Poselství na téma genetika a teoretická východiska výběru. Genetika jako teoretický základ selekce. Co je výběr

GENETIKA - TEORETICKÉ ZÁKLADY VÝBĚRU. CHOV A JEHO METODY.

• Selekce je věda o šlechtění nových a zlepšování stávajících starých odrůd rostlin, plemen zvířat a kmenů mikroorganismů s vlastnostmi nezbytnými pro člověka.
• Odrůda je rostlinná populace uměle vytvořená člověkem, která se vyznačuje určitým genofondem, dědičně fixovanými morfologickými a fyziologickými vlastnostmi a určitou úrovní a povahou produktivity.
• Plemeno je populace zvířat uměle vytvořená člověkem, která se vyznačuje určitým genofondem, dědičně pevnými morfologickými a fyziologickými vlastnostmi a určitou úrovní a povahou produktivity.
• Kmen je populace mikroorganismů uměle vytvořená člověkem, která se vyznačuje určitým genofondem, dědičně fixovanými morfologickými a fyziologickými vlastnostmi a určitou úrovní a povahou produktivity.

2. Jaké jsou hlavní cíle výběru jako vědy?

1. Zvyšování produktivity odrůd rostlin, plemen zvířat a kmenů mikroorganismů;
2. Studium rozmanitosti rostlinných odrůd, plemen zvířat a kmenů mikroorganismů;
3. Analýza vzorů dědičné variability během hybridizačního a mutačního procesu;
4. Studium role prostředí ve vývoji charakteristik a vlastností organismů;
5. Vývoj systémů umělého výběru, které přispívají k posílení a upevnění vlastností užitečných pro člověka v organismech s různými typy rozmnožování;
6. Tvorba odrůd a plemen odolných vůči chorobám a klimatickým podmínkám;
7. Získávání odrůd, plemen a kmenů vhodných pro mechanizované průmyslové pěstování a šlechtění.

3. Jaký je teoretický základ výběru?

Odpovědět: Teoretickým základem výběru je genetika. Využívá také pokroky v evoluční teorii, molekulární biologii, biochemii a dalších biologických vědách.

4. Vyplňte tabulku "Metody výběru".

5. Jaký význam má selekce v lidské ekonomické činnosti?

Odpovědět: Selekce umožňuje zvýšit produktivitu odrůd rostlin, plemen zvířat a kmenů mikroorganismů; vyvinout systémy umělého výběru, které pomáhají posilovat a upevňovat vlastnosti prospěšné pro člověka v různých organismech; vytvářet odrůdy a plemena odolná vůči chorobám a klimatickým podmínkám; získat odrůdy, plemena a kmeny vhodné pro mechanizované průmyslové pěstování a šlechtění.

VÝUKA N.I. VAVILOV O STŘEDECH ROZMANITOSTI A PŮVODU PĚSTOVANÝCH ROSTLIN.

1. Uveďte definice pojmů.

• Centrem diverzity a původu je území (geografická oblast), na kterém se druh nebo jiná systematická kategorie zemědělských plodin vytvořil a odkud se rozšířil.
• Homologní řada je podobná řada dědičné variability u geneticky blízkých druhů a rodů.

2. Formulujte zákon homologických řad dědičné variability.

Odpovědět: Druhy a rody, které jsou si geneticky blízké, se vyznačují podobnými řadami dědičné variability s takovou pravidelností, že při znalosti řady forem v rámci jednoho druhu lze předpovědět přítomnost paralelních forem u jiných druhů a rodů. Čím blíže jsou rody a druhy geneticky umístěny v obecném systému, tím je podobnost v řadě jejich variability úplnější. Celé čeledi rostlin se obecně vyznačují určitým cyklem variací, procházejícím všemi rody a druhy, které rodinu tvoří.

3. Vyplňte tabulku " Centra původu a rozmanitosti pěstovaných rostlin.“

BIOTECHNOLOGIE, JEJÍ ÚSPĚCHY A VYHLÍDKY ROZVOJE.

1. Uveďte definice pojmů.

• Biotechnologie je obor, který studuje možnosti využití živých organismů, jejich systémů nebo produktů jejich životně důležité činnosti k řešení technologických problémů a také možnosti vytváření živých organismů s potřebnými vlastnostmi pomocí genetického inženýrství.
• Buněčné inženýrství je vytvoření nového typu buněk na základě jejich hybridizace, rekonstrukce a kultivace. V užším slova smyslu tento termín označuje hybridizaci protoplastů nebo živočišných buněk, v širokém smyslu - různé manipulace s nimi zaměřené na řešení vědeckých a praktických problémů.
• Genetické inženýrství je soubor technik, metod a technologií pro získávání rekombinantní RNA a DNA, izolaci genů z organismu, manipulaci s geny a jejich zavádění do jiných organismů.

2. Jaká je role biotechnologií v praktických lidských činnostech?

Odpovědět: Biotechnologické procesy se používají při pečení, výrobě vína, pivovarnictví a přípravě fermentovaných mléčných výrobků; mikrobiologické procesy - pro výrobu acetonu, butanolu, antibiotik, vitamínů, krmných bílkovin; biotechnologie zahrnuje i využití živých organismů, jejich systémů nebo produktů jejich životně důležité činnosti k řešení technologických problémů, možnost vytváření živých organismů s potřebnými vlastnostmi.

3. Jaké jsou perspektivy rozvoje biotechnologie?

Další rozvoj biotechnologie pomůže vyřešit řadu důležitých problémů:

1. Vyřešte problém nedostatku jídla.
2. Zvyšte produktivitu pěstovaných rostlin, vytvářejte odrůdy odolnější vůči nepříznivým vlivům a také najděte nové způsoby ochrany rostlin.
3. Vytvořte nová biologická hnojiva, vermikompost.
4. Najděte alternativní zdroje živočišných bílkovin.
5. Rozmnožujte rostliny vegetativně pomocí tkáňové kultury.
6. Vytvářejte nové léky a doplňky stravy.
7. Proveďte včasnou diagnostiku infekčních onemocnění a maligních novotvarů.
8. Získávat ekologicky šetrná paliva zpracováním průmyslových a zemědělských odpadů.
9. Zpracujte minerály novými způsoby.
10. Používejte biotechnologické metody ve většině průmyslových odvětví ve prospěch lidstva.

4. V čem vidíte možné negativní důsledky nekontrolovaného výzkumu v biotechnologiích?

Odpovědět: Transgenní produkty mohou být zdraví škodlivé a způsobovat zhoubné nádory Klonování lidí je nehumánní a v rozporu se světonázory mnoha národů. Nejnovější vývoj v oblasti biotechnologie může vést k nekontrolovatelným důsledkům: vytváření nových virů a mikroorganismů, které jsou pro člověka extrémně nebezpečné, i těch kontrolovaných: vytváření biologických zbraní.

Moderní období rozvoje selekce začíná formováním nové vědy - genetiky. Genetika je věda, která studuje dědičnost a proměnlivost organismů. K objasnění podstaty dědičnosti velmi významně přispěl G. Mendel (1822-1884), jehož pokusy s křížením rostlin tvoří základ nejmodernějších výzkumů dědičnosti. Čech národnosti, mnich františkánského kláštera v Brunnu (dnes Brno), G. Mendel současně vyučoval přírodní vědy na reálné škole a velmi se zajímal o zahradnictví. Po mnoho let věnoval veškerý svůj volný čas pokusům s křížením různých kulturních rostlin. V důsledku toho byly objeveny vzorce přenosu vlastností na potomky. O svých výsledcích referoval G. Mendel na schůzi „Spolku přírodovědců“ v Brně a poté je publikoval v roce 1866 ve vědeckých pracích tohoto spolku. Tato ustanovení však odporovala tehdejším představám o dědičnosti, a proto se dočkala uznání 34 let po svém znovuobjevení.

V roce 1900 se objevily tři práce současně, provedené třemi genetiky: Hugo de Vries z Holandska, K. Corrensem z Německa a E. Cermakem z Rakouska. Potvrdily zákony dědičnosti objevené G. Mendelem.

Publikovaná práce de Vriese, Corrense a Cermaka bývá nazývána znovuobjevením Mendelových zákonů a rok 1900 je považován za oficiální datum počátku existence experimentální genetiky jako samostatné vědy.

Genetika jako nezávislá věda byla oddělena od biologie na návrh anglického vědce Batesona v roce 1907. Navrhl také název vědy – genetika.

Od znovuobjevení Mendelových zákonů rozlišuje N.P Dubinin (1986) tři stadia vývoje genetiky.

První etapa - Toto je éra klasické genetiky, která trvala od roku 1900 do roku 1930. To byla doba vytvoření genové teorie a chromozomální teorie dědičnosti. Velký význam měl také vývoj nauky o fenotypu a genotypu, vzájemném působení genů, genetických principech individuální selekce ve šlechtění a nauka o mobilizaci genetických rezerv planety pro účely selekce. Některé objevy tohoto období si zaslouží zvláštní zmínku.

Německý biolog August Weismann (1834-1914) vytvořil teorii, která v mnoha ohledech předjímala chromozomální teorii dědičnosti.

Weismanovy hypotézy o smyslu redukčního dělení. Kromě toho rozlišoval vlastnosti, které jsou zděděné, a vlastnosti, které jsou získány pod vlivem vnějších podmínek nebo cvičení

A. Weisman se pokusil experimentálně prokázat nedědičnost mechanického poškození (generačně jí odsekával ocasy, ale bezocasé potomky nezískal).

Následně byl obecný koncept A. Weismana upřesněn s ohledem na cytologická data a informace o úloze jádra v dědičnosti vlastností. Obecně jako první prokázal nemožnost dědění vlastností získaných během ontogeneze a zdůraznil autonomii zárodečných buněk a také ukázal biologický význam snížení počtu chromozomů v meióze jako mechanismu pro udržení stálosti diploidní chromozomový soubor druhu a základ kombinační variability.

V roce 1901 G. De Vries formuloval mutační teorii, která se do značné míry shoduje s teorií heterogeneze (1899) ruského botanika S. I. Koržinského (1861–1900). Podle mutační teorie Korzhinského - De Vriese nejsou dědičné vlastnosti absolutně konstantní, ale mohou se náhle změnit v důsledku změn - mutace jejich sklonů.

Nejdůležitější mezník ve vývoji genetiky - vytvoření chromozomální teorie dědičnosti - je spojen se jménem amerického embryologa a genetika Thomase Genta Morgana (1866–1945) a jeho školy. Na základě experimentů s ovocnými muškami - Drosophila melanogaster V polovině 20. let našeho století vytvořil Morgan myšlenku lineárního uspořádání genů v chromozomech a vytvořil první verzi teorie genu - elementárního nositele dědičné informace. Genový problém se stal ústředním problémem genetiky. V současné době se vyvíjí.

Nauka o dědičné variabilitě pokračovala v dílech sovětského vědce Nikolaje Ivanoviče Vavilova (1887–1943), který v roce 1920 formuloval zákon homologických řad dědičné variability. Tento zákon shrnul obrovské množství materiálu o paralelnosti variability blízkých rodů a druhů, čímž propojil systematiku a genetiku. Zákon byl hlavním krokem k následné syntéze genetiky a evolučního učení. N.I. Vavilov také vytvořil teorii genetických center kulturních rostlin, což značně usnadnilo hledání a zavedení potřebných rostlinných genotypů.

Ve stejném období se začaly rychle rozvíjet některé další oblasti genetiky důležité pro zemědělství. Patří sem práce o studiu zákonitostí dědičnosti kvantitativních znaků (zejména studie švédského genetika G. Nilssona-Ehleho), o objasnění hybridní síly - heterózy (práce amerických genetiků E. Easta a D. Jonese), o mezidruhové hybridizaci ovocných rostlin (I. V. Michurin v Rusku a L. Burbank v USA), četné studie věnované privátní genetice různých druhů kulturních rostlin a domácích zvířat.

Do této fáze patří i formování genetiky v SSSR. V poříjnových letech vznikly tři genetické školy v čele s významnými vědci: N.K. Koltsov (1872–1940) v Moskvě, Ju.A. Filipčenko (1882–1930) a N.I důležitou roli v rozvoji genetického výzkumu.

Druhá fáze, - Toto je fáze neoklasicismu v genetice, která trvala od roku 1930 do roku 1953. Start Druhá fáze lze spojovat s objevem O. Averyho v roce 1944 látky dědičnosti - deoxyribonukleové kyseliny (DNA).

Tento objev symbolizoval začátek nové etapy v genetice – zrod molekulární genetiky, která vytvořila základ pro řadu objevů v biologii 20. století.

Během těchto let byla objevena možnost umělého způsobení změn v genech a chromozomech (experimentální mutageneze); bylo zjištěno, že gen je komplexní systém, který lze rozdělit na části; jsou podloženy principy populační genetiky a evoluční genetiky; vznikla biochemická genetika, která ukázala roli genů pro všechny hlavní biosyntézy v buňce a organismu;

K úspěchům této doby patří především umělá mutageneze. První důkaz, že mutace lze vyvolat uměle, získali v roce 1925 v SSSR G. A. Nadson a G. S. Filippov při pokusech o ozařování nižších hub (kvasinek) radiem a rozhodující důkazy o možnosti experimentálně získat mutace byly podány v roce 1927 d. pokusy Američana Mellera o účincích rentgenového záření.

Další americký biolog J. Stadler (1927) objevil podobné účinky u rostlin. Pak se zjistilo, že mutace mohou způsobovat i ultrafialové paprsky a stejnou schopnost, i když ve slabší míře, má i vysoká teplota. Brzy se také objevily informace, že mutace mohou být způsobeny chemikáliemi. Tento směr získal široký záběr díky výzkumu I. A. Rapoporta v SSSR a S. Auerbacha ve Velké Británii. Metodou indukované mutageneze začali sovětští vědci pod vedením A. S. Serebrovského (1892–1948) studovat strukturu genu u Drosophila Melanogaster. Ve svých studiích (1929–1937) jako první ukázali jeho složitou strukturu.

Ve stejné fázi historie genetiky vznikl a rozvinul se směr s cílem studovat genetické procesy v evoluci. Zásadní práce v této oblasti patřily sovětskému vědci S. S. Chetverikovovi (1880–1959), anglickým genetikům R. Fisherovi a J. Haldaneovi a americkému genetikovi S. Wrightovi. S.S. Chetverikov a jeho spolupracovníci provedli první experimentální studie genetické struktury přirozených populací na několika druzích Drosophila. Potvrdili důležitost mutačního procesu v přirozených populacích. Poté v těchto pracích pokračovali N.P Dubinin v SSSR a F. Dobzhansky v USA.

Na přelomu 40. let položili J. Bill (nar. 1903) a E. Tatum (1909–1975) základy biochemické genetiky.

Prioritu při dešifrování struktury molekuly DNA mají americký virolog James Dew Watson (nar. 1928) a anglický fyzik Francis Crick (nar. 1916), kteří v roce 1953 publikovali strukturní model tohoto polymeru.

Od tohoto okamžiku, konkrétně roku 1953, začíná třetí etapa ve vývoji genetiky - éra syntetické genetiky . Tato doba se obvykle nazývá obdobím molekulární genetiky.

Třetí etapa , která začala konstrukcí modelu DNA, pokračovala objevem genetického kódu v roce 1964. Toto období je charakterizováno četnými pracemi o dešifrování struktury genomů. Na konci 20. století se tedy objevily informace o úplném dekódování genomu mouchy Drosophila, vědci sestavili kompletní mapu Arabidopsis neboli malé hořčice a lidský genom byl rozluštěn.

Rozluštění pouze jednotlivých úseků DNA již umožňuje vědcům získat transgenní rostliny, tzn. rostliny se zavedenými geny z jiných organismů. Podle některých zdrojů je takovými rostlinami oseto území rovné Velké Británii. Jedná se především o kukuřici, brambory a sóju. V dnešní době je genetika rozdělena do mnoha komplexních oblastí. Stačí si všimnout úspěchů genového inženýrství při produkci somatických a transgenních hybridů, vytvoření první mapy lidského genomu (Francie, 1992; USA, 2000), produkci klonovaných ovcí (Skotsko, 1997), klonovaných selat (USA, 2000) atd.

Začátek 21. století je nazýván postgenomickým obdobím a zřejmě bude ve znamení nových objevů v oblasti genetiky souvisejících s klonováním živých bytostí a tvorbou nových organismů na základě mechanismů genetického inženýrství.

Dosud nashromážděné metody umožňují mnohem rychleji dešifrovat genomy složitých organismů a také do nich zavádět nové geny.

Hlavní objevy v oblasti genetiky:

1864 – Základní zákony genetiky (G. Mendel)

1900 – byly znovu objeveny zákony G. Mendela ( G. de Vries, K. Correns, E. Čermák)

1900–1903 – Teorie mutací (G.de Vries)

1910 – Chromozomální teorie dědičnosti (T. Morgan, T. Boveri, W. Sutton)

1925–1938 – „jeden gen – jeden protein“ (J. Bill, E. Tatum)

1929 – genová dělitelnost (A.S. Serebrov, N.P. Dubinin)

1925 – umělé mutace (G.A. Nadson, G.S. Filippov)

1944 – DNA – nositelka dědičné informace (O. Avery, K. McLeod)

1953 – strukturní model DNA (J. Watson, F. Crick)

1961 – genetický kód (M. Nirenberg, R. Holley, G. Khorana)

1961 – operonový princip organizace genů a regulace genové aktivity u bakterií (F. Jacob, J. Monod)

1959 – syntéza genů (G. Khorana )

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

1978–2000 – dešifrování genomů (F. Blatner, R. Clayton, M. Adams atd.)

Genetické metody

HYBRIDOLOGICKÝ – str Je provedena analýza zákonitostí dědičnosti jednotlivých znaků a vlastností organismů při pohlavním rozmnožování a také analýza variability genů a jejich kombinatoriky (vypracoval G. Mendel).

CYTOLOGICKÝ - s Pomocí optických a elektronových mikroskopů je studován materiální základ dědičnosti na buněčné a subcelulární úrovni (chromozomy, DNA).

CYTOGENETICKÉ – s integrace hybridologických a cytologických metod zajišťuje studium karyotypu, změn ve struktuře a počtu chromozomů.

POPULACE-STATISTICKÉ – o Je založena na stanovení frekvence výskytu různých genů v populaci, což umožňuje vypočítat počet heterozygotních organismů a předpovědět tak počet jedinců s patologickým (mutantním) projevem působení genu.

BIOCHEMICKÉ- jsou studovány metabolické poruchy (bílkoviny, tuky, sacharidy, minerální látky) vyplývající z genových mutací.

MATEMATICKÉ – n Provádí se kvantitativní účtování dědičnosti vlastností.

GENEALOGICKÉ – Vyjádřeno při sestavování rodokmenů. Umožňuje určit typ a povahu dědičnosti vlastností.

ONTOGENETICKÉ – Umožňuje vysledovat působení genů v procesu individuálního vývoje; v kombinaci s biochemickou metodou umožňuje prokázat přítomnost recesivních genů v heterozygotním fenotypovém stavu.

Výběr je věda o vytváření nových a zlepšování stávajících plemen zvířat, odrůd rostlin a kmenů mikroorganismů. Výběr je založen na metodách jako např hybridizace a selekce. Teoretickým základem výběru je genetika. Vývoj selekce by měl vycházet ze zákonů genetiky jako vědy o dědičnosti a proměnlivosti, neboť vlastnosti živých organismů jsou dány jejich genotypem a podléhají dědičné a modifikační variabilitě. Právě genetika otevírá cestu k efektivnímu řízení dědičnosti a variability organismů. Výběr je zároveň založen na úspěších jiných věd:

• taxonomie a geografie rostlin a zvířat,
• cytologie,
• embryologie,
• biologie individuálního vývoje,
• molekulární biologie,
• fyziologie a biochemie.

Rychlý rozvoj těchto oblastí přírodních věd otevírá zcela nové perspektivy. Již dnes se genetika dostala na úroveň cíleného navrhování organismů s požadovanými vlastnostmi a vlastnostmi. Genetika hraje rozhodující roli při řešení téměř všech chovatelských problémů. Pomáhá racionálně, na základě zákonů dědičnosti a variability, naplánovat proces výběru s přihlédnutím k dědičným charakteristikám každého konkrétního znaku.

K úspěšnému vyřešení problémů, kterým čelí výběr, akademik N.I. Vavilov zdůraznil význam:

• studium odrůdové, druhové a druhové rozmanitosti plodin;
• studium dědičné variability;
• vliv prostředí na rozvoj vlastností, které chovatele zajímají;
• znalost zákonitostí dědičnosti znaků při hybridizaci;
• vlastnosti procesu výběru pro samoopylovače nebo opylovače;
• strategie umělého výběru.

Plemena, odrůdy, kmeny- člověkem uměle vytvořené populace organismů s dědičně fixními vlastnostmi:

• produktivita,
• morfologické,
• fyziologické příznaky.

Každé plemeno zvířat, odrůda rostlin, kmen mikroorganismů je přizpůsobeno určitým podmínkám, proto v každé zóně naší země existují specializované testovací stanice odrůd a šlechtitelské farmy pro porovnávání a testování nových odrůd a plemen. Chovatelské práce začíná výběrem výchozího materiálu, který lze použít jako kultivované i divoké formy rostlin.

V moderním šlechtění se používají následující hlavní typy a způsoby získávání výchozího materiálu.

Přirozené populace. Tento typ výchozího materiálu zahrnuje divoké formy, místní odrůdy kulturních rostlin, populace a vzorky prezentované ve světové sbírce zemědělských rostlin VIR.

Hybridní populace vzniklé v důsledku křížení odrůd a forem v rámci jednoho druhu (vnitrodruhové) a získané v důsledku křížení různých druhů a rodů rostlin (mezidruhových a mezirodových).

Samosprašné linie (inkubované linie). U cizosprašných rostlin jsou důležitým zdrojem výchozího materiálu samosprašné linie získané opakovaným nuceným samoopylením. Nejlepší linie se kříží mezi sebou nebo s odrůdami a výsledná semena se do jednoho roku použijí k pěstování heterotických hybridů. Hybridy vzniklé na bázi samosprašných linií na rozdíl od konvenčních hybridních odrůd potřebují reprodukovat ročně.

Umělé mutace a polyploidní formy. Tento typ výchozího materiálu se získává vystavením rostlin různým typům záření, teplotě, chemikáliím a dalším mutagenním činidlům.

V All-Union Institute of Plant Growing N.I. Vavilov shromáždil sbírku odrůd pěstovaných rostlin a jejich divokých předků z celého světa, která se v současné době doplňuje a je základem pro práci na výběru jakékoli plodiny. Nejbohatší co do počtu kultur jsou starověká centra civilizace. Právě tam se odehrávala nejstarší zemědělská kultura a umělá selekce a selekce rostlin se prováděly již delší dobu.

Klasické metody šlechtění rostlin byly a zůstávají hybridizace a selekce. Existují dvě hlavní formy umělého výběru: masový a individuální.

Hromadný výběr používá se při výběru cizosprašných rostlin (žito, kukuřice, slunečnice). V tomto případě je odrůda populací skládající se z heterozygotních jedinců a každé semeno má jedinečný genotyp. Pomocí hromadné selekce se zachovávají a zlepšují odrůdové kvality, ale výsledky selekce jsou nestabilní v důsledku náhodného křížového opylení.

Individuální výběr používá se při výběru samosprašných rostlin (pšenice, ječmen, hrách). V tomto případě si potomek zachovává vlastnosti rodičovské formy, je homozygotní a je tzv čistá linie. Čistá linie je potomkem jednoho homozygotního samosprašného jedince. Protože neustále probíhají mutační procesy, v přírodě prakticky neexistují absolutně homozygotní jedinci.

Přírodní výběr. Tento typ výběru hraje při výběru rozhodující roli. Každá rostlina je během svého života ovlivňována komplexem faktorů prostředí a musí být odolná vůči škůdcům a chorobám a přizpůsobena určité teplotě a vodnímu režimu.

Hybridizace- proces vzniku nebo produkce hybridů, který je založen na spojení genetického materiálu různých buněk v jedné buňce. Může být prováděna v rámci jednoho druhu (vnitrodruhová hybridizace) a mezi různými systematickými skupinami (vzdálená hybridizace, ve které jsou kombinovány různé genomy). První generace hybridů se často vyznačuje heterózou, která se projevuje lepší adaptabilitou, větší plodností a životaschopností organismů. Při vzdálené hybridizaci jsou kříženci často sterilní. Nejběžnější ve šlechtění rostlin způsob hybridizace forem nebo odrůd v rámci jednoho druhu. Pomocí této metody byla vytvořena většina moderních odrůd zemědělských rostlin.

Vzdálená hybridizace- složitější a časově náročnější způsob získávání hybridů. Hlavní překážkou pro získání vzdálených hybridů je nekompatibilita zárodečných buněk zkřížených párů a sterilita hybridů první a dalších generací. Vzdálená hybridizace je křížení rostlin patřících k různým druhům. Vzdálení hybridi jsou obvykle sterilní, protože ano redukční dělení buněk(dvě haploidní sady chromozomů z různých druhů nemohou konjugovat) a proto nedochází k tvorbě gamet.

Heteróza(„hybridní síla“) je fenomén, při kterém jsou hybridi v řadě znaků a vlastností lepší než jejich rodičovské formy. Heteróza je charakteristická pro hybridy první generace; první generace hybridu dává nárůst výnosu až o 30 %. V dalších generacích jeho účinek slábne a mizí. Heterózní efekt je vysvětlen dvěma hlavními hypotézami. Hypotéza dominance naznačuje, že účinek heterózy závisí na počtu dominantních genů v homozygotním nebo heterozygotním stavu. Čím více genů v dominantním stavu v genotypu, tím větší je účinek heterózy.

Hypotéza převahy vysvětluje fenomén heterózy efektem převahy. Převaha- typ interakce alelických genů, ve kterém jsou heterozygoti svými vlastnostmi (hmotností a produktivitou) lepší než odpovídající homozygoti. Počínaje druhou generací heteróza mizí, protože některé geny se stávají homozygotními.

Křížové opylení samoopylovače umožňuje kombinovat vlastnosti různých odrůd. Například při šlechtění pšenice postupujte následovně. Z květů rostliny jedné odrůdy se odstraní prašníky, k ní se do nádoby s vodou umístí rostlina jiné odrůdy a rostliny obou odrůd se zakryjí společným izolantem. Výsledkem jsou hybridní semena, která kombinují vlastnosti různých odrůd požadovaných šlechtitelem.

Způsob získávání polyploidů. Polyploidní rostliny mají větší množství vegetativních orgánů a větší plody a semena. Mnoho plodin je přirozených polyploidů: byly vyšlechtěny pšenice, brambory, polyploidní pohanka a cukrová řepa. Nazývají se druhy, u kterých je stejný genom znásoben vícekrát autopolyploidy. Klasickým způsobem získání polyploidů je ošetření sazenic kolchicinem. Tato látka blokuje tvorbu vřetenových mikrotubulů během mitózy, sada chromozomů v buňkách se zdvojnásobí a buňky se stanou tetraploidními.

Využití somatických mutací. Somatické mutace se používají pro selekci vegetativně množených rostlin. Toho využil ve své práci I.V. Michurin. Pomocí vegetativního množení je možné zachovat prospěšnou somatickou mutaci. Navíc pouze vegetativním rozmnožováním jsou zachovány vlastnosti mnoha odrůd ovoce a bobulovin.

Experimentální mutageneze. Na základě objevu účinků různých záření k produkci mutací a použití chemických mutagenů. Mutageny umožňují získat širokou škálu různých mutací. Nyní bylo na světě vytvořeno více než tisíc odrůd pocházejících z jednotlivých mutantních rostlin získaných po vystavení mutagenům.

Metody šlechtění rostlin navržené I.V. Michurin. Pomocí mentorské metody I.V. Michurin se snažil změnit vlastnosti hybridu požadovaným směrem. Bylo-li například potřeba zlepšit chuť hybridu, byly do jeho koruny naroubovány řízky z rodičovského organismu s dobrou chutí, nebo hybridní rostlina naroubována na podnož, na kterou bylo nutné změnit vlastnosti rostliny. hybridní. I.V. Michurin poukázal na možnost kontroly dominance určitých vlastností během vývoje hybridu. Aby toho bylo dosaženo, je v raných fázích vývoje nezbytné vystavení určitým vnějším faktorům. Pokud se například hybridy pěstují ve volné půdě, jejich mrazuvzdornost se na chudých půdách zvyšuje.

Šlechtění (z latiny - výběr, výběr) je nauka o způsobech a metodách vytváření nových a vylepšování stávajících odrůd kulturních rostlin, plemen domácích zvířat a kmenů mikroorganismů se znaky a vlastnostmi, které jsou cenné pro praxi.

Cíle selekce vyplývají z její definice: vývoj nových a zlepšování stávajících odrůd rostlin, plemen zvířat a kmenů mikroorganismů. Odrůda, plemeno a kmen jsou stabilní skupinou (populací) živých organismů, uměle vytvořených člověkem a majících určité dědičné vlastnosti. Všichni jedinci v rámci plemene, odrůdy a kmene mají podobné, dědičně fixované morfologické, fyziologické, biochemické a ekonomické vlastnosti a vlastnosti, stejně jako stejný typ reakce na faktory prostředí. Hlavní směry výběru jsou:

vysoká produktivita odrůd rostlin, plodnost a produktivita plemen zvířat;

kvalita produktu (například chuť, vzhled, trvanlivost ovoce a zeleniny, chemické složení zrna - obsah bílkovin, lepku, esenciálních aminokyselin atd.);

fyziologické vlastnosti (ranost, odolnost vůči suchu, zimovzdornost, odolnost vůči chorobám, škůdcům a nepříznivým klimatickým podmínkám);

intenzivní cesta vývoje (u rostlin - reakce na hnojiva, zalévání a u zvířat - „platba“ za jídlo atd.).

Účelem této práce je studovat výběr a jeho typy.

úkoly:

zvážit teoretické základy výběru;

studovat problematiku selekce rostlin, živočichů a mikroorganismů.

1. Teoretické základy výběru

V posledních letech nabývá na důležitosti selekce řady hmyzu a mikroorganismů používaných za účelem biologické kontroly škůdců a patogenů kulturních rostlin.

Výběr musí zohledňovat i potřeby trhu se zemědělskými produkty a uspokojení konkrétních odvětví průmyslové výroby. Například k upečení kvalitního chleba s pružnou střídkou a křupavou kůrkou jsou potřeba silné (sklovité) odrůdy měkké pšenice s vysokým obsahem bílkovin a elastického lepku. K výrobě sušenek nejvyšší kvality jsou zapotřebí dobré moučné odrůdy měkké pšenice a těstoviny, rohy, nudle a nudle se vyrábějí z tvrdé pšenice.

Pozoruhodným příkladem výběru zohledňujícího potřeby trhu je kožešinový chov. Při chovu tak cenných zvířat, jako je norek, vydra, liška, jsou vybírána zvířata s genotypem, který odpovídá neustále se měnící módě z hlediska barvy a odstínů srsti.

Obecně by se vývoj selekce měl opírat o zákony genetiky jako vědy o dědičnosti a proměnlivosti, neboť vlastnosti živých organismů jsou určeny jejich genotypem a podléhají dědičné a modifikační variabilitě.

Teoretickým základem výběru je genetika. Právě genetika otevírá cestu k efektivnímu řízení dědičnosti a variability organismů. Výběr přitom vychází i z výdobytků jiných věd: systematika a geografie rostlin a živočichů, cytologie, embryologie, biologie individuálního vývoje, molekulární biologie, fyziologie a biochemie. Rychlý rozvoj těchto oblastí přírodních věd otevírá zcela nové perspektivy. Již dnes se genetika dostala na úroveň cíleného navrhování organismů s požadovanými vlastnostmi a vlastnostmi.

Genetika hraje rozhodující roli při řešení téměř všech chovatelských problémů. Pomáhá racionálně, na základě zákonů dědičnosti a variability, naplánovat proces výběru s přihlédnutím k dědičným charakteristikám každého konkrétního znaku. Úspěchy genetiky, zákon homologní řady dědičné variability, využití testů pro včasnou diagnostiku šlechtitelského potenciálu výchozího materiálu, vývoj různých metod experimentální mutageneze a vzdálené hybridizace v kombinaci s polyploidizací, hledání metod pro řízení rekombinačních procesů a efektivní selekce nejcennějších genotypů s požadovaným souborem znaků a vlastností možnost rozšířit zdroje výchozího materiálu pro šlechtění. Široké využití biotechnologií, metod buněčných a tkáňových kultur v posledních letech navíc umožnilo výrazně urychlit proces výběru a postavit jej na kvalitativně nový základ. Tento zdaleka ne úplný výčet přínosu genetiky k selekci dává představu, že moderní selekce je nemyslitelná bez využití genetických výdobytků.

Úspěch šlechtitelské práce do značné míry závisí na správném výběru výchozího materiálu (druhy, odrůdy, plemena) pro selekci, na studiu jeho původu a evoluce a na využití organismů s cennými rysy a vlastnostmi v procesu šlechtění. Hledání požadovaných forem se provádí s ohledem na celý globální genofond v určité sekvenci. Nejprve se používají lokální formy s požadovanými charakteristikami a vlastnostmi, dále se používají metody introdukce a aklimatizace, tedy formy rostoucí v jiných zemích nebo v jiných klimatických pásmech, a nakonec metody experimentální mutageneze a genetického inženýrství..

Za účelem studia rozmanitosti a geografického rozšíření kulturních rostlin N.I. Vavilov od roku 1924 do konce 30. zorganizoval 180 expedic do nejnepřístupnějších a často nebezpečných oblastí zeměkoule. V důsledku těchto expedic N.I. Vavilov studoval světové rostlinné zdroje a zjistil, že největší rozmanitost forem tohoto druhu je soustředěna v těch oblastech, kde tento druh pochází. Kromě toho byla shromážděna unikátní, největší sbírka pěstovaných rostlin na světě (do roku 1940 sbírka zahrnovala 300 tisíc exemplářů), které jsou ročně množeny ve sbírkách Všeruského ústavu pěstování rostlin pojmenovaného po N. I. Vavilovovi (VIR) a jsou široce používány šlechtiteli jako výchozí materiál pro vytváření nových odrůd obilí, ovoce, zeleniny, průmyslových, léčivých a jiných plodin.

Na základě studia nasbíraného materiálu identifikoval Vavilov 7 center původu pěstovaných rostlin (Příloha 1). Centra původu nejvýznamnějších kulturních rostlin jsou spojena s dávnými centry civilizace a místem prvotního pěstování a výběru rostlin. Podobná ohniska domestikace (centra původu) byla identifikována také u domácích zvířat.

2. Význam výběru

Cíle a cíle selekce jako vědy jsou dány úrovní zemědělské a živočišné techniky, úrovní industrializace rostlinné a živočišné výroby. Například v podmínkách nedostatku sladké vody již byly vyvinuty odrůdy ječmene, které při zavlažování mořskou vodou poskytují uspokojivé výnosy. Byla vyvinuta plemena kuřat, která nesnižují produktivitu v podmínkách vysokého shlukování zvířat v drůbežích farmách. Pro Rusko je velmi důležité vytvářet odrůdy, které jsou produktivní v mrazivých podmínkách bez sněhu, za jasného počasí, pozdních mrazů atd.

Jedním z nejdůležitějších úspěchů člověka na úsvitu jeho formování a vývoje bylo vytvoření stálého a poměrně spolehlivého zdroje potravy prostřednictvím domestikace divokých zvířat a pěstování rostlin. Hlavním faktorem domestikace je umělý výběr organismů, které splňují lidské požadavky. Kultivované formy rostlin a živočichů mají vysoce vyvinuté individuální vlastnosti, často neužitečné nebo dokonce škodlivé pro jejich existenci v přírodních podmínkách, ale užitečné pro člověka. Například schopnost některých plemen kuřat produkovat více než 300 vajec ročně nedává žádný biologický smysl, protože kuře nebude schopné vylíhnout takový počet vajec. Produktivita všech kulturních rostlin je také výrazně vyšší než u příbuzných planě rostoucích druhů, ale zároveň se hůře přizpůsobují neustále se měnícím podmínkám prostředí a nemají prostředky ochrany proti sežrání (hořké nebo toxické látky, trny, trny , atd.). Kulturní, tedy domestikované formy proto nemohou v přirozených podmínkách existovat.

Domestikace vedla k oslabení účinku stabilizačního výběru, což prudce zvýšilo míru variability a rozšířilo její spektrum. Zároveň byla domestikace doprovázena selekcí, zpočátku nevědomou (výběr těch jedinců, kteří vypadali lépe, měli poslušnější povahu a měli jiné vlastnosti cenné pro člověka), poté vědomou nebo metodickou. Široké používání metodologického výběru je zaměřeno na rozvoj určitých vlastností rostlin a zvířat, které uspokojují lidi. Zkušenosti mnoha generací lidí umožnily vytvářet selekční metody a pravidla a formovat selekci jako vědu.

Proces domestikace nových druhů rostlin a zvířat pro uspokojení lidských potřeb pokračuje i v naší době. Například za účelem získání módních a kvalitních kožešin vznikl v tomto století nový obor chovu zvířat - kožešinový chov.

Genetika je věda, která studuje dvě vlastnosti živých organismů – dědičnost a proměnlivost. Pokroky v genetice mají velký význam pro medicínu, zemědělství a biologii.

Dědičnost

Dědičnost je chápána jako schopnost organismů předávat své vlastnosti a vlastnosti svým potomkům. Právě díky dědičnosti je to či ono plemeno nebo druh zvířecí či rostlinné odrůdy zachováno po mnoho generací.

Variabilita

Variabilita je vlastnost organismů získávat nové vlastnosti, které se liší od jejich rodičů. Pokud se tyto vlastnosti zafixují v následujících generacích, pak hovoří o dědičné variabilitě.

Rýže. 1. Variabilita modifikace.

Variabilita určuje rozmanitost vlastností a externích dat v rámci jednoho druhu.

Hmotným nositelem informace o vlastnostech buňky je DNA. Je součástí chromozomů – struktur buněčného jádra, které uchovávají dědičnou informaci.

TOP 4 článkykteří s tím čtou

Podle moderních pohledů na dědičnost jsou rozdíly mezi druhy a organismy v rámci druhu určeny rozdíly v proteinech, z nichž jsou organismy stavěny.

Informace o struktuře konkrétního proteinu je obsažena v genu. Gen je úsek molekuly DNA.

Rýže. 2. Gen.

Z genů se čtou informace, které se následně implementují do tvorby molekul bílkovin.

Genotyp

Každý typ organismu se vyznačuje určitým počtem a tvarem chromozomů – svým genotypem. Například člověk má ve svém genotypu 23 párů chromozomů. Polovina chromozomů pochází od otce a polovina od matky.

Rýže. 3. Sady chromozomů.

Pohlavní buňky obsahují poloviční nebo haploidní sadu chromozomů (n) a somatické buňky obsahují diploidní (2n) nebo dvojitou sadu.

Fenotyp

Znak zakódovaný v genu se může nebo nemusí objevit v závislosti na interakci genů a charakteristikách podmínek prostředí. Nejběžnějším typem interakce mezi geny je potlačení působení jednoho genu jiným. Všechny projevené znaky tvoří fenotyp organismu.

Výběr

Selekce úzce souvisí s genetikou. Zabývá se tvorbou nových a cílených změn stávajících odrůd rostlin a plemen zvířat.

Základem genetiky a selekce jsou znalosti o zákonitostech dědičnosti znaků a jejich projevu ve fenotypu.

Mnoho vysoce výnosných odrůd kulturních rostlin bylo vytvořeno šlechtiteli znásobením počtu chromozomů (3n, 4n atd.). Takové plodiny se nazývají polyploidy.

co jsme se naučili?

Genetika studuje dvě důležité vlastnosti živých organismů: schopnost přenášet vlastnosti z generace na generaci; schopnost získat nové kvality. Samostatným znakem organismu je protein, jehož informace o struktuře je zašifrována v genu - části molekuly DNA. Genetické základy genetiky jsou teoretickým základem pro všestranný biologický a lékařský výzkum a zvyšování produktivity zemědělství.