nosilcu dednih informacij. Problem genov je postal osrednji problem genetike. Trenutno je v razvoju.

Nauk o dedni variabilnosti se je nadaljeval v delih sovjetskega znanstvenika Nikolaja Ivanoviča Vavilova (1887–1943), ki je leta 1920 oblikoval zakon homoloških serij dedne variabilnosti. Ta zakon je povzel ogromno gradiva o vzporednosti variabilnosti bližnjih rodov in vrst ter tako povezal sistematiko in genetiko. Zakon je bil pomemben korak k kasnejši sintezi genetike in evolucijskega učenja. N. I. Vavilov je ustvaril tudi teorijo genetskih središč kulturnih rastlin, kar je močno olajšalo iskanje in uvedbo potrebnih genotipov rastlin.

V istem obdobju so se začela pospešeno razvijati še nekatera druga področja genetike, pomembna za kmetijstvo. Sem spadajo dela o preučevanju vzorcev dedovanja kvantitativnih lastnosti (zlasti študije švedskega genetika G. Nilsson-Ehle), o razjasnitvi hibridne moči - heteroze (dela ameriških genetikov E. East in D. Jones), o interspecifični hibridizaciji sadnih rastlin (I V. Michurin v Rusiji in L. Burbank v ZDA), številne študije, posvečene zasebni genetiki različnih vrst kulturnih rastlin in domačih živali.

V to fazo spada tudi oblikovanje genetike v ZSSR. V pooktobrskih letih so se pojavile tri genetske šole, ki so jih vodili ugledni znanstveniki: N. K. Koltsov (1872–1940) v Moskvi, Yu. A. Filipčenko (1882–1930) in N. I. Vavilov (1887–1943) v Leningradu, ki so igrali pomembno vlogo pri razvoju genetskih raziskav.

Druga faza, - To je faza neoklasicizma v genetiki, ki je trajala od leta 1930 do 1953. Začetek druga stopnja lahko povežemo z odkritjem O. Averyja leta 1944 snovi dednosti - deoksiribonukleinske kisline (DNK).

To odkritje je simboliziralo začetek nove stopnje v genetiki - rojstvo molekularne genetike, ki je bila osnova za številna odkritja v biologiji 20. stoletja.

V teh letih so odkrili možnost umetnega povzročanja sprememb v genih in kromosomih (eksperimentalna mutageneza); ugotovljeno je bilo, da je gen kompleksen sistem, ki ga je mogoče razdeliti na dele; utemeljena so načela populacijske genetike in evolucijske genetike; nastala je biokemijska genetika, ki je pokazala vlogo genov za vse glavne biosinteze v celici in organizmu;

Med dosežke tega obdobja sodi predvsem umetna mutageneza. Prvi dokaz, da je mogoče mutacije inducirati umetno, sta leta 1925 v ZSSR pridobila G. A. Nadson in G. S. Filippov pri poskusih obsevanja nižjih gliv (kvasovk) z radijem, odločilni dokazi o možnosti eksperimentalnega pridobivanja mutacij pa so bili podani leta 1927 d. poskusi ameriškega Mellerja o učinkih rentgenskih žarkov.

Drugi ameriški biolog J. Stadler (1927) je odkril podobne učinke pri rastlinah. Nato so odkrili, da lahko ultravijolični žarki povzročajo tudi mutacije in da ima visoka temperatura enako sposobnost, čeprav v manjši meri. Kmalu so se pojavile tudi informacije, da bi mutacije lahko povzročile kemikalije. Ta smer je dobila širok razpon zahvaljujoč raziskavam I. A. Rapoporta v ZSSR in S. Auerbacha v Veliki Britaniji. Z uporabo metode inducirane mutageneze so sovjetski znanstveniki pod vodstvom A. S. Serebrovskega (1892–1948) začeli proučevati strukturo gena pri Drosophili Melanogaster. V svojih študijah (1929–1937) sta prva pokazala njeno kompleksno strukturo.

Na isti stopnji v zgodovini genetike je nastala in se razvila smer s ciljem proučevanja genetskih procesov v evoluciji. Temeljna dela na tem področju so pripadala sovjetskemu znanstveniku S. S. Chetverikovu (1880–1959), angleškim genetikom R. Fisherju in J. Haldaneu ter ameriškemu genetiku S. Wrightu. S. S. Chetverikov in njegovi sodelavci so izvedli prve eksperimentalne študije genetske strukture naravnih populacij na več vrstah Drosophila. Potrdili so pomembnost mutacijskega procesa v naravnih populacijah. Nato sta ta dela nadaljevala N. P. Dubinin v ZSSR in F. Dobzhansky v ZDA.

Na prelomu štiridesetih let prejšnjega stoletja sta J. Bill (rojen 1903) in E. Tatum (1909–1975) postavila temelje biokemične genetike.

Prednost pri dešifriranju strukture molekule DNK imata ameriški virolog James Dew Watson (rojen leta 1928) in angleški fizik Francis Crick (rojen leta 1916), ki sta leta 1953 objavila strukturni model tega polimera.

Od tega trenutka, namreč leta 1953, se začne tretja stopnja v razvoju genetike - doba sintetične genetike. . Ta čas običajno imenujemo obdobje molekularne genetike.

Tretja stopnja , ki se je začelo z izgradnjo modela DNK, nadaljevalo z odkritjem genetske kode leta 1964. Za to obdobje so značilna številna dela o dešifriranju strukture genomov. Tako so se ob koncu 20. stoletja pojavile informacije o popolnem dekodiranju genoma muhe Drosophila, znanstveniki so sestavili popoln zemljevid Arabidopsis ali majhne gorčice in človeški genom je bil dešifriran.

Dešifriranje le posameznih delov DNK znanstvenikom že omogoča pridobivanje transgenih rastlin, t.j. rastline z vnesenimi geni iz drugih organizmov. Po nekaterih virih je s takimi rastlinami posejana površina enaka Veliki Britaniji. To so predvsem koruza, krompir in soja. Dandanes je genetika razdeljena na številna kompleksna področja. Dovolj je omeniti dosežke genskega inženiringa pri ustvarjanju somatskih in transgenih hibridov, ustvarjanje prvega zemljevida človeškega genoma (Francija, 1992; ZDA, 2000), proizvodnjo kloniranih ovac (Škotska, 1997), kloniranih pujskov. (ZDA, 2000) itd.

Začetek 21. stoletja imenujemo postgenomsko obdobje in bo očitno zaznamovan z novimi odkritji na področju genetike, povezanimi s kloniranjem živih bitij in ustvarjanjem novih organizmov na podlagi mehanizmov genskega inženiringa.

Metode, zbrane do danes, omogočajo veliko hitrejše dešifriranje genomov kompleksnih organizmov in vanje vnašajo nove gene.

Glavna odkritja na področju genetike:

1864 – Osnovni zakoni genetike (G. Mendel)

1900 – G. Mendelovi zakoni so bili ponovno odkriti ( G. de Vries, K. Correns, E. Čermak)

1900–1903 – Teorija mutacij (G.de Vries)

1910 – Kromosomska teorija dednosti (T. Morgan, T. Boveri, W. Sutton)

1925–1938 – "en gen - en protein" (J. Bill, E. Tatum)

1929 – genska deljivost (A.S. Serebrov, N.P. Dubinin)

1925 – umetne mutacije (G.A. Nadson, G.S. Filippov)

1944 – DNK – nosilec dednih informacij (O. Avery, K. McLeod)

1953 – strukturni model DNK (J. Watson, F. Crick)

1961 – genetska koda (M. Nirenberg, R. Holley, G. Khorana)

1961 – operonski princip genske organizacije in regulacije genske aktivnosti pri bakterijah (F. Jacob, J. Monod)

1959 – sinteza genov (G. Khorana )

1974–1975 – metode genskega inženiringa ( K. Murray, N. Murray, W. Benton, R. Davis, E. Southern, M. Granstein, D. Hognes)

1978–2000 – dešifriranje genomov (F. Blatner, R. Clayton, M. Adams itd.)

Genetske metode

HIBRIDOLOŠKI – str Opravljena je analiza vzorcev dedovanja posameznih značilnosti in lastnosti organizmov pri spolnem razmnoževanju ter analiza variabilnosti genov in njihove kombinatorike (razvil G. Mendel).

CITOLOŠKI - z Z optičnim in elektronskim mikroskopom proučujemo materialno osnovo dednosti na celični in subcelični ravni (kromosomi, DNK).

CITOGENETSKI – z integracija hibridoloških in citoloških metod zagotavlja preučevanje kariotipa, spremembe v strukturi in številu kromosomov.

POPULACIJSKO-STATISTIČNI – o Temelji na določanju pogostosti pojavljanja različnih genov v populaciji, kar omogoča izračun števila heterozigotnih organizmov in s tem napovedovanje števila osebkov s patološko (mutantno) manifestacijo delovanja gena.

BIOKEMIJSKI- preučujejo presnovne motnje (beljakovine, maščobe, ogljikovi hidrati, minerali), ki so posledica genskih mutacij.

MATEMATIČNO – n Izvaja se kvantitativno obračunavanje dedovanja lastnosti.

GENEALOŠKI – Izraženo v sestavljanju rodovnikov. Omogoča vam določitev vrste in narave dedovanja lastnosti.

ONTOGENETSKI – Omogoča sledenje delovanju genov v procesu individualnega razvoja; v kombinaciji z biokemijsko metodo omogoča ugotavljanje prisotnosti recesivnih genov v heterozigotnem stanju po fenotipu.

Izbira je veda o metodah za ustvarjanje visoko produktivnih vrst rastlin, pasem živali in sevov mikroorganizmov.

Sodobna selekcija je obsežno področje človekove dejavnosti, ki je spoj različnih vej znanosti, pridelave kmetijskih pridelkov in njihove kompleksne predelave.

Problemi sodobne reje

Ustvarjanje novih in izboljšanje starih sort, pasem in sevov z gospodarsko uporabnimi lastnostmi.

Ustvarjanje tehnološko naprednih, visoko produktivnih bioloških sistemov, ki maksimalno izkoriščajo surovine in energetske vire planeta.

Povečanje produktivnosti pasem, sort in sevov na enoto površine na enoto časa.

Izboljšanje potrošniških lastnosti izdelkov.

Zmanjšanje deleža stranskih proizvodov in njihova celovita predelava.

Zmanjšanje deleža izgub zaradi škodljivcev in bolezni.

Teoretične osnove selekcije je genetika, saj prav poznavanje zakonov genetike omogoča namensko kontrolo pojava mutacij, napovedovanje rezultatov križanj in pravilen izbor hibridov. Z uporabo genetskega znanja je bilo mogoče ustvariti več kot 10.000 sort pšenice na osnovi več izvirnih divjih sort in pridobiti nove seve mikroorganizmov, ki izločajo prehranske beljakovine, zdravilne snovi, vitamine itd.

Metode vzreje ostajajo glavne posebne izbirne metode hibridizacija in umetna selekcija.Hibridizacija

Križanje organizmov z različnimi genotipi je glavna metoda za pridobivanje novih kombinacij lastnosti.

Razlikujejo se naslednje vrste prehodov:

Intraspecifična prehod– znotraj vrste se križajo različne oblike (ne nujno sorte in pasme). Med medvrstna križanja sodijo tudi križanja organizmov iste vrste, ki živijo v različnih okoljskih razmerah.

Parjenje v sorodstvu– parjenje v sorodstvu pri rastlinah in parjenje v sorodstvu pri živalih. Uporablja se za pridobivanje čistih linij.

Medlinijski prehodi– križajo se predstavniki čistih linij (v nekaterih primerih tudi različne sorte in pasme). Povratna križanja (zadnji križi) so križanci hibridov (heterozigotov) s starševskimi oblikami (homozigoti). Na primer, križanje heterozigotov s prevladujočimi homozigotnimi oblikami se uporablja za preprečevanje fenotipske manifestacije recesivnih alelov.

Analiza križev- To so križanja dominantnih oblik z neznanim genotipom in recesivno-homozigotnimi testnimi linijami.

Daljinsko prehod– medvrstne in medgenerične. Običajno so oddaljeni hibridi sterilni in se razmnožujejo vegetativno

Selekcija je proces diferencialne (neenake) reprodukcije genotipov. Ne smemo pozabiti, da pravzaprav selekcija poteka glede na fenotipe na vseh stopnjah ontogeneze organizmov (posameznikov). Nejasna razmerja med genotipom in fenotipom zahtevajo testiranje izbranih rastlin po potomstvu.

Masovni izbor– izbrana je celotna skupina. Na primer, semena najboljših rastlin se združijo in posejejo skupaj. Množična selekcija velja za primitivno obliko selekcije, saj ne odpravi vpliva modifikacijske variabilnosti (vključno z dolgoročnimi modifikacijami). Uporablja se pri pridelavi semena. Prednost te oblike selekcije je ohranjanje visoke stopnje genske pestrosti v izbrani skupini rastlin.

Individualni izbor– izbrani so posamezni posamezniki in zbrana semena se posejejo ločeno. Individualna selekcija velja za progresivno obliko selekcije, saj izniči vpliv modifikacijske variabilnosti.

Vrsta družinskega izbora je izbor sib . Selekcija sorodnikov temelji na selekciji za najbližje sorodnike (bratje in sestre - bratje in sestre). Poseben primer sorodne selekcije je selekcija sončnic na vsebnost olja metoda polovic. Pri uporabi te metode se sončnično socvetje (košara) razdeli na pol. Pri semenih ene polovice se preveri vsebnost olja: če je vsebnost olja visoka, se v nadaljnji selekciji uporabi druga polovica semen.