Die Menschheit beschäftigt sich seit langem mit der Auswahl von Pflanzen und Tieren, die geeignet sind, die Bedürfnisse der Bevölkerung zu befriedigen. Dieses Wissen wird in Wissenschaft kombiniert - Auswahl. Die Genetik wiederum liefert die Grundlage für eine sorgfältigere Auswahl und Züchtung neuer Sorten und Rassen mit besonderen Eigenschaften. In dem Artikel werden wir die Beschreibung dieser beiden Wissenschaften und die Merkmale ihrer Anwendung betrachten.
Was ist Genetik?
Die Wissenschaft der Gene ist eine Disziplin, die den Prozess der Übertragung von Erbinformationen und die Variabilität von Organismen über Generationen hinweg untersucht. Genetik ist die theoretische Grundlage der Selektion, deren Konzept im Folgenden beschrieben wird.
Zu den Aufgaben der Wissenschaft gehören:
- Untersuchung des Mechanismus der Speicherung und Weitergabe von Informationen von Vorfahren an Nachkommen.
- Das Studium der Umsetzung solcher Informationen in den Prozess der individuellen Entwicklung des Organismus unter Berücksichtigung des Einflusses der Umwelt.
- Untersuchung der Ursachen undMechanismen der Variabilität lebender Organismen.
- Bestimmung der Beziehung zwischen Selektion, Variabilität und Vererbung als Faktoren in der Entwicklung der organischen Welt.
Die Wissenschaft ist auch an der Lösung praktischer Probleme beteiligt, was die Bedeutung der Genetik für die Zucht zeigt:
- Bestimmung der Selektionseffizienz und Auswahl der geeignetsten Hybridisierungsarten.
- Kontrolle der Entwicklung erblicher Faktoren, um das Objekt zu verbessern, um bedeutendere Eigenschaften zu erh alten.
- Künstliche Gewinnung erblich veränderter Formen.
- Entwicklung von Maßnahmen zum Schutz der Umwelt z. B. vor dem Einfluss von Mutagenen, Schädlingen.
- Kampf gegen Erbkrankheiten.
- Fortschritte bei neuen Züchtungsmethoden.
- Suche nach anderen Methoden der Gentechnik.
Die Objekte der Wissenschaft sind: Bakterien, Viren, Menschen, Tiere, Pflanzen und Pilze.
Grundlegende Konzepte der Wissenschaft:
- Vererbung ist die Eigenschaft, genetische Informationen zu bewahren und an Nachkommen weiterzugeben, die allen lebenden Organismen innewohnen und nicht weggenommen werden können.
- Gen ist ein Teil eines DNA-Moleküls, das für eine bestimmte Eigenschaft eines Organismus verantwortlich ist.
- Variabilität ist die Fähigkeit eines lebenden Organismus, im Verlauf der Ontogenese neue Qualitäten zu erwerben und alte zu verlieren.
- Genotyp - eine Reihe von Genen, die erbliche Basis eines Organismus.
- Phänotyp - eine Reihe von Eigenschaften, die ein Organismus im Laufe des individuellen Prozesses erwirbtEntwicklung.
Entwicklungsstadien der Genetik
Die Entwicklung der Genetik und Selektion hat mehrere Phasen durchlaufen. Betrachten Sie die Entstehungsperioden der Wissenschaft der Gene:
- Bis zum 20. Jahrhundert war die Forschung auf dem Gebiet der Genetik abstrakt, sie hatte keine praktische Grundlage, sondern basierte auf Beobachtungen. Das einzige fortschrittliche Werk dieser Zeit war die Studie von G. Mendel, die in den Proceedings of the Society of Naturalists veröffentlicht wurde. Aber die Leistung verbreitete sich nicht und wurde erst 1900 beansprucht, als die drei Wissenschaftler die Ähnlichkeit ihrer Experimente mit Mendels Forschungen entdeckten. Es war dieses Jahr, das als Geburtsstunde der Genetik g alt.
- Ungefähr in den Jahren 1900-1912 wurden die Gesetze der Vererbung untersucht, die bei hybridologischen Experimenten an Pflanzen und Tieren aufgedeckt wurden. 1906 schlug der englische Wissenschaftler W. Watson die Einführung der Begriffe „Gen“und „Genetik“vor. Und nach 3 Jahren schlug V. Johannsen, ein dänischer Wissenschaftler, vor, die Konzepte „Phänotyp“und „Genotyp“einzuführen.
- Etwa 1912-1925 entwickelten der amerikanische Wissenschaftler T. Morgan und seine Schüler die Chromosomentheorie der Vererbung.
- Um 1925-1940 wurden erstmals Mutationsmuster erh alten. Die russischen Forscher G. A. Nadson und G. S. Filippov entdeckten den Einfluss von Gammastrahlung auf das Auftreten mutierender Gene. S. S. Chetverikov trug zur Entwicklung der Wissenschaft bei, indem er genetische und mathematische Methoden zur Untersuchung der Variabilität von Organismen hervorhob.
- Von Mitte des 20. Jahrhunderts bis heute wurden genetische Veränderungen auf molekularer Ebene untersucht. Am EndeIm 20. Jahrhundert wurde ein DNA-Modell erstellt, die Essenz des Gens bestimmt und der genetische Code entschlüsselt. 1969 wurde erstmals ein einfaches Gen synthetisiert, später in eine Zelle eingeführt und die Veränderung seiner Vererbung untersucht.
Methoden der Genetik
Genetik, als theoretische Grundlage der Züchtung, verwendet bestimmte Methoden in ihrer Forschung.
Dazu gehören:
- Hybridisierungsmethode. Es basiert auf der Kreuzung von Arten mit einer reinen Linie, die sich in einem (maximal mehreren) Merkmal unterscheiden. Das Ziel ist es, Hybridgenerationen zu erh alten, die es uns ermöglichen, die Art der Vererbung von Merkmalen zu analysieren und Nachkommen mit den erforderlichen Eigenschaften zu erwarten.
- Genealogie-Methode. Basierend auf der Analyse des Stammbaums, der es Ihnen ermöglicht, die Weitergabe genetischer Informationen über Generationen und die Anpassungsfähigkeit an Krankheiten zu verfolgen und auch den Wert eines Individuums zu charakterisieren.
- Twin-Methode. Basierend auf dem Vergleich monozygoter Personen, wird verwendet, wenn es notwendig ist, den Grad des Einflusses paratypischer Faktoren festzustellen, während Unterschiede in der Genetik ignoriert werden.
- Die zytogenetische Methode basiert auf der Analyse des Zellkerns und der intrazellulären Komponenten, wobei die Ergebnisse mit der Norm für die folgenden Parameter verglichen werden: Anzahl der Chromosomen, Anzahl ihrer Arme und strukturelle Merkmale.
- Die Methode der Biochemie basiert auf der Untersuchung der Funktionen und der Struktur bestimmter Moleküle. Zum Beispiel wird die Verwendung verschiedener Enzyme verwendetBiotechnologie und Gentechnik.
- Die biophysikalische Methode basiert auf der Untersuchung des Polymorphismus von Plasmaproteinen wie Milch oder Blut, die Informationen über die Diversität von Populationen liefern.
- Die Monosomenmethode basiert auf der somatischen Zellhybridisierung.
- Die phänogenetische Methode basiert auf der Untersuchung des Einflusses genetischer und paratypischer Faktoren auf die Entwicklung der Eigenschaften eines Organismus.
- Die populationsstatistische Methode basiert auf der Anwendung der mathematischen Analyse in der Biologie, die die Analyse quantitativer Merkmale ermöglicht: Berechnung von Durchschnittswerten, Variabilitätsindikatoren, statistische Fehler, Korrelation und andere. Die Anwendung des Hardy-Weinberg-Gesetzes hilft bei der Analyse der genetischen Struktur der Population, des Verteilungsgrades von Anomalien und auch bei der Verfolgung der Variabilität der Population bei der Anwendung verschiedener Selektionsoptionen.
Was ist Auswahl?
Züchtung ist eine Wissenschaft, die Methoden zur Züchtung neuer Sorten und Hybriden von Pflanzen sowie Tierrassen untersucht. Die theoretische Grundlage der Zucht ist die Genetik.
Der Zweck der Wissenschaft besteht darin, die Eigenschaften eines Organismus zu verbessern oder ihm die für eine Person notwendigen Eigenschaften zu verleihen, indem er die Vererbung beeinflusst. Selektion kann keine neuen Arten von Organismen hervorbringen. Selektion kann als eine der Evolutionsformen betrachtet werden, in der künstliche Selektion vorhanden ist. Dank ihr wird die Menschheit mit Nahrung versorgt.
Die Hauptaufgaben der Wissenschaft:
- qualitative Verbesserung der Körpereigenschaften;
- Steigerung von Produktivität und Ertrag;
- Erhöhung der Widerstandskraft von Organismen gegen Krankheiten, Schädlinge, Änderungen der klimatischen Bedingungen.
Die Besonderheit ist die Komplexität der Wissenschaft. Sie ist eng verwandt mit Anatomie, Physiologie, Morphologie, Taxonomie, Ökologie, Immunologie, Biochemie, Phytopathologie, Pflanzenbau, Tierh altung und vielen anderen Wissenschaften. Kenntnisse in Befruchtung, Bestäubung, Histologie, Embryologie und Molekularbiologie sind von Bedeutung.
Errungenschaften der modernen Züchtung ermöglichen es Ihnen, die Vererbung und Variabilität lebender Organismen zu kontrollieren. Die Bedeutung der Genetik für Züchtung und Medizin spiegelt sich in der gezielten Steuerung der Qualitätssukzession und den Möglichkeiten zur Gewinnung von Hybriden aus Pflanzen und Tieren zur Befriedigung menschlicher Bedürfnisse wider.
Stufen der Selektionsentwicklung
Seit Urzeiten züchtet und selektiert der Mensch Pflanzen und Tiere für landwirtschaftliche Zwecke. Aber solche Arbeit basierte auf Beobachtung und Intuition. Die Entwicklung von Züchtung und Genetik erfolgte fast gleichzeitig. Betrachten Sie die Phasen der Selektionsentwicklung:
- Während der Entwicklung der Pflanzen- und Viehzucht begann die Selektion massiv zu sein, und die Bildung des Kapitalismus führte zu selektiver Arbeit auf industrieller Ebene.
- Ende des 19. Jahrhunderts hat der deutsche Wissenschaftler F. Achard eine Studie durchgeführt und der Zuckerrübe die Eigenschaft der Ertragssteigerung eingeimpft. Die englischen Züchter P. Shiref und F. Gallet untersuchten Weizensorten. In Russland wurde das Poltava Experimental Field geschaffen, woUntersuchungen zur Sortenzusammensetzung von Weizen.
- Züchtung als Wissenschaft begann sich seit 1903 zu entwickeln, als am Moskauer Landwirtschaftsinstitut eine Zuchtstation eingerichtet wurde.
- Bis Mitte des 20. Jahrhunderts wurden folgende Entdeckungen gemacht: das Gesetz der erblichen Variabilität, die Theorie der Herkunftsorte von Pflanzen für kulturelle Zwecke, ökologische und geografische Selektionsprinzipien, Kenntnisse über das Ausgangsmaterial von Pflanzen und ihre Immunität. Das All-Union Institute of Applied Botanik and New Cultures wurde unter der Leitung von N. I. Vavilov gegründet.
- Forschung vom Ende des 20. Jahrhunderts bis heute ist komplex, Selektion interagiert eng mit anderen Wissenschaften, insbesondere mit der Genetik. Es wurden Hybriden mit hoher agrarökologischer Anpassung geschaffen. Die aktuelle Forschung konzentriert sich darauf, Hybriden dazu zu bringen, hochproduktiv zu sein und biotischen und abiotischen Stressoren zu widerstehen.
Auswahlmethoden
Genetik befasst sich mit den Mustern der Übertragung von Erbinformationen und Möglichkeiten, einen solchen Prozess zu kontrollieren. Die Züchtung nutzt Erkenntnisse aus der Genetik und andere Methoden zur Bewertung von Organismen.
Die wichtigsten sind:
- Auswahlmethode. Selektion verwendet natürliche und künstliche (unbewusste oder methodische) Selektion. Es kann auch ein bestimmter Organismus (Einzelselektion) oder eine Gruppe von ihnen (Massenselektion) ausgewählt werden. Die Definition der Selektionsart orientiert sich an den Merkmalen der Fortpflanzung von Tieren und Pflanzen.
- Hybridisierung ermöglicht es Ihnen, neue Genotypen zu erh alten. Bei dem Verfahren wird zwischen intraspezifischer (Kreuzung erfolgt innerhalb einer Art) und interspezifischer Hybridisierung (Kreuzung verschiedener Arten) unterschieden. Die Durchführung von Inzucht ermöglicht es Ihnen, erbliche Eigenschaften zu fixieren und gleichzeitig die Lebensfähigkeit des Organismus zu verringern. Erfolgt die Auszüchtung in der zweiten oder weiteren Generation, so erhält der Züchter ertragreiche und widerstandsfähige Hybriden. Es wurde festgestellt, dass die Nachkommen bei entfernter Kreuzung unfruchtbar sind. Hier drückt sich die Bedeutung der Genetik für die Züchtung in der Möglichkeit aus, Gene zu studieren und die Fruchtbarkeit von Organismen zu beeinflussen.
- Polyploidie ist der Prozess der Erhöhung des Chromosomensatzes, der es ermöglicht, bei unfruchtbaren Hybriden Fruchtbarkeit zu erreichen. Es wurde beobachtet, dass einige Kulturpflanzen nach Polyploidie eine höhere Fruchtbarkeit aufweisen als ihre verwandten Arten.
- Induzierte Mutagenese ist ein künstlich herbeigeführter Mutationsprozess eines Organismus nach dessen Behandlung mit einem Mutagen. Nach Beendigung der Mutation erhält der Züchter Informationen über den Einfluss des Faktors auf den Organismus und den Erwerb neuer Eigenschaften durch ihn.
- Zell-Engineering dient der Konstruktion eines neuen Zelltyps durch Kultivierung, Rekonstruktion und Hybridisierung.
- Gentechnik ermöglicht es Ihnen, Gene zu isolieren und zu untersuchen, sie zu manipulieren, um die Eigenschaften von Organismen zu verbessern und neue Arten zu züchten.
Pflanzen
Bei der Untersuchung des Wachstums, der Entwicklung und der Selektion nützlicher Eigenschaften von Pflanzen sind Genetik und Selektion eng miteinander verbunden. Genetik im Bereich der Pflanzenanalyse beschäftigtFragen der Untersuchung der Merkmale ihrer Entwicklung und Gene, die die normale Bildung und Funktion des Körpers gewährleisten.
Wissenschaft untersucht folgende Bereiche:
- Die Entwicklung eines bestimmten Organismus.
- Steuerung von Pflanzensignalanlagen.
- Genexpression.
- Wechselwirkungsmechanismen zwischen Pflanzenzellen und Geweben.
Züchtung wiederum sichert die Schaffung neuer oder die Verbesserung der Eigenschaften bestehender Pflanzenarten auf der Grundlage der durch die Genetik gewonnenen Erkenntnisse. Die Wissenschaft wird nicht nur von Landwirten und Gärtnern, sondern auch von Züchtern in Forschungsorganisationen studiert und erfolgreich eingesetzt.
Der Einsatz von Genetik in der Züchtung und Saatgutproduktion ermöglicht es, Pflanzen neue Qualitäten einzuflößen, die in verschiedenen Bereichen des menschlichen Lebens, wie Medizin oder Kochen, nützlich sein können. Außerdem ermöglicht die Kenntnis genetischer Eigenschaften die Gewinnung neuer Pflanzensorten, die unter anderen klimatischen Bedingungen wachsen können.
Dank der Genetik verwendet die Zucht die Methode der Kreuzung und der individuellen Selektion. Die Entwicklung der Genwissenschaft ermöglicht die Anwendung von Methoden wie Polyploidie, Heterosis, experimentelle Mutagenese, Chromosomen- und Gentechnik in der Züchtung.
Welt der Tiere
Selektion und Genetik von Tieren sind Wissenschaftszweige, die die Merkmale der Entwicklung von Vertretern der Tierwelt untersuchen. Dank der Genetik gewinnt eine Person Wissen über Vererbung, genetische Eigenschaften und VariabilitätOrganismus. Und die Auswahl ermöglicht es Ihnen, nur die Tiere zur Verwendung auszuwählen, deren Eigenschaften für den Menschen notwendig sind.
Lange Zeit wählt man Tiere aus, die sich zum Beispiel besser für den Einsatz in der Landwirtschaft oder der Jagd eignen. Wirtschaftliche Merkmale und Exterieur sind für die Zucht von großer Bedeutung. So werden Nutztiere nach dem Aussehen und der Qualität ihrer Nachkommen beurteilt.
Die Verwendung von genetischem Wissen in der Zucht ermöglicht es Ihnen, die Nachkommen von Tieren und ihre notwendigen Eigenschaften zu kontrollieren:
- Virusresistenz;
- Steigerung der Milchleistung;
- individuelle Größe und Körperbau;
- Klimatoleranz;
- Fruchtbarkeit;
- Geschlecht der Nachkommen;
- Beseitigung von Erbkrankheiten bei Nachkommen.
Die Tierzucht hat sich nicht nur zur Deckung des primären menschlichen Ernährungsbedarfs durchgesetzt. Heute kann man viele heimische Tierrassen, künstlich gezüchtet, sowie Nagetiere und Fische, wie Guppys, beobachten. Züchtung und Genetik in der Tierh altung verwenden folgende Methoden: Hybridisierung, künstliche Befruchtung, experimentelle Mutagenese.
Züchter und Genetiker stehen oft vor dem Problem der Nichtzucht von Arten in der ersten Generation von Hybriden und einer erheblichen Abnahme der Fruchtbarkeit der Nachkommen. Moderne Wissenschaftler lösen solche Fragen aktiv. Das Hauptziel der wissenschaftlichen Arbeit ist es, die Kompatibilitätsmuster von Gameten, dem Fötus und dem Körper der Mutter auf genetischer Ebene zu untersuchen.
Mikroorganismen
Modernes Wissen über Zucht uDie Genetik ermöglicht die Deckung des menschlichen Bedarfs an wertvollen Nahrungsmitteln, die überwiegend aus der Tierh altung gewonnen werden. Aber die Aufmerksamkeit der Wissenschaftler wird auch von anderen Objekten der Natur angezogen - Mikroorganismen. Die Wissenschaft glaubt seit langem, dass DNA ein individuelles Merkmal ist und nicht auf einen anderen Organismus übertragen werden kann. Die Forschung hat jedoch gezeigt, dass bakterielle DNA erfolgreich in Pflanzenchromosomen eingeführt werden kann. Durch diesen Prozess wurzeln die einem Bakterium oder Virus innewohnenden Eigenschaften in einem anderen Organismus. Auch der Einfluss der Erbinformation von Viren auf menschliche Zellen ist seit langem bekannt.
Das Studium der Genetik und die Selektion von Mikroorganismen erfolgen in kürzerer Zeit als bei Pflanzenbau und Tierh altung. Dies ist auf die schnelle Vermehrung und den Generationenwechsel von Mikroorganismen zurückzuführen. Moderne Methoden der Züchtung und Genetik - der Einsatz von Mutagenen und Hybridisierung - haben es ermöglicht, Mikroorganismen mit neuen Eigenschaften zu schaffen:
- Mutanten von Mikroorganismen sind in der Lage, Aminosäuren zu übersynthetisieren und vermehrt Vitamine und Provitamine zu bilden;
- Mutanten stickstofffixierender Bakterien können das Pflanzenwachstum deutlich beschleunigen;
- Hefeorganismen wurden gezüchtet - einzellige Pilze und viele andere.
Züchter und Genetiker verwenden diese Mutagene:
- ultraviolett;
- ionisierende Strahlung;
- Ethylenimin;
- Nitrosomethylharnstoff;
- Anwendung von Nitraten;
- Acridinfarben.
Für die Mutationseffizienzhäufige Behandlungen des Mikroorganismus mit kleinen Dosen des Mutagens werden verwendet.
Medizin und Biotechnologie
Gemeinsam in der Bedeutung von Genetik für Zucht und Medizin ist, dass die Wissenschaft es Ihnen in beiden Fällen ermöglicht, die Vererbung von Organismen zu studieren, die sich in ihrer Immunität manifestiert. Solches Wissen ist wichtig im Kampf gegen Krankheitserreger.
Das Studium der Genetik im Bereich der Medizin ermöglicht Ihnen:
- die Geburt von Kindern mit genetischen Anomalien verhindern;
- Erbkrankheiten vorbeugen und behandeln;
- studiere den Einfluss der Umwelt auf die Vererbung.
Dazu werden folgende Methoden verwendet:
- genealogisch - das Studium des Stammbaums;
- twin - passendes Zwillingspaar;
- zytogenetisch - Untersuchung von Chromosomen;
- biochemisch - ermöglicht es Ihnen, mutierte Gassen in der DNA zu identifizieren;
- dermatoglyphisch - Hautmusteranalyse;
- Modellierung und andere.
Moderne Forschung hat etwa 2.000 Erbkrankheiten identifiziert. Meist psychische Störungen. Das Studium der Genetik und die Selektion von Mikroorganismen kann die Inzidenz in der Bevölkerung reduzieren.
Fortschritte in der Genetik und Selektion in der Biotechnologie ermöglichen die Nutzung biologischer Systeme (Prokaryoten, Pilze und Algen) in Wissenschaft, industrieller Produktion, Medizin und Landwirtschaft. Das Wissen um die Genetik bietet neue Möglichkeiten für die Entwicklung solcher Technologien: energie- und ressourcenschonend, abfallfrei, wissensintensiv, sicher. In der BiotechnologieFolgende Methoden kommen zum Einsatz: Zell- und Chromosomenselektion, Gentechnik.
Genetik und Selektion sind Wissenschaften, die untrennbar miteinander verbunden sind. Die Züchtungsarbeit hängt weitgehend von der genetischen Vielf alt der ursprünglichen Anzahl von Organismen ab. Es sind diese Wissenschaften, die Wissen für die Entwicklung von Landwirtschaft, Medizin, Industrie und anderen Bereichen des menschlichen Lebens liefern.
